機器人在火星

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了火星。

其次是成本。目前將1千克重的機器人送上火星需要花費約50萬美元的設(shè)計和發(fā)射費用，而機器人不需要考慮復(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器人任務(wù)。另外，機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，其詳細程度是前所未有的。

最新的宇航機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，能夠為操作宇航機器人的宇航員提供立體視覺。用來覆蓋和保護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)進行介紹。

腿部——宇航機器人的設(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行支撐時提供這一功能。

手臂——和人類不同，宇航機器人的兩條手臂能向多個方向運動，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、諧波傳動裝置和帶有故障保險的制動裝置。

手——宇航機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。前臂長20厘米，里面裝有14只無刷馬達，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。

機器人任重道遠

當(dāng)宇航機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行遙控。這位宇航員會戴上頭盔和手套，并讓宇航機器人模擬其動作。如果宇航員向上看，宇航機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，宇航機器人的攝影機拍攝到的畫面將顯示在用來控制它頭部運動的頭盔內(nèi)。

宇航機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，而宇航機器人將能拯救他們的生命。宇航機器人的應(yīng)用不僅限于太空。它還可以代替人類進入一些危險的地點，如火山和核電站。

有朝一日，當(dāng)人們回顧過去時，會將宇航機器人看成是機器人全面接管太空產(chǎn)業(yè)的開端。具有人工智能的機器人（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，機器人工作起來就像是一個機器人地質(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，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)動機驅(qū)動探測車移動。

由于暴露于太陽、火星大氣以及細微的火星塵埃下長達數(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）