火星探测新方式：滚

Ian O'Neill　文　Shea　编译

　　在火星成为人类探险的下一个前线之前，我们还需要派遣更多的机器人探测任务去尽可能多地收集有关它的信息。但是，什么样的机器人集重量、成本和可探测范围的最佳组合于一身而同时还能够进行开创性的科学研究呢？

　　为此，一个巧妙的想法“横空出世”，它将会以完全不同的方式来探索火星广袤的表面。这就是“风滚草火星漫游者”。它可以在火星表面上滚动，但不是像现在的火星车那样用六个轮子。

轨道器、着陆器和火星车

　　时至今日，机器人火星探测有三种形式。最初是火星轨道器，它们在进入环绕火星的轨道之后会在数百千米的高度上对火星地表进行观测。虽然它们不能在现场进行科学研究，但却可以对火星的地理有一个全局性的了解。

　　然后就是着陆器，它们都是携带有可以挖掘和分析局部火星土壤仪器的静态探测器。虽然只能停留在原地，但它们照样可以进行许多的科学研究。

　　再接着就是火星车——一种兼顾了机动性和科学有效载荷的探测平台。虽然到目前为止仅有三个成功进行的火星车任务（其中有两辆仍在工作）并且还有两个计划在未来几年内发射，但这可以说是迄今游走于火星表面的最好方式。不过即使是火星车也有其自身的局限性。

　　复杂的运动部件（例如车轮和接合点）会堵塞或者卡住，太阳能电池板经常会被尘埃覆盖。尽管对于地外机器人而言它们的活动范围确实令人印象深刻，但事实上它们无法真正探索火星表面的广大地区。“机遇”号火星车目前状态良好，它的里程表已经上到了千米的量级。而“勇气”号则身陷古谢夫环形山中的沙坑成为了一个静止的探测器，2010年4月初和地面失去了联系。

　　即将登场的“好奇”号火星车将会使用放射性同位素热电发生机来提供电力，以此来解决太阳能电池板会被尘埃覆盖的问题。这辆小轿车大小的火星车将“称霸”火星的表面，无论是白天、黑夜，还是在最恶劣的沙尘暴中。

“风滚草”简史

　　因此，在人类真正涉足火星之前，还需要更多能对火星更广袤地区进行勘探的探测任务。这对于继续寻找火星生命也有极大的好处，毕竟到目前为止人类的探测还一直局限于火星表面的一小片区域。

　　“风滚草”机器人正是为了实现这一目标而生的。

　　早在1977年美国宇航局喷气推进实验室的科学家就率先提出了把一个球形、由风推动的探测器（“火星球”）用于火星探测的构想。当时正值“海盗”号火星探测器发现火星大气中主要含有二氧化碳并且有强风之后不久。然而，现代版的“风滚草”则来自机缘巧合。

　　2000年，喷气推进实验室的一个小组在美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠中测试一辆三轮充气车时，其中一个“车轮”掉了下来并且在风的吹动下在沙丘上飞奔。

　　这个充气球遇到巨石可以弹起，碰到斜坡可以加速，还能轻松地越过植被。就在他们去追这个直径1.5米的气球时，一个想法诞生了：一个由火星上的风吹动的、可以像风滚草那样滚动的球也能用于火星探测。


[图片说明]：“风滚草”机器人的艺术概念图。

行驶还是滚动？

　　但是，这个新颖的概念能取代火星车吗？美国宇航局的“勇气”号和“机遇”号已经在火星上工作6年了，而它们最初的设计寿命却只有90天。那么为什么要摒弃如此成功的这么一种探测方式而选择另一种呢？

　　“勇气”号和“机遇”号确实一直都非常出色。不过，它们的机动性非常有限，而且往往会受到地形的制约。

　　然而，使用风来推进的“风滚草”编队却能覆盖比火星车大得多的探测区域。其中一些可能会被卡住成为静止的探测平台，就像“勇气”号一样，但大多数的可以在一个比火星车探测范围大10倍的地区进行“随机行走”式的探测。

　　在这个计划脱离概念阶段之前，还需要更多的资金来研发“风滚草”将会携带的探测设备。如果资金充裕，科学装置还能“瘦身”，更容易地放入球形探测器中。

　　“风滚草”的目的是追踪火星大气的状况、地理位置、和火星轨道器进行通讯（后者会将数据传回地球的）甚至还包括探测火星土壤的化学成分，所以它的体型是越小越好。它们甚至还可以通过利用自身运动的动能来为自己提供电力。

　　另一种令人兴奋的可能性是，一个携带有不同仪器的“风滚草”编队可以做为一个整体对火星进行拉网式的深入探测。

各种形状和大小

　　“风滚草”一旦获得支持，美国宇航局将会研究什么样的配置会是最有效并且最实际的。

　　例如，可充气的“风滚草”已经于2003年和2004年在格陵兰和南极洲进行了广泛的实地测试。它们在穿越数百千米的距离的同时还不断发送着大气测量和位置数据。

　　可充气的设计同时也意味着它们可以在控制人员的指挥下在感兴趣的地点放气，从而“就地坐下”停止滚动。由于“风滚草”的底部与地面有较大的接触，放置在其中较低位置上的分析仪器也许还可以对任何从地面释放出来的气体进行采样。

　　在“风滚草”的球心放置有压舱物，它们会在控制下改变自身的位置，导致它的质心发生偏移，从而控制行进方向。

　　“风滚草”还有一种能更有效利用火星上风力的设计，其运动的速度也会更快。不过目前这一方案还尚不成熟。


[图片说明]：在南极进行测试的可充气的“风滚草”。

准备好“滚”了吗？

　　虽然短时间之内可能还不会看到“风滚草”编队在火星表面上执行探测任务，但这无疑是一种行星探测的新方式。

　　目前科学家和工程师所要做的就是用事实来说明这一新探测手段的可行性。




2001-2020火流星工作组制作


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