下一代月球漫游者会像不明飞行物吗?对一些人来说,这个想法并不像听起来那样异想天开。
麻省理工学院的研究人员最近测试了一种新型“悬停漫游车”概念,这种航天器不是依靠传统的轮子接触地面的方法,而是利用月球的天然电场在其表面上方悬浮。
由于月球和其他小行星等天体缺乏大气层,因此无法偏转太阳风,从而能够通过直接暴露在阳光和周围等离子体中积累电场。由此产生的电荷足以将尘埃颗粒吸入空中,这一现象最能让人联想到静电会让头发竖起来。
悬停漫游车通过利用廉价但有效的动力源:微型离子推进器来工作。虽然通常用于在太空中推动航天器,但在这种情况下,小离子束用于为车辆充电并增强表面的天然电荷,从而产生强大的排斥车辆离开地面的力。
麻省理工学院的研究生兼该论文的首席作者Oliver Jia-Richards表示,该团队的项目构想最初源于 NASA 对尘埃悬浮的研究,该研究旨在研究静电和尘埃在月球等无大气环境中的行为,以及这种组合如何影响允许漫游车运行的机械和电气系统。这让他思考是否可以将这一概念应用于太空探索和工程领域。
“这在某种程度上受到这些小行星上已经发生的自然过程的启发,”他说。而且,由于他们的漫游车不会与地面接触,因此可以成功尝试轮式漫游车无法实现的机动。
尽管月球和火星漫游车通常要经过数百次测试来模拟独特的情况和恶劣的条件,但没有任何任务能够逃脱磨损的必然性。但麻省理工学院简单的圆盘状设计有助于延长任务寿命,而且据 Jia-Richards 称,它还可以“为在这些崎岖地形和低重力环境中进行更精确、更轻松的机动提供一种方式。”
研究人员确实有一个主要障碍需要克服:漫游车的大小。它的小尺寸确实限制了漫游车可以携带的科学仪器的数量。但它小巧也有其独特的优势。
“它们很小,而且携带的科学仪器受到限制。这个想法是,你将发射多个,”Jia-Richards 说。他将它们比作立方星——通常停留在地球低轨道的微型卫星——并解释说,虽然单个悬停漫游车的功能可能不如典型漫游车,但多个设备协同工作可以轻松模拟其能力。
还有其他挑战。让漫游车离地是一个棘手的任务。由于地球的引力比悬停漫游车所能承受的要大得多,因此该团队不得不设计出自己的漫游车能够茁壮成长的条件。
为了测试他们的概念,该小组首先创建了一个紧凑的六边形测试车辆,大小不超过一个人的手掌。在安装了五个离子推进器(一个朝上,其他四个朝下)后,该设备被悬挂在真空室中,以模拟漫游车在各种行星体上的表现。
Jia-Richards 和他的团队最终发现,有足够的动力,一个重两磅的漫游车就能在像 Psyche 这样的大型小行星上悬浮至少一厘米,但在月球上要达到相同的效果则需要大约五倍的动力。
麻省理工学院计划通过测试悬停漫游车在不同环境下的运行情况来继续对其进行微调。如果成功,Jia-Richards 表示,在未来 10 到 20 年内,他设想该设备将成为一种灵活的探索工具,可以单独旅行,也可以组成一个小型的车队。
“最终目标可能是让它们实现自主,”他说。虽然在他们的概念成为最终产品之前还有很多工作要做,但他们的工作已经获得了专业人士的支持。
休斯顿大学(University of Houston)的研究教授Olga Bannova认为,机器人系统应该在支持人类太空探索方面发挥不断发展的作用。虽然她希望麻省理工学院能够进行更大、更强大的模型的额外飞行测试,但她说她会密切关注他们的团队的进展。
“每当有人突破界限时,我都感到兴奋,”Bannova 说。“对我来说,这总是有探索的价值,因为即使在探索过程中,最终结果可能与最初的设想不完全一样,但它会触发一些其他的想法。”