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多層探測(cè)示意圖
人類送入太空的宇宙飛船數(shù)量越來(lái)越大，但設(shè)計(jì)這些飛船所采用的原理則大同小
異。事實(shí)上，科學(xué)家們一直沒(méi)有停止在新式飛船領(lǐng)域的探索。據(jù)飛船設(shè)計(jì)專家們預(yù)測(cè)，未來(lái)的太空交通工具與傳統(tǒng)的火箭推進(jìn)式太空飛行器將有很大不同，它們看上去可能更像是昆蟲(chóng)或乒乓球，可以一次性發(fā)射一支微型飛船部隊(duì)，它們不僅可以分頭執(zhí)行任務(wù)，還能獨(dú)自作出決定。
微型飛船掀起探索革命
你可以想像一下這樣的情景：一大群獨(dú)腿機(jī)器人像一只只畸形的小雞在火星上賣力地工作。它們?cè)诙囱ê土芽p中快速的爬進(jìn)鉆出，收集土壤樣本，搜索原始微生物(生命體)可能存在的跡象。
你還可以想像一下這樣的情景：一個(gè)飛行聯(lián)隊(duì)拍打著翅膀，在金星上空大氣層中飛來(lái)飛去，用它們敏感的鼻子嗅一嗅金星大氣中是否有有機(jī)分子。而在太陽(yáng)系的其它地方，嗡嗡地飛著像昆蟲(chóng)一樣的機(jī)器人在行星上空盤旋，搜索熔巖構(gòu)成的熱點(diǎn)地區(qū)域或探測(cè)火山口壁。
這些都是未來(lái)探索太空的情景。當(dāng)美國(guó)宇航局正在努力準(zhǔn)備派宇航員重返月球之時(shí)，美國(guó)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程師們正在自由地展開(kāi)想像的翅膀，希望設(shè)計(jì)出新式太空飛行器，探索太陽(yáng)系更遠(yuǎn)的星球。可是，就目前而言，科學(xué)家們要實(shí)現(xiàn)他們的太空探索夢(mèng)想，必須具備兩個(gè)條件：一是必須尊重物理學(xué)原理，二是必須有雄厚的科研經(jīng)費(fèi)。但隨著新型材料的不斷問(wèn)世、智能軟件的快速發(fā)展以及電子器件越來(lái)越微型化，過(guò)去那些被認(rèn)為是稀奇古怪的想法，距離現(xiàn)實(shí)越來(lái)越近。
這些新型太空機(jī)器可能會(huì)掀起一場(chǎng)行星探索的革命，但它們的真正吸引人的巨大潛力可能在于這些太空飛行哭使用的仍然是傳統(tǒng)的軌道飛行器、著陸器和在其他星球上漫步的機(jī)器人。有些它們：未來(lái)探索火星或月球，根本不需要宇航員到這些星球上執(zhí)行危險(xiǎn)的探測(cè)任務(wù)，因?yàn)檫@些機(jī)器人的工作能力和效果絲毫不亞于真人，它們甚至?xí)约喊才抛约旱奶剿魅粘�。派這樣的機(jī)器人承擔(dān)太空探索使命可能不會(huì)降低太空任務(wù)的成本，但每一次太空之旅都有可能完成更多的研究課題。
一次發(fā)射一支飛船部隊(duì)
現(xiàn)在，美國(guó)宇航局一次典型的火星探索任務(wù)一般都是先從發(fā)射軌道飛行器尋找著陸點(diǎn)開(kāi)始，大約16個(gè)月之后，再發(fā)射招待具體探索任務(wù)的著陸器和漫步者機(jī)器人�，F(xiàn)在的飛行器能夠完成重要的測(cè)量任務(wù)，但僅限于相對(duì)平坦的地形，所以它們的發(fā)現(xiàn)是有限的。這種局限性迫使科學(xué)家們只能進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)打算，一次探索任務(wù)需要經(jīng)過(guò)好多年才有可能完成。
位于帕薩迪那的加利福尼亞理工學(xué)院的物理學(xué)家沃爾夫?qū)し铱?Wolfgang
Fink)表示：“用這種方法你可以拍攝到某個(gè)星球的全景照片，也可以拍到火星的局部照片，但僅此而已”。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，芬克博士、亞利桑那州立大學(xué)水文學(xué)家詹姆士·多姆(James
Dohm)和其他兩位同事預(yù)言，未來(lái)人類將采取“夾心蛋糕”式的行星探索方式。他們發(fā)表在《行星和空間科學(xué)》雜志上的論文描述說(shuō)，將來(lái)，美國(guó)宇航局可以一次性發(fā)射多個(gè)體型小、造價(jià)低的機(jī)器人傳感器與飛行器，它們之間可以做到密切合作，執(zhí)行行星探測(cè)任務(wù)。不同的傳感器可以探測(cè)不同的地形，它們彼此“溝通”，對(duì)不斷變化的形勢(shì)作出判斷，無(wú)需等待遠(yuǎn)在億里之外的科學(xué)家的指示。
符合這種探測(cè)戰(zhàn)略要求的很多機(jī)器人其實(shí)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中誕生了，這項(xiàng)研究由美國(guó)宇航局位于亞特蘭大的先進(jìn)概念研究所資助。史蒂文·杜波斯基和彭尼·波士頓研制的“小雞”機(jī)器人便是其中的一例。在新墨西哥州索科羅礦業(yè)技術(shù)所負(fù)責(zé)洞穴與喀斯特地貌研究項(xiàng)目的波士頓博士對(duì)尋找其它星球的生命跡象極感興趣，他希望通過(guò)鑒定微生物留下的礦石信號(hào)實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。
