NASA新型金星探测车：无需任何传统供电系统也可展开工作

2017-08-13 17:05 来源:麻省理工科技评论 设计 /NASA /机器人

原标题：NASA新型金星探测车：无需任何传统供电系统也可展开工作

极端热量、高压和硫酸云……这是金星的表面环境。在这种环境下，一般的人类探测车很难运作，首当其冲的就是探测车灵敏的电子。

不过，NASA的科学家们想到了一个好点子：如果电子设备不能工作，为什么不换种思路，使用纯机械构建金星探测车？

目前为止，航天器在金星地表工作的最长时间纪录是 127 分钟：在 1982 年 3 月 1 日，前苏联的金星 13 号探测器通过降落伞缓缓着陆，并通过将计算机藏在预先制冷密封的钛压力容器实现了长达两小时的工作寿命。金星的平均地表温度高达 464 摄氏度，甚至比距离太阳最近的行星——水星温度还高。普通的电子设备无法在这种环境下工作。

电子设备噩梦还不仅限于此，除了超高的温度，金星表面的大气压高达 90 个大气压力，相当于海底 3000 英尺（914.4 米）的水压。同时，虽然不必担心金星上层大气中的含硫酸雨会落到地表腐蚀设备，但是由于地表光线太暗（相当于地球上的严重阴天），太阳能供电也是不可能的。

图丨前苏联金星 13 号探测器拍摄的金星地表照片， 尽管它只工作了两个小时

对我们并不友好的金星大气遮挡了地表，开奖，让轨道卫星无法获得更多的地表信息。因此只有降落地表的机器人才能为我们揭开它神秘的面纱。然而目前主流的探测器设计思路和前苏联的金星探测器一样：将所有的电子电路封在一个密闭隔热容器里，并使用很可能由放射性钚斯特林发动机供能的制冷系统维持温度。研发这样一套金星车系统需要花费数十亿美元。

上述的金星车传统制造思路既困难又昂贵，而且还有潜在危险。在美国 NASA 创新先进概念项目（NASA Innovative Advanced Concepts，NIAC）的资助下，美国加利福尼亚帕萨迪纳的 NASA 喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）尝试研发了不含传统传感器、计算机和供电系统的金星探索车。这个极端环境自动探测车（Automaton Rover for Extreme Environments）将使用发条齿轮和弹簧，以及其他机构来实现金星车的主要功能——包括能量生成，能量存储，传感，移动甚至是通信——这些都不需要电力驱动。

图丨在 500 摄氏度下，古老的发条技术将被用来驱动金星车常年工作

在这个电子设备主导的世界，我们中的大多数人并不知道机械计算机能做什么。不过，在大约两千年前（前后相差 1 世纪内），古希腊人制造了了“安提凯希拉”装置。它可以被用来计算太阳和月亮的位置，显示月相，预测日食，计算日历，甚至可以通过由曲柄驱动的不少于 30 个相互啮合的青铜齿轮来展示五个行星的位置。

在 17 和 19 世纪之间，Blaise Pascal， Gottfried Leibniz， 和 Charles Babbage 都相继发明了自己的多功能算术机械计算机。再近一点的 19 世纪 40 年代，机械计算机被大规模使用在军事器材，包括炮兵瞄准系统和航空炸弹瞄准中。

一直到 2002 年，俄罗斯人仍在使用被称作 Globus 的机械计算机计算航天器位置。不过，现在一切都被电子化了。这其实很棒，除了在金星上，因为电路不能并工作。

JPL 实验室研发这台金星车的目的是，制作一个使用最少量电路的机器人。通过尽可能的使用纯机械实现功能，极端环境金星车可以在高温环境下无故障工作数周、数月、甚至数年。

Jonathan Sauder 是 JPL 技术输入组的技术专家爱和机电工程师，也是这个 AREE 项目的负责人。以下是针对项目是如何开始的，以及系统的工作原理等细节对他进行的采访。

图丨上升号航天器内部的导航装置

问：你是怎么想到制作极端环境中探索车的？