機(jī)器人在火星

劍　民

火星是太陽系中唯一可能被地球化而成為類似于地球的行星，也是除地球外唯一有可能進(jìn)化出生命的行星。

火星是人類在太陽系中有希望在不久的將來實現(xiàn)登陸、行走并以傳統(tǒng)方式進(jìn)行探索的唯一一顆行星。

到目前為止，人類已經(jīng)向火星發(fā)射了30余艘不同的探測飛船。

人類目前無法上火星

為什么要把機(jī)器人送上火星而不是像探月那樣直接把人送上去？

因為人類目前還不具備將人送上火星的能力。

首先，人類探索火星的歷史記錄不容樂觀——各國共向火星發(fā)射了30多個探測器，但只有不到三分之一的探測器成功抵達(dá)了火星。

其次是成本。目前將1千克重的機(jī)器人送上火星需要花費(fèi)約50萬美元的設(shè)計和發(fā)射費(fèi)用，而機(jī)器人不需要考慮復(fù)雜的生命保障系統(tǒng)，也不用擔(dān)心返回的問題——這將為飛行任務(wù)節(jié)省很大的重量。顯然，載人探測任務(wù)的單位重量成本高于機(jī)器人任務(wù)。另外，機(jī)器人不需要在火星表面軟著陸。

第三個原因來自工程上的挑戰(zhàn)。例如，要實現(xiàn)載人探測，一個可能的情形是要從火星大氣中生產(chǎn)回程的燃料。然而至今還未進(jìn)行過任何相關(guān)的嘗試。另外一個重要的考慮是，在如此漫長的任務(wù)中宇航員可能受到的太空輻射以及阻擋輻射的方法。在地球上，地磁場阻擋了大部分的輻射，而火星沒有地磁場。

綜合以上原因，人類近期還不會將人送上火星。

最好的替代者

對于太空計劃來說，機(jī)器人并不是什么新鮮事。人類從踏足月球之前就開始向火星派出探測器和漫游車機(jī)器人了。1965年，“水手”4號行星探測器發(fā)回了這顆紅色星球的第一張近距離照片。1997年，“探路者”號漫游車為科學(xué)家們提供了有關(guān)火星大氣層和地層的資料，其詳細(xì)程度是前所未有的。

最新的宇航機(jī)器人的不同之處在于，它采用了人形設(shè)計，有一個腦袋、兩只眼睛和手臂，而且每只手有五根手指。我們來看看宇航機(jī)器人的各個組成部分:

頭部——頭部安裝了兩只小型彩色攝像機(jī)，能夠為操作宇航機(jī)器人的宇航員提供立體視覺。用來覆蓋和保護(hù)頭部的頭盔在制作時使用了光固化立體造型技術(shù)。頸部有接頭，使頭部可以向兩側(cè)和上下轉(zhuǎn)動。

軀干——軀干提供了一個中央單元，用來連接外圍作為附屬部分的頭部、手臂和腿。軀干中還包含有控制系統(tǒng)，我們將在下一部分中對控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

腿部——宇航機(jī)器人的設(shè)計中有一處與人類外形不同，那就是它只有一條腿。這條腿的唯一作用是在手無法進(jìn)行支撐時提供這一功能。

手臂——和人類不同，宇航機(jī)器人的兩條手臂能向多個方向運(yùn)動，活動范圍也大得多。每條手臂配備的傳感器超過150個，并通過接頭緊密連接。手臂中還集成了太空專用馬達(dá)、諧波傳動裝置和帶有故障保險的制動裝置。

手——宇航機(jī)器人給人印象最深的部位大概是它的手。無論是尺寸還是功能，它的手都與太空服包裹著的人手極為相近。這種手安裝了接頭，活動能力甚至比太空服下的人手還要強(qiáng)。前臂長20厘米，里面裝有14只無刷馬達(dá)，用來為每只手提供動力。手有五根手指，其中大拇指與其他四根手指相對。手之所以要設(shè)計為具有五根手指，是為了與專為人類設(shè)計的工具兼容。研究人員曾經(jīng)展示過宇航機(jī)器人的能力:讓它用鑷子夾起一小片金屬墊圈。它的手臂和手單元一共可以舉起近十千克的重量，這個數(shù)字看似不大，但在無重力環(huán)境下，這一力量相當(dāng)可觀。

機(jī)器人任重道遠(yuǎn)

當(dāng)宇航機(jī)器人被送到太空船外從事維修或建造工作時，太空船內(nèi)的一位宇航員將對它進(jìn)行遙控。這位宇航員會戴上頭盔和手套，并讓宇航機(jī)器人模擬其動作。如果宇航員向上看，宇航機(jī)器人的頭部會向后傾斜，做出與控制者相同的動作。當(dāng)宇航員轉(zhuǎn)動頭部時，宇航機(jī)器人的攝影機(jī)拍攝到的畫面將顯示在用來控制它頭部運(yùn)動的頭盔內(nèi)。

宇航機(jī)器人的主要用途是承擔(dān)人類無法勝任的任務(wù):快速脫離太空船，進(jìn)入沒有氧氣的環(huán)境。它離開太空船所花的時間，只相當(dāng)于宇航員所用時間的一個零頭。對于未來的太空旅行者而言，在出現(xiàn)緊急情況時，時間會成為生存的關(guān)鍵，而宇航機(jī)器人將能拯救他們的生命。宇航機(jī)器人的應(yīng)用不僅限于太空。它還可以代替人類進(jìn)入一些危險的地點，如火山和核電站。

有朝一日，當(dāng)人們回顧過去時，會將宇航機(jī)器人看成是機(jī)器人全面接管太空產(chǎn)業(yè)的開端。具有人工智能的機(jī)器人（而不是人類）將成為踏上太陽系其他行星的第一批探險者。

探測車功能全面

火星探測機(jī)器人是迄今為止在其他行星上實現(xiàn)成功著陸的最大的探測車。在這類任務(wù)中，機(jī)器人工作起來就像是一個機(jī)器人地質(zhì)學(xué)家。探測車裝載的儀器設(shè)備的首要目的是研究巖石。

探測車的功能主要有:利用自身的太陽能電池板發(fā)電并將其儲存到電池中;利用裝在桅桿上的一對高分辨率照相機(jī)，拍攝立體的彩色地形照片;利用熱輻射光譜儀以獲得熱學(xué)數(shù)據(jù)。

科學(xué)家選擇地表上的一點，探測車就可以移動過去。探測車是獨立運(yùn)行（自動駕駛）的，因為無線電信號在地球和火星間傳播的時滯太長，不適合使用遙控操作。探測車的前部、后部和桅桿上的三對黑白攝像機(jī)能使探測車看清楚周圍的狀況并實現(xiàn)導(dǎo)航以避開障礙物。探測車有6個輪子，每個輪子配有一臺發(fā)動機(jī)驅(qū)動探測車移動。

由于暴露于太陽、火星大氣以及細(xì)微的火星塵埃下長達(dá)數(shù)十億年，火星巖石上都覆蓋了一層風(fēng)化“外衣”，或稱外表層。對此，探測車攜帶的科學(xué)工具包中包括了巖石打磨工具。巖石打磨工具使用一個帶有金剛石鉆頭的自動磨削工具將巖石的風(fēng)化外層磨掉，露出嶄新的表面。

接觸到巖石內(nèi)部的原始部分對于解決以下兩個問題是至關(guān)重要的：一是了解火星的地質(zhì)歷史；二是了解火星上是否曾經(jīng)存在過水或者適合生命生存的環(huán)境。

（責(zé)任編輯:周巧娟）