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探索月球将需要能够独立思考的漫游车——即将到来的 NASA 任务将测试它们是否可以
作者：Wanjiku Chebet Kanjumba，佛罗里达大学 美国宇航局 (NASA) 计划向月球发射三辆小型漫游车，并附有一条指令：你们自己研究如何探索一小块地面。作为 [...] 的一部分，合作自主分布式机器人探索任务（CADRE）将降落在月球面向地球的一侧。
来源:Robohub作者：Wanjiku Chebet Kanjumba，佛罗里达大学
美国国家航空航天局 (NASA) 计划向月球发射三辆小型漫游车，并附有一条指令：你们自己研究如何探索一块地面。
合作自主分布式机器人探索任务 (CADRE) 将在 NASA 计划于 2026 年底发射的 IM-3 任务中降落在月球面向地球的一侧。这些漫游车将花费大约两周的时间作为一个自导团队绘制地形图。没有操纵杆可以控制它们，也没有人会批准每个转弯。
漫游车将在彼此之间选出一名领导者，分配自己的任务，并在其中一个电量不足时重新制定整个计划。如果成功，CADRE 将是 NASA 首次将多个漫游车作为一个自主系统在地球之外运行。
这一成就的重要性远远超出了这次任务的范围，因为美国宇航局正在规划未来前往月球南极的任务，那里的水以冰的形式被锁在陨石坑中，数十亿年来都没有见过阳光。如果研究人员能够通过化学方法将这些冰分解，并将其转化为推进剂和可呼吸的空气，那么它可能成为围绕月球燃料库和生命维持系统建立的月球经济的原料。
目前，对冰的唯一需求来自政府合同。而且，一项必须在 239,000 英里（384,000 公里）外进行保姆服务的业务将很难扩展到市场。因此，虽然月球经济的全面发展还很遥远，但 CADRE 正在测试机器人是否可以在无人监督的情况下工作足够长的时间和足够的数量，以保持月球运行月复一月的运行。
我是一名航空航天工程博士。研究航天器在轨服务和主动碎片清除的制导、导航和控制的候选人。我正在研究这些漫游车面临的同样问题：当机器无法打电话回家寻求指令时，它如何决定下一步该做什么。
为什么地球不能行驶
在月球南极，地形本身可能会导致通信中断。命令通过中继卫星到达流动站，而陨石坑边缘可以阻挡这些中继的视线。冒险进入阴影陨石坑的漫游车可能会在整个旅程中失去联系。
不稳定的沟通不仅仅会让开车变得烦人。它可能会消耗流动站无法恢复的电力。
极地漫游车在有限的照明预算下运行。太阳能电池板仅在太阳升起时才为电池充电，而在月球上，日出并不是每天都会发生的事情。夜晚持续大约两个地球周，在两极，只有少数山脊长时间保持照明。因此，火星车每闲置一分钟，等待新指令，就会消耗储存的能量，直到太阳回来为止，这些能量都无法补充。
为什么杆子是硬壳的
月球两极也面临着独特的挑战。当火星车从阳光照射的火山口边缘向下行驶到下面阴影的地板时，阳光可以从直射眩光转变为绝对阴影，因此在顶部工作的相机在底部可能会失明。
月球也不像地球那样拥有 GPS 卫星，因此月球车无法确切知道它们所在的位置。他们需要根据相机和传感器所看到的内容构建自己的地图。
永久阴影区域内的温度降至-274 华氏度（负170 摄氏度）以下。月球尘埃比听起来更危险。电荷将其抬离地面，数十亿年的微小陨石撞击使每一颗颗粒都变得锋利且锯齿状。
为什么一个漫游车还不够
仍不确定的内容
灰尘会研磨车轮轴承并穿过密封件。使其远离流动站的运动部件仍然是一个未解决的问题。灰尘还会覆盖在导航所依赖的相机镜头上，导致漫游车无法看到它要去的地方或安全移动。
派遣一个月球车去检查月球上的陨石坑是一项危险的任务。如果卡住了，活动就会结束。如果仪器出现故障，第二台机器就无法进行测量。多机器人团队分散风险并分配工作。一辆漫游车可能携带传感器，另一辆携带钻头，而位于阳光照射的山脊上的着陆器则充当电力和通信中心。
在通讯中断的情况下，等待地球命令的漫游车团队不得不停下来。自治团队会重新分配任务，选择可以达到的下一个目标，并利用剩余的力量来完成。停滞时间变成了工作时间。
在 NASA 喷气推进实验室的地面测试中，CADRE 漫游车实现了这种协调。面对意想不到的障碍，他们作为一个团队重新规划路径，当其中一个漫游车的电池电量不足时，整个团队都会停下来，以便他们可以一起继续前进。
月球南极的活动需要持续数月，而且还没有一个机器人团队工作得那么努力、那么长时间、那么远离帮助。工程师们正在开发让漫游车在没有卫星定位的情况下导航并在船上做出决策的方法，但该软件仍然需要在地面上进行测试。
与此同时，截至2026年8月中旬，中国的嫦娥七号任务正在中国海南岛的文昌发射场等待，预计将于今年年底升空。它的着陆器、流动站和跳跃探测器旨在作为一个团队在极地工作，探测器的设计目的是跳跃到永久阴影的陨石坑中。如果美国想跟上步伐，就需要自己的机器人在没有监督的情况下进行协调。
最后，对于一家公司制造的漫游车将任务交给另一家公司制造的工具，或者决定哪一个首先在火山口底部工作，没有一致的方法。随着自主漫游车团队的改进，构建它们的团队将必须制定这些规则。
CADRE 将告诉科学家三个小型漫游车是否可以在月球上一起推理。更难的问题是来自不同制造商的十几台不同的机器是否可以多年来可靠地完成同样的事情。
Wanjiku Chebet Kanjumba 博士佛罗里达大学航空航天工程博士生
本文根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布。阅读原文。
是新闻和观点的独立来源，源自学术和研究界并直接向公众发布。
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