沈羨云

火墨探險(xiǎn)

火星，這顆在太陽(yáng)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?cè)缇团瓮谐蝗漳軌虻巧匣鹦牵谏厦娼ㄔ煊谰眯缘幕?，使它成為人類的第二故鄉(xiāng)。如今，火星探險(xiǎn)計(jì)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(gè)愿望絕非像登月那樣簡(jiǎn)單，除了路途遙遠(yuǎn)、危險(xiǎn)重重外，人們對(duì)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(xiǎn)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)載人火星探險(xiǎn)，從20世紀(jì)60年代起人類已經(jīng)開始發(fā)射火星探測(cè)器了。到目前為止，盡管發(fā)射的火星探測(cè)器不少，但只有一半火星探測(cè)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(cè)器，只有屈指可數(shù)的6個(gè)，它們是1975年登上火星的“海盜1號(hào)”、“海盜2號(hào)”，1996年的“火星探路者”號(hào)，2004年的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)及2008年的“鳳凰”號(hào)火星漫游車。至今，只有“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星漫游車還在堅(jiān)持工作，其他的探測(cè)器都已“光榮犧牲”了。盡管這些探測(cè)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(huì)陸續(xù)研制出來(lái)，繼承它們“前輩”的遺志，完成火星探險(xiǎn)的任務(wù)。本文將介紹兩種未來(lái)的小型火星探測(cè)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(cè)器發(fā)回來(lái)的高清晰度、超高分辨率的照片，或者有機(jī)會(huì)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(xiǎn)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(cè)器，包括將要發(fā)射的“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”都無(wú)法到達(dá)那些變化莫測(cè)的地方。就以現(xiàn)在正在火星上勘察的“機(jī)遇”號(hào)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(cè)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(xiǎn)的火星車始終是火星研究人員的愿望。

現(xiàn)在，這個(gè)愿望就要實(shí)現(xiàn)了。美國(guó)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(jì)和檢測(cè)了一個(gè)名叫“Axe1”的機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，外形像一個(gè)溜溜球：在一根簡(jiǎn)單的圓柱的兩端各裝著—個(gè)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(gè)輪子的圓柱。在圓柱的中心是一個(gè)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(jì)算、無(wú)線通信和控制運(yùn)動(dòng)的能力。Axe1是靠三臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，它們分別安裝在兩個(gè)輪子和Axe1的手臂止。Axe1的手臂是一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)控制桿。這根控制桿可以控制一個(gè)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(tái)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(dòng)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(duì)“Axe1”的功能進(jìn)行了模擬測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將此期器人從美國(guó)宇航局“鳳凰號(hào)”火星漫游車著陸車模型的頂板上降落下來(lái)，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(gè)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(shí)，這樣短的時(shí)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(gè)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(guó)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(zhǎng)，重量不到500克，可以在火星上部署大量的這種探測(cè)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(gè)不足之處是行動(dòng)緩慢。這些機(jī)器人拖著沉重的身軀像老人一樣滾動(dòng)著自己的輪子在火星上蹣跚地勘探著，要靠它們來(lái)探測(cè)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(guó)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(gè)創(chuàng)意一提出立即引起美國(guó)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(guó)航空航天局會(huì)對(duì)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(wú)論是第=代的“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”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(hào)和“勇氣”號(hào)重達(dá)174千克左右，而每個(gè)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(jì)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(shí)1米。

2可進(jìn)行大片區(qū)域的火星探測(cè)

由于“網(wǎng)球機(jī)器人”小而輕，可向火星表面投擲數(shù)千個(gè)這樣的迷你智能機(jī)器人，對(duì)火星進(jìn)行大片區(qū)域的勘測(cè)。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(duì)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(huì)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(cè)器和火星車所無(wú)法比擬的。

3無(wú)孔不入地進(jìn)行勘測(cè)

在“人造肌肉”的作用下和堅(jiān)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(dòng)的方式沿火星表面移動(dòng)，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(cè)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(lái)，這些像網(wǎng)球大小的機(jī)器人將會(huì)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(cè)器也是不可缺少的。美國(guó)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(cè)技術(shù)的一項(xiàng)飛躍性的進(jìn)步，因?yàn)樗粌H是一個(gè)在火星上勘測(cè)的機(jī)器人，而且也是在外星建立的長(zhǎng)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(cè)器和分析設(shè)備，同時(shí)也將為未來(lái)的火星采樣任務(wù)鋪平道路。按計(jì)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(jì)劃增加更多的人造衛(wèi)星和太空探測(cè)器，爭(zhēng)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(xiǎn)也是一項(xiàng)非常大的國(guó)際分工合作項(xiàng)目，很多國(guó)家，例如意大利和法國(guó)的航天局也計(jì)劃在采樣系統(tǒng)、通信技術(shù)以及著陸保障等方面與美國(guó)太空總署進(jìn)行技術(shù)合作，也有其他一些國(guó)家表示有興趣參加這一計(jì)劃?？梢灶A(yù)料，將來(lái)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