将探测车送入太空,着陆在天体上,然后开始滚动,这绝非易事。NASA使用过各种技术:1997年,“探路者”号探测车着陆火星时,它被装在一个安全气囊集群中,然后从其着陆器的“花瓣”上滚落到尘土飞扬的表面,这些“花瓣”像花朵一样绽放开来。2021年,装有“天空起重机”航天器(由火箭驱动)的缆绳将“毅力号”火星探测车降落到这颗红色行星的表面。在月球上,阿波罗15、16和17号的宇航员通过聚酯薄膜电缆将他们的月球车从月球着陆器紧凑的存放舱中展开并降低。
但NASA首次前往月球南极的探测车任务将采用一种更熟悉的方式在地球的卫星上移动:一对坡道。VIPER,即“挥发物探测极地探索探测车”的缩写,将于2024年底着陆月球时,通过一个下行坡道接触月球土壤,或称为月壤。
“这是一个在严酷环境下的熟悉技术。我们都知道如何使用坡道,我们只需要针对我们要去的环境进行优化,”NASA的VIPER项目经理Daniel Andrews说。
正如该机构最近发布的照片所示,最近在加州NASA埃姆斯研究中心,一辆VIPER测试车沿着一对金属坡道下降,每个坡道对应探测车的一组车轮。由于VIPER将着陆的地点——巨大的诺比利环形山边缘——预计地形崎岖,工程团队一直在测试VIPER以极端角度下降坡道的能力。他们已经改变了从VIPER将要下降的着陆器测量的坡度和每个车轮坡道之间的海拔差异。
“我们有两个坡道,不仅用于左轮和右轮,还有一个向后延伸的坡道组,”Andrews说。“所以我们实际上可以有很多选择,当我们必须从着陆器上滚落的那个时刻,我们可以选择看起来最安全、最适合导航的那个。”
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VIPER是NASA的月球陨石坑观测与传感卫星(Lunar Crater Observation and Sensing Satellite,简称LCROSS任务)的科学后继者,该任务于2009年证实了月球南极存在水冰。
“它彻底改写了关于月球水资源的书籍,”曾参与LCROSS任务的Andrews说。“这确实引发了商业上的‘月球淘金热’,以及NASA和其他航天机构等国家行为者的推动。”
如果水冰储量丰富,就可以被开采用于制造火箭推进剂。它还可以为NASA计划在2020年代末建造的长期月球栖息地提供水源,这是Artemis月球计划的一部分。
但LCROSS只确认了月球南极的一个陨石坑中确实存在水冰。VIPER是一个移动探测车,将更详细地探测水冰的分布。钻探月球表面是其中一项任务。另一项任务是进入陡峭的、永久阴影区——进入那些由于其尖锐的几何形状以及月球两极的太阳角度低,数十亿年来未曾见过阳光的陨石坑。
测试表明,该探测车可以轻松地在15度斜坡上行驶——这足以探索这些隐藏的黑暗区域,而无需设计一款用于更复杂下降的机器。“我们认为,在不需要一款能做疯狂事情的‘超级英雄’探测车的情况下,有很多具有科学价值的机会,”Andrews说。
VIPER由NASA埃姆斯研究中心和匹兹堡公司Astrobotic共同开发,是一辆方形的、高尔夫球车大小的车辆,长约5英尺,宽约5英尺,高约8英尺。与NASA的所有火星探测车不同,VIPER有四个轮子,而不是六个。
“六个轮子的问题是,它会产生一种类似履带的效果,所以你被迫以特定的方式行驶,”Andrews说。VIPER的四个轮子完全独立。它们不仅可以向任何方向滚动,还可以向外转动,利用探测车类似肩部的关节来爬出科学家们认为存在于永久阴影月球陨石坑中的松软月壤。车轮本身与火星探测车的车轮非常相似,但带有更多类似桨的胎面,称为履带板,用于携带机器人穿越蓬松的月壤。
“我喜欢用的比喻是,我们有能力将‘脚趾’伸入[永久阴影区域],”Andrews说。“如果我们发现我们感到惊讶或不喜欢我们发现的东西,我们可以将‘脚趾’收回,用三个轮子滚开,然后重新放下去。”
但是,如果VIPER无法从其着陆器上下来,它将无法走多远,这就是为什么Andrews和他的团队花费大量时间测试这个程序。起初,当VIPER测试车沿着坡道向下移动时,车轮会短暂地打滑。
“我们还发现我们可以开车爬上坡道的围墙,”Andrews说。“这可能不是我们想要的。”
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Andrews和他的团队与Astrobotic一起修改了坡道,现在坡道上刻有专门的纹理。探测车可以使用其轮舱中的摄像头检测坡道上的这种图案。“仅仅通过向下看,”他就知道它在哪里了。“这是一个新的改进。”
Andrews确信,无论需要多少调整,VIPER都将在2024年准备就绪。毕竟,他指出,这种方法比“天空起重机”更简单:“坡道是相当成熟可靠的。”