去外星球干活？来看看这些“神器”

来源：中国航天报

近日，以日本东北大学研究人员为核心的团队展示的一款新型挖掘机器人——“螺旋滚筒铲”引发关注。据介绍，该设备每小时开采量可达777公斤，获取1公斤月壤仅需0.022瓦时，其未来或将助力人类高效挖掘月球资源。

那么，为了更好地进行地外作业，人类设计出了哪些形态的工作机器人？它们各自具备哪些优势？未来还可能有哪些新技术助力人类更高效地进行地外作业呢？

形态各异的“施工队员”

如果把未来建造的月球基地或者火星基地看作一个超级工程，那么这支“太空施工队”必然需要不同形态的机器人紧密配合。目前，人类研发的地外作业机器人大致可以分为以下四大类：

第一类是轮式与履带式机器人。这是最常见的地外探测器形态，它们拥有宽大的接触面和极低的重心，能够搭载沉重的核同位素电池组、大功率钻探设备以及平整地基的推土宽铲，是未来在地外平原地区开展物资长途运输和场地平整的绝对主力。

第二类是特种挖掘机器人。此次日本团队测试的新型“螺旋滚筒铲”就是这类机器人的代表。与地球上的大臂单斗挖掘机不同，这类设备多采用对称分布的旋转圆筒或螺旋钻头结构，并被设计成可以快速更换的模块，以适配外星球上不同的土质。

第三类是腿足式仿生机器人。面对遍布陨石坑、陡坡和碎石的极端地貌，轮式底盘极易陷入进而抛锚。于是，科学家开发出了多足仿生机器人。澳大利亚研究团队研发的夏洛特六足蛛形机器人、欧空局测试的SpaceBok“机器狗”都属于多足仿生机器人。它们不仅能像蜘蛛一样在崎岖表面如履平地，还能执行更为细致精确的操作任务。

第四类是飞行类机器人。2021年，机智号无人机在火星成功试飞，成为人类首架在其他行星上飞行的可控飞行器。未来，飞行类机器人不仅能够进行高空测绘，为地面提供高精度的三维动态施工图纸，甚至能在复杂地形上方直接吊装轻型货物，跨越地表的地理天堑。

▲ 夏洛特六足蛛形机器人进行月面探索想象图

各显神通的“独门绝技”

如果直接将地球上的重型机械送到外星球，不仅需要耗费巨资，也会使得其在外星球的极端环境下“水土不服”。然而，这些不同形态的机器人在应对外星球的恶劣环境时，拥有各自的“独门绝技”。

外星球与地球环境的最大区别是低重力。以月球为例，月球上的重力仅为地球的1/6。在地球上，推土机依靠自身数十吨的重量，死死压住地面来获取摩擦力和挖掘力。但是，若在月球上用力往下铲土，反作用力可能会直接把挖掘机自身顶飞。

而特种挖掘机器人“滚筒铲”的机械臂两侧配置了双滚筒，通过持续旋转滚筒，其每次只刮取薄薄一层月壤，巧妙地解决了这一问题。“滚筒铲”内部的螺旋挡板则保证了月壤向内滑落而不洒出，将挖掘、装载、运输合为一体，不需要沉重的履带传送，在极低的重力环境下也能实现惊人的挖掘量。

相比于地球，外星球拥有更加恶劣的复杂地形，并且一旦遇到险情，大多数情况下机器人只能自行脱困。因此，在外星球作业，对机器人的通过性与脱困能力提出了很高的要求。

诸如“夏洛特”等腿足式机器人正是为此设计的，它的每一条机械腿都装有独立的传感器和微驱动器，能够独立判断支撑力度和接地状态。在崎岖的火山口边缘，它能时刻保持重心平稳，甚至能跨越比自身底盘还高的巨石。这种设计赋予了它极高的脱困能力，当一条腿甚至几条腿陷入时，其他腿可以帮助其脱困，这是传统轮式平台望尘莫及的。

此外，地外土壤由于缺乏水和风的侵蚀，颗粒棱角像碎玻璃一样尖锐，且带有强烈静电，极易吸附并卡死机械的传动关节。因此，地外机器人普遍采用全封闭的防尘关节设计。同时，面对地外昼夜高达几百摄氏度的剧烈温差，地外机器人采用了特种耐温合金与隔热涂层，并配备热管温控系统，确保在漫长的极寒黑夜中，核心部件依然不被冻坏。

▲ 滚筒铲式机器人进行地外作业想象图

重塑太空的前沿技术

如果说，形态各异的机械躯体赋予了机器人在恶劣环境中“生存”的能力，那么想要真正实现高效、大规模的地外作业（如资源开采、科考勘探、设备组装与维护），未来的机器人还需要在“软件大脑”和系统协同上迎来技术升级。

首先是群体智能技术。以火星探索为例，地球与火星之间单程通信延迟最高可达20多分钟，这种延迟让实时遥控操作变得极度危险且低效。未来的地外作业必将从远距遥控走向自主决策，通过群体智能技术将不同形态的机器人组建成一支高默契度的作业队伍。

例如，飞行类机器人可以在高空扫描地形，将数据实时共享给地面的腿足式机器人，帮助其避开陨石坑，再引导特种挖掘机器人前往矿区开采。在这个过程中，机器人之间能够通过本地网络自主沟通、分配任务。即使某几台设备损坏，整个队伍依然能动态重组，确保持续高效地作业。

其次是模块化技术。在地外，发射成本极其高昂，为每种特定的作业任务专门发射一台机器显然是不经济的。未来的地外作业设备将像积木一样具备模块化能力，航天器送上太空的不再是形态固定的整车，而是标准化的轮子、机械臂、动力舱和挖掘铲。根据不同的任务需求，这些模块可以自动组合。

最后是太空智造技术。地外作业面临的最大痛点之一是无法及时补给，如果一台机器人受损，等待来自地球的救援显然是不现实的。为了实现长期地外作业，未来的机器人系统必须具备利用原位资源智能制造的能力。通过高能激光或微波将采集到的富金属星壤就地熔炼，直接在外星球“打印”出损坏的机械替换件、定制化的施工作业工具，将极大延长地外作业装备的使用寿命，让更庞大、更复杂的星际工程成为可能。

从步履蹒跚、拍下第一张地外照片的早期探测器，到如今能够以极低能耗完成地外作业的“滚筒铲”机器人；从依赖地球指令的单个工程车，到未来能够自主运行、协同作业的智能机器集群，人类科技的每一次跨越，都在不断拓展地外作业的深度与广度。

在这场征服星辰大海的征途中，这些形态各异的地外“施工队员”，正用它们的智能与工具，一点点进行外星球开发的壮举。可以预见，在不远的将来，这些“神器”将把人类在宇宙中定居的科幻梦想，稳稳地变成现实。