NASA研制月球采礦機器人：土壤提煉氧氣做燃料

據(jù)國外媒體報道，在數(shù)十年精心設計并派遣機器人執(zhí)行宇宙探索任務之后，美國宇航局準備轉(zhuǎn)變思路——他們正在開發(fā)一種月球采礦機器人，它們可以連續(xù)不斷地工作，一年365天每天24小時不眠不休?；蛟S我們可以將它們稱作是“藍領(lǐng)”機器人？

這種機器人被稱為“RASSOR”，這是“表土層先進表面系統(tǒng)操作機器人”的英語縮寫，它的發(fā)音和英語中剃刀“razor”的發(fā)音相同。盡管這種機器人距離能真正投入使用還相差很遠，然而其早期設計已經(jīng)讓工程師們對于未來那些將會被派往月球上進行挖掘施工的機器人應當進行何種設計有了一些概念。

瑞秋·考克斯（Rachel Cox）是一名RASSOR團隊成員，是一位任職于肯尼迪航天中心的工程師。他說：“對于它能從事的工作我們感到驚奇?！?/p>

對于任何可以被送往其他星球進行挖掘工作的機器人而言，首要的條件便是它必須比較小巧輕便，這樣才可以被放到火箭上進行發(fā)射；但反過來，它也必須具有一定的質(zhì)量，這樣才能在那些重力比地球小的星球，如月球的環(huán)境下順利開展工作。尼克（A.J.Nick）同樣是來自RASSOR小組的工程師，他說：“你將你的機器人設計的越輕，它從事挖掘工作就會越難?！?/p>

RASSOR解決這個問題的辦法是在兩端各安裝了一個“手提鼓”一樣的滾輪式掘進滾輪。這兩個掘進滾輪可以向著相反方向旋轉(zhuǎn)，這樣這兩個掘進滾輪相互之間便可以互相為對方提供足夠大的摩擦附著力，讓整個挖掘作業(yè)得以順利進行下去。

研制小組在地面建造了一座懸吊系統(tǒng)，從而能讓設備模擬月球上的1/6重力環(huán)境并開展有關(guān)實驗工作。尼克表示：“我們已經(jīng)證明，如果你只使用一個‘手提鼓’，當你進行鉆進作業(yè)時反而會推著自己后退，但是如果你將另一個‘手提鼓’放低并旋轉(zhuǎn)它，一旦兩者都接觸到地面，你就可以安然地進行鉆進作業(yè)了?！?/p>

這個“手提鼓”還有另外一個秘密，那就是按照先前版本的洛克希德·馬丁公司設計給出的理念——在掘進滾輪上交錯排列的淺淺凹勺，這樣便可以每次只攫取一小份土壤，慢慢積少成多，而不像是地球上的推土機那樣一下子掘取一大堆土石。

按照目前的設計，RASSOR飛船整體理論上在除去著陸器之外還可搭載大約2000磅（約合907公斤）重的載荷，這樣一來其質(zhì)量規(guī)模大致就和美國宇航局送往火星的鳳凰號著陸器相當。而RASSOR機器人本身的重量大約是在100磅（約合45公斤）左右，其余科學載荷主要將被用于現(xiàn)場分析由RASSOR機器人采集來的土樣。

RASSOR機器人的外觀確實非常獨到，看上去就像是一輛小型迷你坦克，只不過在兩邊各安裝了一臺“手提鼓”。但正是這個“手提鼓”形的設計是整個項目的亮點所在，是其中最具創(chuàng)新性的地方。由于它們被置于可以活動的機械臂之上，它們幾乎就可以像手臂一般自由活動，從而確保機器人可以安全越過障礙甚至可以爬山。

研制小組將這種高難度動作戲稱為“雜技表演”。工程師們指出這輛外觀奇特的小車可以自行從著陸平臺上走下來，一旦車體上沾上塵土或是有細碎塵土累積，它還會自動翻轉(zhuǎn)過來去掉身上的塵土。根據(jù)設計，RASSOR機器人可以輕松地將自己擺放成Z字形，然后將自己身上土壤容器中的土樣傾倒進樣本槽。至于它的大小，當RASSOR機器人將自己的“手提鼓”高高舉過頭頂時，它的高度為2.5英尺（約合76厘米）。

