有了“火星面包屑”-- 前所未有的信息传输方式，且看我们如何解开岩洞中的奥秘！

这是一位艺术家描绘的火星古代熔岩管内的小型自主漫游车。亚利桑那大学的研究人员开发了一种用于探索火星洞穴或熔岩管的此类漫游车的新系统。就像在童话故事汉塞尔和格蕾特中一样，他们会留下作为通信节点的“面包屑”，以帮助彼此保持联系，并与地面上的母漫游车保持联系。图源：约翰·图勒/维基共享资源/马克·塔贝尔/沃尔夫冈·芬克/亚利桑那大学。

未来探索火星的宇航员们也许会栖身于岩洞或熔岩管中。这些地方可以提供避难所，以躲避地表的恶劣条件，尤其是强烈的辐射。2023 年 3 月 1 日，亚利桑那大学的研究人员表示，他们开发了一项新技术，小型自主机器人漫游车可以开始探索火星上的洞穴。受童话故事汉塞尔和格蕾特启发的漫游者将放下高科技“面包屑”来寻找方向。

在这种情况下，“面包屑”将是微型传感器，机器人将在洞穴内部署这些传感器，以监测它们的环境并保持相互联系。这样，他们就可以为未来的宇航员寻找合适的地下生活和工作场所。空间研究进展杂志于 2023 年 2 月 11 日发布了拟议新技术的同行评审细节作为预证明。

汉塞尔和格蕾特启发下的火星探索

目前的漫游车体积太大，无法轻松探索洞穴。然而，工程师们会为此目的设计一群较小的机器人。此外，在那些黑暗的地下环境中，他们需要能够有效地监控周围环境并保持相互联系。新设计的系统称为动态部署通信网络（DDCN）。

此外，他们还需要一个留在地面上的“母漫游车”。这就是《汉塞尔与格蕾特》启发下的发明。正如亚利桑那大学的主编沃尔夫冈·芬克所解释的：如果你还记得这本书，你就会知道汉塞尔和格蕾特是如何撒面包屑以帮助他们返程的。在我们的场景中，“面包屑”则是搭载在漫游车上的微型传感器，漫游车们会在穿越洞穴或其他地下环境时部署这些传感器。

2011 年，NASA的火星勘测轨道飞行器 (MRO) 在帕沃尼斯山火山的斜坡上拍摄了这张火山口照片。火山口底部有一个深洞，科学家称这是一个洞穴或熔岩管。未来将会由成群的小型自主漫游车来探索这些地下环境。探索火星洞穴或类似的地下环境是多么令人兴奋……我们会发现什么？ 图源：NASA/JPL/亚利桑那大学/APOD

全自动火星漫游车

这些小型漫游车既能够自动化，同时又相互依存以完成任务。因此，如果一个漫游车远离了另一个，但仍在通信范围内，它就会留下一个面包屑，也就是一个通信节点。芬克将它们称为“机会主义部署下的面包屑”。

他说：行动中的一个新方面就是我们所说的机会主义部署，即在必要时随机应变，而不是根据制定好的计划而部署“面包屑”的想法。

探索漫游车甚至不需要与母漫游车相互通信。事实上，他们自己就可以轻易地做到这一点。母漫游车更像是一个被动的接收者，收集较小的漫游者传输的数据。在这种情况下，它作为协调器来控制漫游者的动态。”

自 2001 年以来，芬克和他的同事们一直在研究一种叫做层级可扩展勘测器的东西。这涉及了来自不同层级的机器人之间的团队合作。举一个当前的例子，火星上的毅力号漫游车控制着名为 Ingenuity（机智号） 的小型火星直升机。一般来说，小型自主漫游车的工作方式相同。但在面包屑场景中，这种能力会得到增强，让漫游车能够在地下运行。

用于测试与自主探索相关的硬件和软件的实验漫游车。图源：沃尔夫冈·芬克/亚利桑那大学。

向地面发送信息

探测车始终与母车保持联系。因此，他们可以将数据发送给母车，而无需自己返回地面。事实上，他们会留在地下直至寿命耗尽。

芬克说：它们被设计为可消耗品。与其浪费资源让他们进出洞穴，不如让它们尽可能地走得更远，并在他们完成任务、耗尽力量或屈服于敌对环境后抛弃它们。

德国的天体生物学家德克·舒尔茨-马库奇补充说：

这篇新论文中介绍的通信网络方法有可能引领一个属于行星和天体生物学发现的新时代。它最终使我们能够探索火星熔岩管洞穴和冰冷卫星的地下海洋，而这些地方可能存在外星生命。

亚利桑那大学的维克多·贝克也指出：

当技术的进步给我们提供了首次接受事物或地点的机会，以及将这些发现传达给求知若渴的人们时，科学中最惊人的发现就出现了。

未来宇航员的居所

行动的主要目标之一是找到宇航员可以用作避难所的地下洞穴。熔岩管洞穴或其他地下环境也可能是宇航员乃至随后的人类合适的栖息地，但仍有待探索，部分原因是在这些环境中我们难以确保与机器人探测器们的持续通信。

正如论文所解释的那样：

地下洞穴，尤其是相对较深的熔岩管洞穴，在行星恶劣的表面条件下为生命提供了可能的避难所，因此，它们具有主要的天体生物学相关性。

这是 NASA 的第一个也是最小的火星探测器，称为旅居者。它只有 26 英寸（65 厘米）长！更大的火星探路者“着陆器母”于 1997 年拍摄了这张照片。未来，类似但更先进的微型漫游者可以探索火星上的洞穴和熔岩管。 图源：NASA/ JPL/ NASA 摄影杂志.

探索火星洞穴……乃至远方

其他类似但更高级的任务可能涉及水下探测器。选址可能包括太阳系外环那些冰冷的海洋卫星。

例如，小型机器人探测器可以探索土星卫星土卫六上的甲烷湖，甚至可以探索木卫二或土卫二的地下海洋。与火星一样，母探测器既可以漂浮在泰坦尼克号湖的表面上，也可以坐在地下海洋上方的冰上。在这种情况下，通信节点将充当中继器来定期增强信号。这将有助于防止信号降级。甚至节点们本身也可以收集数据，例如测量压力、盐度、温度和其他化学和物理参数。然而，在这些地点，节点将使用电缆将数据发送回地面着陆器。

正如芬克指出的那样：

想象一下，你到达了木卫二，穿过了数英里的冰层才到达地下海洋，在那里你发现自己被外星生命包围着，但你无法将数据传回地表。这是我们需要避免的情况。

结语：研究人员开发了一种“面包屑”系统，小型自主机器人漫游车可用于探索火星洞穴和熔岩管。

BY:Paul Scott Andersonand

FY: zexiblingblingbra

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来源: 天文在线