撒在火星上的面包屑：漢塞爾和格蕾特，收到請回答！

有了“火星面包屑”-- 前所未有的信息傳輸方式，且看我們?nèi)绾谓忾_巖洞中的奧秘！

這是一位藝術(shù)家描繪的火星古代熔巖管內(nèi)的小型自主漫游車。亞利桑那大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種用于探索火星洞穴或熔巖管的此類漫游車的新系統(tǒng)。就像在童話故事漢塞爾和格蕾特中一樣，他們會(huì)留下作為通信節(jié)點(diǎn)的“面包屑”，以幫助彼此保持聯(lián)系，并與地面上的母漫游車保持聯(lián)系。圖源：約翰·圖勒/維基共享資源/馬克·塔貝爾/沃爾夫?qū)し铱?亞利桑那大學(xué)。

未來探索火星的宇航員們也許會(huì)棲身于巖洞或熔巖管中。這些地方可以提供避難所，以躲避地表的惡劣條件，尤其是強(qiáng)烈的輻射。2023 年 3 月 1 日，亞利桑那大學(xué)的研究人員表示，他們開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，小型自主機(jī)器人漫游車可以開始探索火星上的洞穴。受童話故事漢塞爾和格蕾特啟發(fā)的漫游者將放下高科技“面包屑”來尋找方向。

在這種情況下，“面包屑”將是微型傳感器，機(jī)器人將在洞穴內(nèi)部署這些傳感器，以監(jiān)測它們的環(huán)境并保持相互聯(lián)系。這樣，他們就可以為未來的宇航員尋找合適的地下生活和工作場所?？臻g研究進(jìn)展雜志于 2023 年 2 月 11 日發(fā)布了擬議新技術(shù)的同行評審細(xì)節(jié)作為預(yù)證明。

漢塞爾和格蕾特啟發(fā)下的火星探索

目前的漫游車體積太大，無法輕松探索洞穴。然而，工程師們會(huì)為此目的設(shè)計(jì)一群較小的機(jī)器人。此外，在那些黑暗的地下環(huán)境中，他們需要能夠有效地監(jiān)控周圍環(huán)境并保持相互聯(lián)系。新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)稱為動(dòng)態(tài)部署通信網(wǎng)絡(luò)（DDCN）。

此外，他們還需要一個(gè)留在地面上的“母漫游車”。這就是《漢塞爾與格蕾特》啟發(fā)下的發(fā)明。正如亞利桑那大學(xué)的主編沃爾夫?qū)し铱怂忉尩模喝绻氵€記得這本書，你就會(huì)知道漢塞爾和格蕾特是如何撒面包屑以幫助他們返程的。在我們的場景中，“面包屑”則是搭載在漫游車上的微型傳感器，漫游車們會(huì)在穿越洞穴或其他地下環(huán)境時(shí)部署這些傳感器。

2011 年，NASA的火星勘測軌道飛行器 (MRO) 在帕沃尼斯山火山的斜坡上拍攝了這張火山口照片。火山口底部有一個(gè)深洞，科學(xué)家稱這是一個(gè)洞穴或熔巖管。未來將會(huì)由成群的小型自主漫游車來探索這些地下環(huán)境。探索火星洞穴或類似的地下環(huán)境是多么令人興奮……我們會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？ 圖源：NASA/JPL/亞利桑那大學(xué)/APOD

全自動(dòng)火星漫游車

這些小型漫游車既能夠自動(dòng)化，同時(shí)又相互依存以完成任務(wù)。因此，如果一個(gè)漫游車遠(yuǎn)離了另一個(gè)，但仍在通信范圍內(nèi)，它就會(huì)留下一個(gè)面包屑，也就是一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)。芬克將它們稱為“機(jī)會(huì)主義部署下的面包屑”。

他說：行動(dòng)中的一個(gè)新方面就是我們所說的機(jī)會(huì)主義部署，即在必要時(shí)隨機(jī)應(yīng)變，而不是根據(jù)制定好的計(jì)劃而部署“面包屑”的想法。

探索漫游車甚至不需要與母漫游車相互通信。事實(shí)上，他們自己就可以輕易地做到這一點(diǎn)。母漫游車更像是一個(gè)被動(dòng)的接收者，收集較小的漫游者傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在這種情況下，它作為協(xié)調(diào)器來控制漫游者的動(dòng)態(tài)?！?/p>

