美國國家航空航天局(NASA)計劃為未來深空探測巡視器配備一個“偵察兵”。
NASA噴氣推進實驗室(JPL)受折紙啟發,正在開展“弾立式平面可折疊探測機器人”(PUFFER)研究。機器人憑借輕量化設計,能通過翻折其輪子變成近平面構型,在巡視器無法行進的空隙中爬行。
近一年半來,PUFFER已在一系列崎嶇地帶完成了試驗驗證。試驗地點既有加州莫哈韋沙漠,也有南極洲的雪山,都是陡坡或沙丘等對于當前巡視器來說,運行風險較大的地形地勢。
PUFFER可攀爬45°斜坡,進入懸巖下方,甚至進入火山口中開展探測任務,是大型巡視器的強力助手。
折疊的PUFFER像卡片一樣,可羅疊在一起,待開始探測任務之前再展開。
PUFFER不但能完成與巡視器相同的科學探測活動,提升探測效率,還能在巡視器難以到達的區域進行探測。
PUFFER既能夠用于火星探測任務,也能夠在地球上執行一些特殊任務。
JPL科學家卡洛琳·帕徹塔(Carolyn Parcheta)將便攜的PUFFER比作羅盤或石錘,認為其在火山等特殊地形環境下具有極強的應用前景,目前正在提供一些科學儀器指導意見。
JPL采用印刷電路板研制PUFFER,使其攜帶更多電子設備,包括控制和基本儀器。
電路板包括電子設備和探測器主體,全部都是在最初就集成在儀器,沒有采用任何緊固件或其他零件,結構更加緊湊。
為了便于攀爬斜坡,PUFFER共有兩個輪子。兩個輪子可折疊在PUFFER主體結構上方,使其進入狹窄縫隙中。PUFFER的尾部結構有助于探測器保持平衡,腹部的太陽能帆板能使探測器翻轉并接受太陽能充電。
PUFFER搭載一個高分辨率微縮成像儀,能夠分辨尺寸為10微米的物體。
完成PUFFER樣機后,JPL開始進行實地試驗。PUFFER不但成功攀爬了沉積巖斜坡,還鉆到了懸巖下方的縫隙中。
此次試驗所選取的地形,主要為了模擬火星環境。在火星上,懸巖能夠為有機分子提供庇護,使其免受輻射影響。火星斜坡一直吸引著科學家,也是火星探測的重點。
PUFFER能利用攜帶的電池,在泥土路面連續行駛625米。PUFFER攜帶的儀器數量也會對行駛距離產生一定影響。
JPL還為PUFFER配備了適宜雪地行駛的大輪子和魚尾狀平面尾部結構,完成了相應的雪地試驗。
未來,JPL將為PUFFER增加一系列儀器,使其能夠采集水資源,或者開展周邊環境化學成分光譜研究。PUFFER尺寸也會隨之增大。
目前,JPL已利用藍牙遙控PUFFER行駛,未來將賦予其自主運行能力,使其能編隊運行,開展科學探測活動。
若干PUFFER可同時前往不同地點進行勘測,幫助巡視器快速選定最具探測價值的區域。
JPL在研制PUFFER時,繼承了許多“海盜”、“探路者”和“鳳凰”等任務的技術。例如,PUFFER的主體結構覆蓋一層諾梅克斯(Nomex),這是一種紡織品,曾用于“機遇”和“勇氣”巡視器著陸時的氣囊裝置。諾梅克斯還具有較強的隔熱性能,確保PUFFER免受高溫影響。美國先驅電路公司已幫助JPL將諾梅克斯集成在可折疊電路板上。
類似于PUFFER的小型探測器有望改變人類火星探測任務的實施途徑。
PUFFER是NASA“改變游戲規則”(GCD)項目中的一項技術,由JPL管理。