这辆小型 NASA 探测车可以征服沙地和陡峭的山丘

在探索火星平原六年后，美国宇航局的精神号火星车于 2009 年 5 月因卡在古谢夫陨石坑附近的软土中而停止运行。尽管科学家多次尝试解救火星车，但始终无法逃脱，研究人员于 2011 年彻底终止了任务。为了避免精神号的命运，研究人员现在知道，未来的火星车将需要能够以新的方式移动，以穿越崎岖的地形，例如月球的冰冻两极。

幸运的是，美国宇航局和佐治亚理工学院的研究人员最近发明了一种方法，让探测车能够在松散的土壤上行驶而不会被卡住，甚至可以爬上陡峭的山坡而不会熄火。他们使用报废探测车设计的微型版本，发现通过结合步行、划桨和车轮旋转，探测车可以爬过罂粟籽床和湿沙床。该团队于 5 月 13 日在《科学机器人》杂志上发表了这一发现。

“论文中描述的工作代表了一种混合移动方法，”美国宇航局休斯顿约翰逊航天中心的工程师、新论文的合著者威廉·布鲁斯曼 (William Bluethmann) 在给《大众科学》的电子邮件中说。在执行任务期间，火星车大部分时间都会靠轮子滚动，但“在不常见的糟糕天气中，当火星车发现自己处于太软而无法滚动的物质中时”，火星车就会采用这种非常规的新步态。

月球和火星的大部分表面被柔软、松散的土壤覆盖，这种土壤被称为风化层。传统探测车的轮子并不适合在这种颗粒状、不稳定的基质上移动。“在柔软的土壤中，你会被深深地埋住，无法爬出你自己挖的小坑，”佐治亚理工学院的物理学家丹尼尔·戈德曼 (Daniel Goldman) 说道，他也参与了该项目。“轮式车辆在硬地上表现很好，但当你到达更复杂的地形时，你需要更灵活、多功能的附加装置。”

在为后来报废的资源勘探者 15 号 (RP15) 探测车设计原型时，NASA 的研究人员为探测车安装了可以进行举升和扫掠动作的肢体，以及可以旋转和转动车轮的功能。该探测车计划访问月球极地，那里到处都是松散的风化层、陡坡和阴影陨石坑。

RP15 的计划任务于 2018 年被取消。不过，该团队继续致力于一项更具雄心的任务，名为 VIPER（挥发物调查极地探测车），该任务可能最早于 2022 年 12 月开始。VIPER 将探索月球南极并收集有关水冰的信息，宇航员未来可能会提取这些水冰并将其转化为燃料，用于更长时间的太空任务，例如火星任务。

为了更好地为此类任务准备探测车，NASA 研究人员与 Goldman 及其同事合作，后者之前曾研究过蜥蜴如何在沙漠中“游泳”。Goldman 的团队随后以 RP15 原型为基础，用 3D 打印塑料制造了一辆小型“迷你探测车”，并在罂粟种子床中进行测试，这些种子床可以倾斜到不同角度以模拟沙丘。当时在 Goldman 实验室工作的高中生 Siddharth Shrivastava 开始尝试不同的步态。他最终想出了一种动作组合，让迷你探测车能够爬上陡坡而不会被卡住（Shrivastava 现在是佐治亚理工学院的本科生）。

通过使用前轮清除沙子，火星车可以“制造混乱——制造一滩颗粒物质，然后游过它”，戈德曼说。“它本质上是用前轮制造一条小小的沙子传送带，然后让后肢划动并推挤它，这会在局部形成一个颗粒物质气泡，火星车可以借助这个气泡爬上山坡。”

该团队还从约翰逊航天中心的退役状态中取出了原始的全尺寸 RP15。尽管探测器的一条腿断了，但研究人员还是设法在平坦的湿沙床上使用新的移动方法对 RP15 进行了测试。“结果发现它仍然能够取得一些进展，”戈德曼说。

去年 10 月，NASA 研究人员还在一种模拟月球风化层的物质床（被称为“水槽”）中测试了 VIPER 的轻型模型。“之所以叫这个名字，是因为几乎所有进入水槽的东西都有下沉和卡住的趋势，”领导 VIPER 开发的 Bluethmann 说道。“我们在测试过程中采用了游泳步态，火星车直接穿过了水槽。”

如果 VIPER 成功穿越月球南极，这种方法可能使未来的探测车能够漫游迄今为止仍无法到达的其他月球和火星地点。Mini Rover 独特的移动方式在地球上也可能有用，包括用于必须穿越沙漠和其他软质基质的军用车辆或机器人（该项目部分由陆军研究办公室资助）。Goldman 表示，有朝一日，这项技术甚至可能帮助送货机器人将货物运送到偏远的住所。