作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2014-8-6 8:58:20
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“好奇”号被火星岩石“扎破脚”
美国漫游机器人计划面临考验

 

美“好奇”号火星车0.75毫米厚的铝制轮子被火星上的岩石刺穿后留下的孔洞。

图片来源: NASA/JPL-CALTECH/MSSS

美国宇航局火星漫游者机器人“好奇”号项目科学家John Grotzinger非常希望了解火星上的岩石状况,不过,这些石头近来却让他十分担心。“现在,‘好奇’号的设计者都非常紧张,他们只同意再让它前行10米。”他说,“因为情况实在‘要命’。”

“好奇”号面临的问题是:匕首一样锋利的岩石正在刺穿它羽毛一般轻的铝制轮子,该金属轮的厚度仅有0.75毫米,漫游者向地球传回越来越多的轮胎被破坏的警示图片。该问题受到了项目组内外科学家和工程师的关注,全球最大的铝制品生产商之一Even Alcoa公司也向项目组提出了减少轮胎磨损的建议。“我们的后备支持力量遍布全美。”Grotzinger说,他同时是帕萨迪纳市加州理工学院行星科学研究专家。

2012年8月5日,就在“好奇”号登陆火星后不久,随即在这颗红色星球上发现一个古湖床遗迹,该遗迹显示,这个出现在30多亿年前的湖泊或拥有适宜生命生存的环境。数月之前,相关科研人员再次宣称,他们已经在这里找到了含有氯苯有机分子的证据,尽管目前他们尚不明确这些化合物是来自于火星外的陨石残片,还是火星上古生命体的残留遗迹。这些发现使他们迫不及待地想要了解一个主要事件的成因:即盖尔陨石坑中被河流沉积物环绕的5.5千米高的盖尔环形山。

为此,在过去一年中,漫游者一直在一条狭长的乱石遍布的捷径上行驶。但最近出现的新问题不得不让它放松油门,在前进途中踩刹车。今年1月,项目组工程师发现,“好奇”号轮子的损坏程度已经到了警戒线,于是组内的地质学家利用火星勘测轨道飞行器一起绘制出详细的地图,他们很快就诊断出这个令人不愉快的问题来自于火星地面上的岩石构造。这里的岩石质地十分紧凑,比周围的其他岩石保留了更多的弧坑,并且在地貌上形成了一个突出的大冠岩,岩坑中的裂缝在风力的剥蚀作用下形成了“金字塔”一样锐利的岩块。

参与绘图的科研人员给漫游者重设了一条新路径,这条路可以让它离开冠岩,进入狭窄的沙谷。但是绕道之后的新路径却以一种风险代替了另一种风险:尽管谷中的小型沙丘不会对2米高的漫游者造成多大影响,但沙谷腹地的流沙堆积而成的30~40厘米高的沙丘却可以构成“好奇”号的路障。为此,项目组不得不让它始终沿着沙谷的边缘走,因为这里的沙丘要小得多。“总不能让它的6个轮子一直爬坡。”参与此次路线重置的华盛顿大学行星科学家Raymond Arvidson说。事实上,新路径已经产生了良好的即时效应:车轮的磨损率直线下降,漫游者里程表上的数字以更快的速度增加着。6月的一天,它在其中的一个沙谷中行驶了143米——创下了到目前为止“好奇”号在整个火星旅程中日行程距离第二长的纪录。

近期,漫游者又重新爬上了冠岩,加州帕萨迪纳市喷气推进实验室(JPL)的工程师正在另辟蹊径以减少对其轮子的磨损。其中的一个策略就是“倒退式”前进,项目经理Jim Erickson表示这种方法就像是用拉杆拽着拖轮箱,而不是直接用力推。他表示,项目组还在努力改变一些软件,使漫游者在辨认出危险物体时,可以缩短落到每个轮子上的力矩。

还有一些人也在思考漫游者的轮子最终如何才能突破困境。在JPL火星试验场,工程师建造了一个沙制的跑道,让“好奇”号底盘上的3个轮子不断地旋转,使磨损逐渐积累。一项测验显示,尽管它的“Z字”形履带或轮子胎面可能会出现损坏,但它们依然可以在粗糙的火星地面上再行走25公里。Erickson表示,现在漫游者已经在火星上走过8.5公里,在他看来,“好奇”号的任务完成情况极有可能会因为携带的放射性同位素发电机受到限制——尽管该发电机的能量还有10年,而不是受损伤的轮胎。

近期,工程师重新进行了一项跑道测试,用来模拟在冠岩上持续行走对漫游者的影响。加州州立大学北岭分校机械工程系研究生Michael Newby顶着正午的炎炎烈日建造了岩石堆,他用标尺把锋利的硅岩分成了两堆,随后把这些硅岩粘贴在胶合板上,最后把它们放在测试用的跑道上。“我们试图让这些岩石看起来与天然岩石一样。”他说。

目前,漫游者正在接近一道200米宽的锐岩区域的末端,很快就会抵达沙谷中的安全区域。未来的路上也仅剩下距离穆雷山丘3.4公里处的崎岖路段,该山丘是通往盖尔环形山的门户。Arvidson指出,漫游者损坏的轮子可能还有一线希望:当“好奇”号在沙地上前行时,轮子上的穿孔或许可以作为额外的“楔子”。“它们可能会增加‘好奇’号的抓地力。”他说。(冯丽妃)

《中国科学报》 (2014-08-06 第3版 国际)
 
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