有了“火星面包屑”-- 前所未有的信息傳輸方式，且看我們如何解開巖洞中的奧秘！

這是一位藝術家描繪的火星古代熔巖管內的小型自主漫游車。亞利桑那大學的研究人員開發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。就像在童話故事漢塞爾和格蕾特中一樣，他們會留下作為通信節點的“面包屑”，以幫助彼此保持聯系，并與地面上的母漫游車保持聯系。圖源：約翰·圖勒/維基共享資源/馬克·塔貝爾/沃爾夫岡·芬克/亞利桑那大學。

未來探索火星的宇航員們也許會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，尤其是強烈的輻射。2023 年 3 月 1 日，亞利桑那大學的研究人員表示，他們開發了一項新技術，小型自主機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，機器人將在洞穴內部署這些傳感器，以監測它們的環境并保持相互聯系。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。空間研究進展雜志于 2023 年 2 月 11 日發布了擬議新技術的同行評審細節作為預證明。

漢塞爾和格蕾特啟發下的火星探索

目前的漫游車體積太大，無法輕松探索洞穴。然而，工程師們會為此目的設計一群較小的機器人。此外，在那些黑暗的地下環境中，他們需要能夠有效地監控周圍環境并保持相互聯系。新設計的系統稱為動態部署通信網絡（DDCN）。

此外，他們還需要一個留在地面上的“母漫游車”。這就是《漢塞爾與格蕾特》啟發下的發明。正如亞利桑那大學的主編沃爾夫岡·芬克所解釋的：如果你還記得這本書，你就會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，漫游車們會在穿越洞穴或其他地下環境時部署這些傳感器。

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。火山口底部有一個深洞，科學家稱這是一個洞穴或熔巖管。未來將會由成群的小型自主漫游車來探索這些地下環境。探索火星洞穴或類似的地下環境是多么令人興奮……我們會發現什么？ 圖源：NASA/JPL/亞利桑那大學/APOD

全自動火星漫游車

這些小型漫游車既能夠自動化，同時又相互依存以完成任務。因此，如果一個漫游車遠離了另一個，但仍在通信范圍內，它就會留下一個面包屑，也就是一個通信節點。芬克將它們稱為“機會主義部署下的面包屑”。

他說：行動中的一個新方面就是我們所說的機會主義部署，即在必要時隨機應變，而不是根據制定好的計劃而部署“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。事實上，他們自己就可以輕易地做到這一點。母漫游車更像是一個被動的接收者，收集較小的漫游者傳輸的數據。在這種情況下，它作為協調器來控制漫游者的動態。”

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展勘測器的東西。這涉及了來自不同層級的機器人之間的團隊合作。舉一個當前的例子，火星上的毅力號漫游車控制著名為 Ingenuity（機智號） 的小型火星直升機。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，這種能力會得到增強，讓漫游車能夠在地下運行。

用于測試與自主探索相關的硬件和軟件的實驗漫游車。圖源：沃爾夫岡·芬克/亞利桑那大學。

向地面發送信息

探測車始終與母車保持聯系。因此，他們可以將數據發送給母車，而無需自己返回地面。事實上，他們會留在地下直至壽命耗盡。

芬克說：它們被設計為可消耗品。與其浪費資源讓他們進出洞穴，不如讓它們盡可能地走得更遠，并在他們完成任務、耗盡力量或屈服于敵對環境后拋棄它們。

德國的天體生物學家德克·舒爾茨-馬庫奇補充說：

這篇新論文中介紹的通信網絡方法有可能引領一個屬于行星和天體生物學發現的新時代。它最終使我們能夠探索火星熔巖管洞穴和冰冷衛星的地下海洋，而這些地方可能存在外星生命。

亞利桑那大學的維克多·貝克也指出：

當技術的進步給我們提供了首次接受事物或地點的機會，以及將這些發現傳達給求知若渴的人們時，科學中最驚人的發現就出現了。

未來宇航員的居所

行動的主要目標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境中我們難以確保與機器人探測器們的持續通信。

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相關性。

這是 NASA 的第一個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……乃至遠方

其他類似但更高級的任務可能涉及水下探測器。選址可能包括太陽系外環那些冰冷的海洋衛星。

例如，小型機器人探測器可以探索土星衛星土衛六上的甲烷湖，甚至可以探索木衛二或土衛二的地下海洋。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，通信節點將充當中繼器來定期增強信號。這將有助于防止信號降級。甚至節點們本身也可以收集數據，例如測量壓力、鹽度、溫度和其他化學和物理參數。然而，在這些地點，節點將使用電纜將數據發送回地面著陸器。

正如芬克指出的那樣：

想象一下，你到達了木衛二，穿過了數英里的冰層才到達地下海洋，在那里你發現自己被外星生命包圍著，但你無法將數據傳回地表。這是我們需要避免的情況。

結語：研究人員開發了一種“面包屑”系統，小型自主機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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來源: 天文在線