未來的火星機(jī)器人

沈羨云

火墨探險

火星，這顆在太陽系行星中除地球之外最適合生命存在的星體，擁有許多與地球相似的環(huán)境，其中包括大氣層、風(fēng)沙和四季等。人們早就盼望有朝一日能夠登上火星，在上面建造永久性的基地，使它成為人類的第二故鄉(xiāng)。如今，火星探險計劃正在如火如荼地進(jìn)行著，提出了2030年左右登上火星的目標(biāo)。但是，要實(shí)現(xiàn)這個愿望絕非像登月那樣簡單，除了路途遙遠(yuǎn)、危險重重外，人們對火星本身也不十分了解，火星上是否有水?是否存在過生命?火星上的地質(zhì)、地貌、礦物、大氣、氣象和氣候怎樣?能否適合人類居住?載人火星飛船的登陸著陸點(diǎn)應(yīng)該選在哪里?如果這些問題不解決，載人火星探險就無法實(shí)現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)載人火星探險，從20世紀(jì)60年代起人類已經(jīng)開始發(fā)射火星探測器了。到目前為止，盡管發(fā)射的火星探測器不少，但只有一半火星探測器進(jìn)入火星軌道，另一半還未進(jìn)入火星軌道，就被地球和火星之間的黑暗吞噬了。真正到達(dá)火星表面進(jìn)行正常工作的探測器，只有屈指可數(shù)的6個，它們是1975年登上火星的“海盜1號”、“海盜2號”，1996年的“火星探路者”號，2004年的“勇氣”號和“機(jī)遇”號及2008年的“鳳凰”號火星漫游車。至今，只有“勇氣”號和“機(jī)遇”號火星漫游車還在堅持工作，其他的探測器都已“光榮犧牲”了。盡管這些探測器完成和超額完成了自己的任務(wù)，給地球發(fā)回了許多寶貴的第一手資料，但是離人們的需要_還差得很遠(yuǎn)。因此，第三代、第四代的火星漫游車將會陸續(xù)研制出來，繼承它們“前輩”的遺志，完成火星探險的任務(wù)。本文將介紹兩種未來的小型火星探測機(jī)器人。

溜球式的火墨機(jī)器人

如果你看過火星軌道探測器發(fā)回來的高清晰度、超高分辨率的照片，或者有機(jī)會從網(wǎng)上檢索到火星照片的話，你就知道火星上遍布火山口、山脈、峽谷和各種各樣有趣而危險的地形。像這些有著分層堆積物、沉淀物、碎裂和斷層的地方，正是尋找火星水源、生命的重要地方。但是目前在火星上的探測器，包括將要發(fā)射的“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”都無法到達(dá)那些變化莫測的地方。就以現(xiàn)在正在火星上勘察的“機(jī)遇”號為例，它已經(jīng)抵達(dá)火星表面5年多了，主要任務(wù)是勘察火星上隕坑，揭示隕坑內(nèi)的秘密。它曾勘測了“鷹狀隕坑”和“奮進(jìn)隕坑”，還進(jìn)行了兩年多的“維多利亞”隕坑之旅，但是，它始終徘徊在“維多利亞”隕坑的鋸齒狀邊緣，125米深的陡峭懸崖使它望而卻步。因此，研制一種可以深入火星隕坑內(nèi)部探險的火星車始終是火星研究人員的愿望。

現(xiàn)在，這個愿望就要實(shí)現(xiàn)了。美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的工程師們和加州理工大學(xué)的學(xué)生們已經(jīng)設(shè)計和檢測了一個名叫“Axe1”的機(jī)器人，這個機(jī)器人的結(jié)構(gòu)十分簡單，外形像一個溜溜球：在一根簡單的圓柱的兩端各裝著—個輪子，輪子能滾過半米高的巖石。輪子的類型和大小可不同，可以是大型可折疊輪，或者是可充氣的輪子，以便適應(yīng)各種情況的需要。溜溜球機(jī)器人的關(guān)鍵部位是連接兩個輪子的圓柱。在圓柱的中心是一個繩索系統(tǒng)，有繩子纏繞在上面，繩子的另—端可與火星漫游車、飛船或定位點(diǎn)連接。圓柱的內(nèi)部是一些傳感器和通信等電子設(shè)備，以保證溜溜球機(jī)器人具備計算、無線通信和控制運(yùn)動的能力。Axe1是靠三臺電動機(jī)來驅(qū)動的，它們分別安裝在兩個輪子和Axe1的手臂止。Axe1的手臂是一個長長控制桿。這根控制桿可以控制一個鏟子去收集土壤樣品供科學(xué)家們研究，還可以調(diào)整機(jī)器人的兩臺能夠旋轉(zhuǎn)360度的立體攝像機(jī)，拍攝周圍的環(huán)境，并且可以推動輪子在陡峭地形中行走。因?yàn)榱锪锴驒C(jī)器人有繩子，可以將它從懸崖上放到隕坑中，探索隕坑中的秘密。

今年的1月14日，科學(xué)家對“Axe1”的功能進(jìn)行了模擬測試。測試時，將此期器人從美國宇航局“鳳凰號”火星漫游車著陸車模型的頂板上降落下來，沿著繩索下降到一處多巖石地形中。在那里，它將控制桿的一端插入地面，收集了兩管土壤樣本。結(jié)果證實(shí)此機(jī)器人能從