這個小機器人的設計初衷是收集月壤并將其倒入一臺專用設備內(nèi)，這臺設備將會提取月壤中水和冰的成分并將其轉(zhuǎn)化為可供火箭使用的燃料或者可供駐扎月球的宇航員呼吸的空氣。這樣一臺專用設備將會跟隨搭載RASSOR機器人的著陸器一同登陸月球表面。因此可以說這臺小小機器人就成了整個月球采礦站的礦工，這在以往是從未有過類似先例的。

在月球上就地從月壤中提煉火箭燃料和氧氣將極大節(jié)約從地球長途跋涉運載補給物資的成本，因為以運送燃料為例，這樣運送一次的話其原本攜帶的燃料量的90%都會消耗在路途之中而無法送達月面基地。尼克表示：“這就像是一個夢想。”

這種設計或許也將可以被應用在火星上，因為那里的土壤也被認為含有大量的水分。尼克說：“在火星極地的一些區(qū)域，人們認為那里有很多水冰，因此你可以在那里開采到水冰。還有一些地方，水冰就在表面以下大約30厘米的地方，因此你只要挖掘大約30厘米深就可以開始收集水冰物質(zhì)了?！?/p>

然而為了給“生產(chǎn)線”提供足夠的原材料以便后者能生產(chǎn)出足夠使用的產(chǎn)品，RASSOR機器人必須接連不斷每天工作大約16個小時，連續(xù)工作5年時間。目前正在火星表面工作的好奇號火星車的最高行駛速度大約是每秒4厘米，而RASSOR機器人的行駛速度將是這一速度的5倍。它可以以這樣的速度用它的兩個大滾輪掃過月面，當它回到處理設備前準備“卸貨”時，它每次可以倒出大約40磅（約合18公斤）的月壤物質(zhì)。杰森·舒勒（Jason Schuler）同樣是RASSOR項目組的一名工程師，他說：“現(xiàn)在我們想做的只是確保在設計層面不會有任何妨礙它執(zhí)行這項任務的因素存在?！?/p>

要想設計滿足此等奇特目的的機器人需要極大的創(chuàng)新，它的研制小組表示在研發(fā)第二代原型車之前他們至少還需要面對一個重大決定，那就是究竟是繼續(xù)采用坦克一般的履帶，還是換成車子那樣的輪子？在近期的一些測試中，履帶設計暴露出一些問題，絕大部分都和粗沙粒及碎屑卡住履帶傳動系統(tǒng)有關(guān)。研制小組在肯尼迪中心使用各種不同的平面測試了RASSOR機器人的性能，其中就包括將鵝卵石碾碎之后設計成的粗糙地面。

這些石塊盡管已經(jīng)被壓路機徹底壓成粉末，但仍然無法代替月壤。不過如果小機器人能應付這種地表的話，那面對真正月壤的時候也就不會出什么大的問題了。舒勒說：“動力系統(tǒng)絕對是一大挑戰(zhàn)，你不能想當然地就認為你在草地上、在水泥地上甚至在沙地上表現(xiàn)不錯就能到月面上同樣如此?！本驼f其中一點，地面測試中使用的小機器人履帶是用橡膠制成的，但是最后送往月球的版本，它的履帶應該是用金屬制作的。比如阿波羅計劃中美國宇航員駕駛的大型月球車，它們的輪子便是用不銹鋼彈簧制成的，沒有使用橡膠?？伎怂贡硎荆骸拔覀儸F(xiàn)在正在考慮我們是否需要花費時間研制更可靠的履帶系統(tǒng)，或者我們干脆將其更換成輪子?！?/p>

現(xiàn)在研制小組已經(jīng)清理出一塊邊長25英尺（約合7.6米）的空地并在其中鋪設模擬月壤物質(zhì)，以便讓這個小機器人能在盡可能相似的環(huán)境下對系統(tǒng)開展各種測試。

目前研制小組已經(jīng)開始第二代原型機器人——RASSOR-2的研制工作，這一型的機器人相比第一代原型機將更加接近美國宇航局最終將送往月球的版本。預計這一改進型機器人將于2014年年初開始開展測試工作。

（摘自新浪科技）