自 2001 年以來，芬克和他的同事們一直在研究一種叫做層級可擴(kuò)展勘測器的東西。這涉及了來自不同層級的機(jī)器人之間的團(tuán)隊(duì)合作。舉一個(gè)當(dāng)前的例子，火星上的毅力號(hào)漫游車控制著名為 Ingenuity（機(jī)智號(hào)） 的小型火星直升機(jī)。一般來說，小型自主漫游車的工作方式相同。但在面包屑場景中，這種能力會(huì)得到增強(qiáng)，讓漫游車能夠在地下運(yùn)行。

用于測試與自主探索相關(guān)的硬件和軟件的實(shí)驗(yàn)漫游車。圖源：沃爾夫?qū)し铱?亞利桑那大學(xué)。

向地面發(fā)送信息

探測車始終與母車保持聯(lián)系。因此，他們可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給母車，而無需自己返回地面。事實(shí)上，他們會(huì)留在地下直至壽命耗盡。

芬克說：它們被設(shè)計(jì)為可消耗品。與其浪費(fèi)資源讓他們進(jìn)出洞穴，不如讓它們盡可能地走得更遠(yuǎn)，并在他們完成任務(wù)、耗盡力量或屈服于敵對環(huán)境后拋棄它們。

德國的天體生物學(xué)家德克·舒爾茨-馬庫奇補(bǔ)充說：

這篇新論文中介紹的通信網(wǎng)絡(luò)方法有可能引領(lǐng)一個(gè)屬于行星和天體生物學(xué)發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代。它最終使我們能夠探索火星熔巖管洞穴和冰冷衛(wèi)星的地下海洋，而這些地方可能存在外星生命。

亞利桑那大學(xué)的維克多·貝克也指出：

當(dāng)技術(shù)的進(jìn)步給我們提供了首次接受事物或地點(diǎn)的機(jī)會(huì)，以及將這些發(fā)現(xiàn)傳達(dá)給求知若渴的人們時(shí)，科學(xué)中最驚人的發(fā)現(xiàn)就出現(xiàn)了。

未來宇航員的居所

行動(dòng)的主要目標(biāo)之一是找到宇航員可以用作避難所的地下洞穴。熔巖管洞穴或其他地下環(huán)境也可能是宇航員乃至隨后的人類合適的棲息地，但仍有待探索，部分原因是在這些環(huán)境中我們難以確保與機(jī)器人探測器們的持續(xù)通信。

正如論文所解釋的那樣：

地下洞穴，尤其是相對較深的熔巖管洞穴，在行星惡劣的表面條件下為生命提供了可能的避難所，因此，它們具有主要的天體生物學(xué)相關(guān)性。

這是 NASA 的第一個(gè)也是最小的火星探測器，稱為旅居者。它只有 26 英寸（65 厘米）長！更大的火星探路者“著陸器母”于 1997 年拍攝了這張照片。未來，類似但更先進(jìn)的微型漫游者可以探索火星上的洞穴和熔巖管。 圖源：NASA/ JPL/ NASA 攝影雜志.

探索火星洞穴……乃至遠(yuǎn)方

其他類似但更高級的任務(wù)可能涉及水下探測器。選址可能包括太陽系外環(huán)那些冰冷的海洋衛(wèi)星。

例如，小型機(jī)器人探測器可以探索土星衛(wèi)星土衛(wèi)六上的甲烷湖，甚至可以探索木衛(wèi)二或土衛(wèi)二的地下海洋。與火星一樣，母探測器既可以漂浮在泰坦尼克號(hào)湖的表面上，也可以坐在地下海洋上方的冰上。在這種情況下，通信節(jié)點(diǎn)將充當(dāng)中繼器來定期增強(qiáng)信號(hào)。這將有助于防止信號(hào)降級。甚至節(jié)點(diǎn)們本身也可以收集數(shù)據(jù)，例如測量壓力、鹽度、溫度和其他化學(xué)和物理參數(shù)。然而，在這些地點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)將使用電纜將數(shù)據(jù)發(fā)送回地面著陸器。

正如芬克指出的那樣：

想象一下，你到達(dá)了木衛(wèi)二，穿過了數(shù)英里的冰層才到達(dá)地下海洋，在那里你發(fā)現(xiàn)自己被外星生命包圍著，但你無法將數(shù)據(jù)傳回地表。這是我們需要避免的情況。

結(jié)語：研究人員開發(fā)了一種“面包屑”系統(tǒng)，小型自主機(jī)器人漫游車可用于探索火星洞穴和熔巖管。

BY:Paul Scott Andersonand

FY: zexiblingblingbra

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