但是，這個機(jī)器人還不令人滿意，也存在不少問題。首先是能源供應(yīng)問題，此機(jī)器人是靠電池供電的，使用壽命只有1小時，這樣短的時間要進(jìn)行火星隕坑勘探是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，必須將系繩改進(jìn)成導(dǎo)電繩索，不斷地給Axe1的電池充電。第二個缺點(diǎn)是其重量是22千克，還比較重，工程師們正在研究讓其“瘦身”到10千克以下。美國明尼蘇達(dá)州大學(xué)的機(jī)械工程師尼可斯正在開發(fā)一種更小、更能適應(yīng)各種地形的滾筒式的火星機(jī)器人，這種機(jī)器人不配備系繩，其行駛坡度有限，不高于45度。但是因?yàn)樗挥?1厘米長，重量不到500克，可以在火星上部署大量的這種探測器，以便進(jìn)行大面積的勘察。

網(wǎng)球狀的火星機(jī)器人

現(xiàn)在的火星漫游車另一個不足之處是行動緩慢。這些機(jī)器人拖著沉重的身軀像老人一樣滾動著自己的輪子在火星上蹣跚地勘探著，要靠它們來探測火星，不知道要到哪年哪月才能實(shí)現(xiàn)人類登上火星的愿望。

在一些人的奇思妙想下，新一代的“迷你”型火星機(jī)器人產(chǎn)生了。這種“網(wǎng)球狀的機(jī)器人”是美國新墨西哥冶金技術(shù)研究所和麻省理工學(xué)院提出的，這個創(chuàng)意一提出立即引起美國航空航天局的極大興趣，并為之提供了研究基金?，F(xiàn)在這種新式微型機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入了“正樣研制階段”。

為什么美國航空航天局會對這種類型的火星機(jī)器人感興趣呢?主要因?yàn)樗邆淞艘韵聝?yōu)點(diǎn)：

1克服了現(xiàn)有火星漫游車蹣跚前行的缺點(diǎn)

無論是第=代的“勇氣號”和“機(jī)遇號”火星車，還是即將發(fā)射的“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，都是一些帶著輪子在火星上蹣跚前行的機(jī)器人，它們每天也就走40米左右，而這種“迷你”型火星車卻不再需要靠輪子前進(jìn)，而是自己蹦蹦跳跳地在火星上進(jìn)行工作。

那些像高爾夫推車大小的“機(jī)遇”號和“勇氣”號重達(dá)174千克左右，而每個網(wǎng)球大小的迷你機(jī)器人只有100克重。在它的體內(nèi)除了安裝著小型電池、各種類型的傳感器、分光計和微型照相機(jī)等外，還有一組由聚合體制成的“肌肉”。這些人造“肌肉”像人的肌肉一樣，可以“收縮”，使機(jī)器人跳躍前行，其速度大約為每小時1米。

2可進(jìn)行大片區(qū)域的火星探測

由于“網(wǎng)球機(jī)器人”小而輕，可向火星表面投擲數(shù)千個這樣的迷你智能機(jī)器人，對火星進(jìn)行大片區(qū)域的勘測。這些微型機(jī)器人不是完全相同的，它們可以具有不同的功能，完成不同的任務(wù)。在火星上，它們不僅可以各司其職，而且具備“團(tuán)隊協(xié)作”能力，它們之間可以互相交流信息。即使部分機(jī)器人不幸損壞，其他眾多機(jī)器人獲取的數(shù)據(jù)足以彌補(bǔ)這些損失，故不會影響研究結(jié)果。通過這種方式將能夠獲得大量有關(guān)火星的數(shù)據(jù)，其效率是任何軌道探測器和火星車所無法比擬的。

3無孔不入地進(jìn)行勘測

在“人造肌肉”的作用下和堅硬外殼的保護(hù)下，這些網(wǎng)球型的智能機(jī)器人能夠以滾動的方式沿火星表面移動，也能夠以跳躍的方式在崎嶇地貌條件下行進(jìn)。更重要的是它們可抵擋火星上極度寒冷的氣溫、強(qiáng)烈的紫外線以及大量微塵的侵蝕，不受火星地表各種復(fù)雜地形條件的限制，深入到大型探測器難以到達(dá)的地區(qū)，如峽谷或是火星地表下的隧洞中采集數(shù)據(jù)?？梢韵胂?，不久將來，這些像網(wǎng)球大小的機(jī)器人將會成群“入侵”火星，在火星上“蹦蹦跳跳”地開展火星探索任務(wù)。

當(dāng)然，除了這些小型的火星機(jī)器人外，大型的探測器也是不可缺少的。美國將于2009年12月向火星發(fā)射一顆名叫“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”的第3代火星車，這是地表探測技術(shù)的一項(xiàng)飛躍性的進(jìn)步，因?yàn)樗粌H是一個在火星上勘測的機(jī)器人，而且也是在外星建立的長期遠(yuǎn)程太空科學(xué)試驗(yàn)室。這種大型火星機(jī)器人的功能更齊全，攜載更多的探測器和分析設(shè)備，同時也將為未來的火星采樣任務(wù)鋪平道路。按計劃，該火星車將于2010年10月抵達(dá)目的地。新火星車重量達(dá)600千克，約有一輛吉普車大小。它能夠在坡度為60度的斜坡上正常行駛，其能源供應(yīng)將依靠核能。2009年之后，NASA計劃增加更多的人造衛(wèi)星和太空探測器，爭取在2014年之前帶回第一批火星巖石和土壤標(biāo)本。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，太空總署正加緊研究相關(guān)技術(shù)?；鹦翘诫U也是一項(xiàng)非常大的國際分工合作項(xiàng)目，很多國家，例如意大利和法國的航天局也計劃在采樣系統(tǒng)、通信技術(shù)以及著陸保障等方面與美國太空總署進(jìn)行技術(shù)合作，也有其他一些國家表示有興趣參加這一計劃。可以預(yù)料，將來將有更多大大小小火星機(jī)器人漫步在火星上，在它們的努力下，人類不久將具備征服這顆遙遠(yuǎn)的星球的條件。(文章代碼：1907)

[責(zé)任編輯]蒲暉