被遙控的宇宙探險者

安行

你是否曾經(jīng)開過一輛由虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)操控的遙控汽車？或者是否了解過宇宙飛船與國際空間站對接的相關(guān)新聞？如果這些都聽說過，那么你可能已經(jīng)對今天的主角——遙控機器人有了初步的了解。

遙控機器人是指人類可以在另一個地方遠程操作“千里之外”，甚至是“遠在天邊”“遙如宇宙”的機器人，這聽起來有點像科幻小說里虛構(gòu)出來的，但其實已經(jīng)在很多地方開始應(yīng)用了。海洋遙控潛水器是海洋遙控機器人的代表，在對于潛水員來說太深或太危險的水域被廣泛應(yīng)用。它們通常連接著水面艦艇的控制中心，由水面艦艇指揮控制，獨自下潛到伸手不見五指的深海里。

此外，醫(yī)療器械和微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域也離不開這些“高手”朋友。有了它們，醫(yī)生可以解決更多目前人工無法解決的醫(yī)療問題。可以說，遙控機器人的使用范圍多不可數(shù)，人類在哪里遇到困難，哪里有危險，哪里就有它們的身影。

今天，在遙遠的火星上，在廣袤的太陽系中，遙控機器人已經(jīng)活躍著，這些宇宙探險者是人類探索太陽系的先鋒，為我們帶回了大量有關(guān)太陽系遙遠行星的信息。

遙控機器人在太空顯身手

今天，在太空領(lǐng)域，遙控機器人也已經(jīng)做出了一系列的“功績”。這包括讓宇航員在太空站遠程操作機器人（“漫游者”）執(zhí)行命令，通過這種方式，宇航員不需要冒著生命危險走出太空艙執(zhí)行工作任務(wù)。然而，宇航員在國際空間站可沒有閑著，為了更好地和機器人伙伴一起工作，他們一直在忙著練習(xí)如何精準地控制“漫游者”的手臂移動和其他相關(guān)動作。另外一個太空機器人運用的例子，是德國航空航天中心研發(fā)的一個名為“Justin”的人形機器人，它自帶攝像機，宇航員可以清楚地看到它們在做什么，并已實現(xiàn)在軌道上控制它們的四肢和手的活動。

從技術(shù)層面來看，控制操作員的命令動作一般會直接作用于被控制設(shè)備的動作，例如無線電控制的模型飛機或系繩的深水潛水器。但是，如果通信延遲，直接控制則不切實際（比如遠程行星探測車），加上希望減少操作員的工作量，設(shè)備將不會被直接控制，而是遵循提前設(shè)定好的命令路徑。隨著設(shè)置指令的復(fù)雜程度提高，該類機器人在避障等問題上會有一定的獨立處理能力，因此避障能力也常為行星漫游者配置。

事實上，迄今為止，除阿波羅計劃外，大多數(shù)的太空探索都是用遙控太空探測器進行的。例如，發(fā)射到火星的漫游者號和好奇號、發(fā)射到土星的卡西尼號、發(fā)射到冥王星的新地平線號等等。人類如何遙控遠在幾千萬千米甚至幾億千米之外的航天器呢？大部分都是由存儲的程序來進行操作的，而2003年發(fā)射到火星的“漫游者”號的“駕駛員”，則在地面上每天編寫和輸入操作程序。由人類在地面站編程的航天器，基本上實現(xiàn)了一種長時間延遲的遙控操作。

漫游者與火星探索

除了這些已實現(xiàn)的探索成果，在未來，太空遙控機器人可以幫助人類更快速、更容易地探索其他星球，比如火星。截止目前，我們已經(jīng)向火星發(fā)射了幾架漫游者，它們都是由地球上的操作員控制的，交流方式是在地球上的工程師輸入指令，在火星上的漫游者接收并執(zhí)行這些命令。但是這種方式有一個明顯的缺陷，平均每一個指令都需要14分鐘才能到達這顆紅色星球，可以說進程實在是太緩慢了。同時，漫游者通常每天只能行走幾十米，或者完成一些很簡單的任務(wù)，比如從地表挖掘材料等。

那么，怎么解決這些問題呢？在未來，科學(xué)家很可能將宇航員送到火星近軌道上，這樣就不需要從地球發(fā)送指令了，從而實現(xiàn)宇航員實時近軌操作機器人，完成更多更復(fù)雜的任務(wù)。雖然火星是一個危險的地方，但火星軌道是一個相對安全的地方，所以通過這種操作方式，可以很大程度上減少人類宇航員面對的危險。

也有科學(xué)家預(yù)測，在實現(xiàn)火星探索之前，這些技術(shù)很可能將被用于探索月球。美國宇航局及其國際合作伙伴目前正在開發(fā)一個名為“深太空門戶”的空間站，預(yù)計可以在未來10年內(nèi)實現(xiàn)環(huán)繞月球軌道運行。在這個空間站里，宇航員可以像在國際空間站上一樣生活和工作。它的特別之處就在于，在日常工作中，這些宇航員可以操控月球上的許多機器人（如漫步者）開展工作，它們的主要工作包括幫助宇航員在月球上建立可以長期生活的棲息地，或者協(xié)助宇航員探索月球上雖危險且黑暗但極其迷人的月球隕石坑。

令人期待的未來

展望未來，一些令人更加興奮的可能性開始涌現(xiàn)。像木星及土星這樣寒冷的星球，很可能有生命隱藏在數(shù)十千米的冰層之下?？上У氖?，對于這些地方，人類的探索看起來沒有任何可能性。但是如果我們可以將一艘機器人潛艇發(fā)射到其中一顆衛(wèi)星的表面，再用一種方法融化冰面，然后機器人游到水下深處，情況將會是怎樣呢？這聽起來就讓人興奮不已！

當(dāng)然，科學(xué)家還需要為遙控機器人解決一些現(xiàn)實中存在的問題：一是宇航員需要在太空中實時看到他們正在操作的機器人的任何動作，但如果機器人跑到月球的另一面則信號中斷，失去聯(lián)系。為了解決這個問題，科學(xué)家需要發(fā)射一顆傳播衛(wèi)星專門用來反射信號，以保持兩者之間的聯(lián)系;另一個是可用帶寬的延展問題。因為發(fā)送到月球的數(shù)據(jù)總量是有限的，這會在一定程度上限制遙控機器人的活動;再者，即使最終實現(xiàn)了宇航員在軌活動，也極大地加快了對于遙控機器的控制，操作延遲這個問題依然是不能消除的。即使是幾秒鐘的延遲，都有可能導(dǎo)致機器人出現(xiàn)故障，最終陷入困境。

即使有如此多的困難需要克服，但毫無疑問的是，遙控機器人的未來肯定更加令人神往，對于它們的應(yīng)用，科學(xué)家們依然趨之若鶩。通過這些“聰明”的小精靈，人類得以在不威脅自身生命安全的前提下，更多、更快地探索其他的未知世界，可以確定地說，它們幫助人類探索了更多有趣和神秘的地方。