未来的火星机器人

沈羡云

火墨探险

火星，这颗在太阳系行星中除地球之外最适合生命存在的星体，拥有许多与地球相似的环境，其中包括大气层、风沙和四季等。人们早就盼望有朝一日能够登上火星，在上面建造永久性的基地，使它成为人类的第二故乡。如今，火星探险计划正在如火如荼地进行着，提出了2030年左右登上火星的目标。但是，要实现这个愿望绝非像登月那样简单，除了路途遥远、危险重重外，人们对火星本身也不十分了解，火星上是否有水?是否存在过生命?火星上的地质、地貌、矿物、大气、气象和气候怎样?能否适合人类居住?载人火星飞船的登陆着陆点应该选在哪里?如果这些问题不解决，载人火星探险就无法实现。

为了实现载人火星探险，从20世纪60年代起人类已经开始发射火星探测器了。到目前为止，尽管发射的火星探测器不少，但只有一半火星探测器进入火星轨道，另一半还未进入火星轨道，就被地球和火星之间的黑暗吞噬了。真正到达火星表面进行正常工作的探测器，只有屈指可数的6个，它们是1975年登上火星的“海盗1号”、“海盗2号”，1996年的“火星探路者”号，2004年的“勇气”号和“机遇”号及2008年的“凤凰”号火星漫游车。至今，只有“勇气”号和“机遇”号火星漫游车还在坚持工作，其他的探测器都已“光荣牺牲”了。尽管这些探测器完成和超额完成了自己的任务，给地球发回了许多宝贵的第一手资料，但是离人们的需要_还差得很远。因此，第三代、第四代的火星漫游车将会陆续研制出来，继承它们“前辈”的遗志，完成火星探险的任务。本文将介绍两种未来的小型火星探测机器人。

溜球式的火墨机器人

如果你看过火星轨道探测器发回来的高清晰度、超高分辨率的照片，或者有机会从网上检索到火星照片的话，你就知道火星上遍布火山口、山脉、峡谷和各种各样有趣而危险的地形。像这些有着分层堆积物、沉淀物、碎裂和断层的地方，正是寻找火星水源、生命的重要地方。但是目前在火星上的探测器，包括将要发射的“火星科学实验室”都无法到达那些变化莫测的地方。就以现在正在火星上勘察的“机遇”号为例，它已经抵达火星表面5年多了，主要任务是勘察火星上陨坑，揭示陨坑内的秘密。它曾勘测了“鹰状陨坑”和“奋进陨坑”，还进行了两年多的“维多利亚”陨坑之旅，但是，它始终徘徊在“维多利亚”陨坑的锯齿状边缘，125米深的陡峭悬崖使它望而却步。因此，研制一种可以深入火星陨坑内部探险的火星车始终是火星研究人员的愿望。

现在，这个愿望就要实现了。美国宇航局喷气推进实验室的工程师们和加州理工大学的学生们已经设计和检测了一个名叫“Axe1”的机器人，这个机器人的结构十分简单，外形像一个溜溜球：在一根简单的圆柱的两端各装着—个轮子，轮子能滚过半米高的岩石。轮子的类型和大小可不同，可以是大型可折叠轮，或者是可充气的轮子，以便适应各种情况的需要。溜溜球机器人的关键部位是连接两个轮子的圆柱。在圆柱的中心是一个绳索系统，有绳子缠绕在上面，绳子的另—端可与火星漫游车、飞船或定位点连接。圆柱的内部是一些传感器和通信等电子设备，以保证溜溜球机器人具备计算、无线通信和控制运动的能力。Axe1是靠三台电动机来驱动的，它们分别安装在两个轮子和Axe1的手臂止。Axe1的手臂是一个长长控制杆。这根控制杆可以控制一个铲子去收集土壤样品供科学家们研究，还可以调整机器人的两台能够旋转360度的立体摄像机，拍摄周围的环境，并且可以推动轮子在陡峭地形中行走。因为溜溜球机器人有绳子，可以将它从悬崖上放到陨坑中，探索陨坑中的秘密。

今年的1月14日，科学家对“Axe1”的功能进行了模拟测试。测试时，将此期器人从美国宇航局“凤凰号”火星漫游车着陆车模型的顶板上降落下来，沿着绳索下降到一处多岩石地形中。在那里，它将控制杆的一端插入地面，收集了两管土壤样本。结果证实此机器人能从

