NASA研製月球採礦機器人:土壤提煉氧氣做燃料

據國外媒體報導，在數十年精心設計並派遣機器人執行宇宙探索任務之後，美國宇航局準備轉變思路——他們正在開發一種月球採礦機器人，它們可以連續不斷的工作，一年365天每天24小時不眠不休。或許我們可以將它們稱作是“藍領”機器人？
　　這種機器人被稱為“RASSOR”，這是“表土層先進表面系統操作機器人”的英語縮寫，它的發音和英語中剃刀“razor”的發音相同。儘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讓工程師們對於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，是一位任職於肯尼迪航天中心的工程師。他說：“對於它能從事的工作我們感到驚奇。”
　　對於任何可以被送往其它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射；但反過來，它也必須具有一定的質量，這樣才能在那些重力比地球小的星球，如月球的環境下順利開展工作。尼克(AJ Nick)同樣是來自RASSOR小組的工程師，他說：“你將你的機器人設計地越輕，它從事挖掘工作就會越難。”
　　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，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，讓整個挖掘作業得以順利進行下去。
　　研製小組在地面建造了一座懸吊系統，從而能讓設備模擬月球上的1/6重力環境並開展有關實驗工作。尼克表示：“我們已經證明，如果你只使用一個'手提鼓'，當你進行鑽進作業時反而會推著自己後退，但是如果你將另一個'手提鼓'放低並旋轉它，一旦兩者都接觸到地面，你就可以安然地進行鑽進作業了。”
　　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，這樣一來其質量規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，其餘科學載荷主要將被用於現場分析由RASSOR機器人採集來的土樣。
　　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台手提鼓。但正是這個手提鼓形的設計是整個項目的亮點所在，是其中最具創新性的地方。由於它們被置於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。
　　研製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台上走下來，一旦車體上沾上塵土或是有細碎塵土累積，它還會自動翻轉過來去掉身上的塵土。根據設計，RASSOR機器人可以輕鬆地將自己擺放成Z字形，然後將自己身上土壤容器中的土樣傾倒進樣本槽。至於它的大小，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並將其倒入一台專用設備內，這台設備將會提取月壤中水和冰的成分並將其轉化為可供火箭使用的燃料或者可供駐紮月球的宇航員呼吸的空氣。這樣一台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。因此可以說這台小小機器人就成了整個月球採礦站的礦工，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，因為那裡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域，人們認為那裡有很多水冰，因此你可以在那裡開採到水冰。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厘米深究可以開始收集水冰物質了。”
　　然而為了給“生產線”提供足夠的原材料以便後者能生產出足夠使用的產品，RASSOR機器人必須接連不斷，每天工作大約16個小時，連續工作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。傑森·舒勒(Jason Schuler)同樣是RASSOR項目組的一名工程師，他說：“現在我們想做的只是確保在設計層面不會有任何妨礙它執行這項任務的因素存在。”
　　要想設計滿足此等奇特目的的機器人需要極大的創新，它的研製小組表示在研發第二代原型車之前他們至少還需要面對一個重大決定，那就是究竟是繼續採用坦克一般的履帶，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和碎屑卡住履帶傳動系統有關。研製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後設計成的粗糙地面。
　　這些石塊儘管已經被用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麼大的問題了。舒勒說：“動力系統絕對是一大挑戰，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不錯就能到月面上同樣如此。”就說其中一點，地面測試中使用的小機器人履帶是用橡膠製成的，但是最後送往月球的版本，它的履帶應該是用金屬製作的。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製成的，沒有使用橡膠。考克斯表示：“我們現在正在考慮我們是否需要花費時間研製更可靠的履帶系統，或者我們乾脆將其更換成輪子。”
　　現在研製小組已經清理出一塊邊長25英尺(約合7.6米)的空地並在其中鋪設模擬月壤物質，以便上這個小機器人能在盡可能相似的環境下對系統開展各種測試。
　　目前研製小組已經開始第二代原型機器人——RASSOR-2的研製工作，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於2014年年初開始開展測試工作。(晨風)
來源 香港新浪科技

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