這就意味著要對(duì)古老的熔巖浮冰里的洞穴、裂縫和天然溝壑進(jìn)行探測(cè)，上述地點(diǎn)不容易遭受幅射和腐蝕，里面的微型有機(jī)物也就更有可能存活。波士頓博士說(shuō)，當(dāng)今飛行器重點(diǎn)探索的其實(shí)也是這些地點(diǎn)。
十年之內(nèi)有望變成現(xiàn)實(shí)
為此，她開(kāi)始與麻省理工學(xué)院致力于研究以獨(dú)特方式探索行星的杜波斯基博士展開(kāi)合作。在二人的努力下，由微型燃料電池提供動(dòng)力的網(wǎng)球大小的機(jī)器人誕生了。這種獨(dú)腿機(jī)器人傳感器在一個(gè)著陸器的配合下，可以跳入或滾到其他探測(cè)器很難到達(dá)的地方進(jìn)行探測(cè)，而且彼此之間隨時(shí)可以互換信息。由于采用“群發(fā)”的方式，這種探測(cè)器一次性部署好多個(gè)，這術(shù)意味著，即使某些微型機(jī)器人出現(xiàn)故障或跌落懸崖，太空任務(wù)仍會(huì)照常進(jìn)行。而傳統(tǒng)的探測(cè)器一旦發(fā)生嚴(yán)重的故障，整個(gè)探測(cè)任務(wù)就會(huì)隨之流產(chǎn)。
早在幾年前，這二人曾向美國(guó)宇航局提出一個(gè)名為“鵝媽媽”的火星探索建議：一個(gè)滑翔機(jī)式的著陸器搭載一個(gè)“漫步者”飛行器和一群球形機(jī)器人對(duì)這顆行星進(jìn)行探測(cè)，尋找合適的著陸點(diǎn)。到到著陸點(diǎn)后，發(fā)射“漫步者”，讓它在火星表面行走，并沿途撒下一群“小鵝”，讓這些小家伙在自己的領(lǐng)域各自執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。這種設(shè)想聽(tīng)上去冒險(xiǎn)太大，所以當(dāng)年的宇航局管理層對(duì)此嗤之以鼻。但波士頓表示，自那以后，這種技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。
由杜波斯基還設(shè)計(jì)出一種“箱式”機(jī)器人，它有6個(gè)機(jī)械臂，每個(gè)臂的末端裝有輪子，相當(dāng)于人類的手和腳。除了可以移動(dòng)外，這些機(jī)械臂也可以像體操運(yùn)動(dòng)員一樣抓舉其它機(jī)器人，可以自我組裝，有點(diǎn)象變形金剛。
其他的從空中探測(cè)行星的新奇機(jī)器人也已經(jīng)進(jìn)入了概念化階段，其中包括大型軟式飛船和安東尼·科洛扎的昆蟲(chóng)式飛行器“Entomopter”。
Entomopter在飛行時(shí)更像是一只昆蟲(chóng)，不象傳統(tǒng)的飛船，它將用于探測(cè)諸如火星等大氣稀薄的行星。到時(shí)候可以一次性派出好多個(gè)Entomopter，讓它們替“漫步者”機(jī)器人或地球上的科學(xué)家偵察某顆行星的地表情形�？坡逶┦坷盟诳諝鈩�(dòng)力學(xué)如何影響昆蟲(chóng)飛行的研究成果，提出了將飛船小型化的概念，認(rèn)為可以研制這種象昆蟲(chóng)一樣的微型飛船。他說(shuō)：“我們渴望完成一次大型的精彩的演出，這樣的演出并不多。現(xiàn)在它已經(jīng)由一個(gè)物理問(wèn)題，變成了一個(gè)工程學(xué)問(wèn)題。如果有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)此感興趣，又有足夠的資金支持，可能只需要十年左右時(shí)間，它就會(huì)變成現(xiàn)實(shí)�！�
微型飛船自行舉行“例會(huì)”
科洛扎博士研究昆蟲(chóng)式飛船的腳步并不會(huì)就此停下來(lái)。他還設(shè)計(jì)出一種利用新一代靈活塑料制成的太陽(yáng)能飛行器，可以在更濃厚的大氣層中飛行，可以在電流的作用下改變外形，相當(dāng)于數(shù)字化的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。
這種飛行翼沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件，但可以輕輕拍打機(jī)翼穿在大氣層中飛來(lái)飛去。由于太陽(yáng)能電池、無(wú)線電天線以及其它裝置的表面可能被侵蝕，它們可以卷起放在宇宙飛船中發(fā)射升空，進(jìn)入太空后再展開(kāi)。為了有效地工作，所有的電子部件必須通過(guò)通訊系統(tǒng)連在一起，但相關(guān)軟件又會(huì)允許自行作出決定。
比如，美國(guó)宇航局的第一顆“地球觀測(cè)”衛(wèi)星，它是為觀測(cè)活火山、偵察野火和監(jiān)測(cè)兩極冰帽的而設(shè)計(jì)的。宇航局位于加利福尼亞帕薩迪納的推進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的人工智能小組負(fù)責(zé)人史蒂夫·切恩表示，這顆衛(wèi)星既能識(shí)別陸地的變化，也可以自行作出是否繼續(xù)監(jiān)測(cè)的決定。這種智能軟件的未來(lái)版可被嵌入新一代機(jī)器人和軌道飛行器中，可以讓這些機(jī)器人探測(cè)器具備自行舉行“例會(huì)”的能力。如果杜波斯基的一個(gè)六腿機(jī)器人也參加的話，那么會(huì)議就只能站著開(kāi)了，因?yàn)檫@個(gè)機(jī)器的腿太短，根本無(wú)法坐下開(kāi)會(huì)。(楊孝文)
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