但是，这个机器人还不令人满意，也存在不少问题。首先是能源供应问题，此机器人是靠电池供电的，使用寿命只有1小时，这样短的时间要进行火星陨坑勘探是远远不够的。因此，必须将系绳改进成导电绳索，不断地给Axe1的电池充电。第二个缺点是其重量是22千克，还比较重，工程师们正在研究让其“瘦身”到10千克以下。美国明尼苏达州大学的机械工程师尼可斯正在开发一种更小、更能适应各种地形的滚筒式的火星机器人，这种机器人不配备系绳，其行驶坡度有限，不高于45度。但是因为它只有11厘米长，重量不到500克，可以在火星上部署大量的这种探测器，以便进行大面积的勘察。

网球状的火星机器人

现在的火星漫游车另一个不足之处是行动缓慢。这些机器人拖着沉重的身躯像老人一样滚动着自己的轮子在火星上蹒跚地勘探着，要靠它们来探测火星，不知道要到哪年哪月才能实现人类登上火星的愿望。

在一些人的奇思妙想下，新一代的“迷你”型火星机器人产生了。这种“网球状的机器人”是美国新墨西哥冶金技术研究所和麻省理工学院提出的，这个创意一提出立即引起美国航空航天局的极大兴趣，并为之提供了研究基金。现在这种新式微型机器人已经进入了“正样研制阶段”。

为什么美国航空航天局会对这种类型的火星机器人感兴趣呢?主要因为它具备了以下优点：

1克服了现有火星漫游车蹒跚前行的缺点

无论是第=代的“勇气号”和“机遇号”火星车，还是即将发射的“火星科学实验室”，都是一些带着轮子在火星上蹒跚前行的机器人，它们每天也就走40米左右，而这种“迷你”型火星车却不再需要靠轮子前进，而是自己蹦蹦跳跳地在火星上进行工作。

那些像高尔夫推车大小的“机遇”号和“勇气”号重达174千克左右，而每个网球大小的迷你机器人只有100克重。在它的体内除了安装着小型电池、各种类型的传感器、分光计和微型照相机等外，还有一组由聚合体制成的“肌肉”。这些人造“肌肉”像人的肌肉一样，可以“收缩”，使机器人跳跃前行，其速度大约为每小时1米。

2可进行大片区域的火星探测

由于“网球机器人”小而轻，可向火星表面投掷数千个这样的迷你智能机器人，对火星进行大片区域的勘测。这些微型机器人不是完全相同的，它们可以具有不同的功能，完成不同的任务。在火星上，它们不仅可以各司其职，而且具备“团队协作”能力，它们之间可以互相交流信息。即使部分机器人不幸损坏，其他众多机器人获取的数据足以弥补这些损失，故不会影响研究结果。通过这种方式将能够获得大量有关火星的数据，其效率是任何轨道探测器和火星车所无法比拟的。

3无孔不入地进行勘测

在“人造肌肉”的作用下和坚硬外壳的保护下，这些网球型的智能机器人能够以滚动的方式沿火星表面移动，也能够以跳跃的方式在崎岖地貌条件下行进。更重要的是它们可抵挡火星上极度寒冷的气温、强烈的紫外线以及大量微尘的侵蚀，不受火星地表各种复杂地形条件的限制，深入到大型探测器难以到达的地区，如峡谷或是火星地表下的隧洞中采集数据。可以想象，不久将来，这些像网球大小的机器人将会成群“入侵”火星，在火星上“蹦蹦跳跳”地开展火星探索任务。

当然，除了这些小型的火星机器人外，大型的探测器也是不可缺少的。美国将于2009年12月向火星发射一颗名叫“火星科学实验室”的第3代火星车，这是地表探测技术的一项飞跃性的进步，因为它不仅是一个在火星上勘测的机器人，而且也是在外星建立的长期远程太空科学试验室。这种大型火星机器人的功能更齐全，携载更多的探测器和分析设备，同时也将为未来的火星采样任务铺平道路。按计划，该火星车将于2010年10月抵达目的地。新火星车重量达600千克，约有一辆吉普车大小。它能够在坡度为60度的斜坡上正常行驶，其能源供应将依靠核能。2009年之后，NASA计划增加更多的人造卫星和太空探测器，争取在2014年之前带回第一批火星岩石和土壤标本。为实现这一目标，太空总署正加紧研究相关技术。火星探险也是一项非常大的国际分工合作项目，很多国家，例如意大利和法国的航天局也计划在采样系统、通信技术以及着陆保障等方面与美国太空总署进行技术合作，也有其他一些国家表示有兴趣参加这一计划。可以预料，将来将有更多大大小小火星机器人漫步在火星上，在它们的努力下，人类不久将具备征服这颗遥远的星球的条件。(文章代码：1907)

[责任编辑]蒲晖