美計(jì)劃用潛水機(jī)器人來探測(cè)太空

　 近4年來，比爾-斯通比先前任何洞穴探查者都要深入地下得多。一直以來，他總是夢(mèng)想著去外太空。為此，他計(jì)劃讓一個(gè)世界最先進(jìn)的水下機(jī)器人深入地球最深的洞穴去。如果一切順利，這會(huì)幫助他登上月球。
美國(guó)宇航局希望有一天能使用像比爾-斯通的深井熱量探測(cè)器(DepthX)那樣的機(jī)器人去探測(cè)木衛(wèi)二——木星的一個(gè)結(jié)冰的衛(wèi)星，也是我們太陽系中能維持生命存在的最可能的地方。當(dāng)身處黑暗、陰冷和潮濕的環(huán)境時(shí)；當(dāng)他在地表下4000英尺的洞穴中時(shí)；當(dāng)巖石團(tuán)團(tuán)圍住他時(shí)，比爾-斯通老是做太空夢(mèng)。他看到了的衛(wèi)星木衛(wèi)二上遼闊的冰面和一道道的冰峰。他看到自己駕駛漫游者號(hào)從焦油般陰森的月面環(huán)形山，來到山邊上進(jìn)行日光浴。
比爾-斯通不是宇航員，而是世界上最著名的洞穴探險(xiǎn)家。在美國(guó)國(guó)家地理學(xué)協(xié)會(huì)這樣的單位的資助下，他率領(lǐng)一個(gè)龐大的國(guó)際小組，進(jìn)行了50多次重大的探險(xiǎn)活動(dòng)，并發(fā)明了眾多潛水設(shè)備和漫游機(jī)器人來探索那些地球上最深處的、最危險(xiǎn)的洞穴。在探險(xiǎn)中，沒有人能勝過他，這讓他有些沾沾自喜。對(duì)斯通來說，洞穴是試驗(yàn)場(chǎng)，只是為探測(cè)和移民太空、甚至在月球上建立永久個(gè)人基地作準(zhǔn)備。
他認(rèn)為這是宿命。或許應(yīng)該選擇另一個(gè)更加合適的詞：著迷、錯(cuò)覺或幻想。斯通既沒有巨額財(cái)產(chǎn)，也沒有皇親國(guó)戚的政治背景。他是一個(gè)工程師，開一家叫“斯通航空”的小公司。至今，他花了近三十年時(shí)間在航空邊緣產(chǎn)業(yè)上，以證明洞穴是地球上用于太空探測(cè)的最好訓(xùn)練場(chǎng)所。在美國(guó)宇航局500萬美元的資助下，他正在開發(fā)一個(gè)叫DepthX的機(jī)器人，這將是最先進(jìn)的水下自治交通工具。像它的發(fā)明者一樣，DepthX也是一個(gè)洞穴探測(cè)者，能在充滿障礙的艱苦環(huán)境下前進(jìn)。如果順利，它將被派往木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二，到這個(gè)衛(wèi)星冰凍地面以下10公里處的海洋進(jìn)行探測(cè)工作，尋找微生物。
DepthX的首場(chǎng)試驗(yàn)將在二月于墨西哥西斯特馬-扎查頓洞穴下進(jìn)行。扎查頓是世界最深的神秘的灰?guī)r坑，有毒的熱水不斷地從洞穴下面排放出來，想深入到這個(gè)洞穴50米以下對(duì)人類來說是不可能的，只能派機(jī)器人去。為讓斯通以后有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)其太空夢(mèng)想，他得給新一代的有錢的太空迷捐資者留下好印象。像個(gè)巨大的橙色眼球
在德州奧斯丁的政府安全測(cè)試工廠里，這個(gè)圓形機(jī)器人漂浮在測(cè)試池子中間，像一個(gè)橙色眼球走進(jìn)了巨大一池烈酒中。池子金屬欄桿邊上的平臺(tái)上有一個(gè)拖車辦公室，可以觀察其測(cè)試情況。一個(gè)人的聲音從里面?zhèn)鞒鰜恚f：“時(shí)間到了。”橙色機(jī)器人大約7英尺寬，優(yōu)美地旋轉(zhuǎn)著，像鯨躍似地躍出水面，發(fā)出嘶嘶聲，然后落到了水下面。
這是10月底，我來到奧斯丁的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室，觀看DepthX去往扎查頓洞穴前最后的池子測(cè)試。斯通航空公司實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理約翰-克爾專攻自治交通工具，生命支持設(shè)備和激光聲納成像儀。克爾與卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的機(jī)器人專家喬治-康德和多米尼克-約納克，還有美國(guó)科羅拉多州大學(xué)的生物學(xué)家約翰-西皮爾組成了一個(gè)小組，他們行事低調(diào)，但一幅緊張工作的樣子。如果DepthX出錯(cuò)，會(huì)損壞它自己還有數(shù)百萬美元的測(cè)試池。如果測(cè)試順利，此小組將向自治機(jī)器人的目標(biāo)更加接近。但DepthX的最終目標(biāo)是完全自治。
在拖車辦公室，康德掃視電腦，監(jiān)視機(jī)器人的表現(xiàn)，而克爾站在外面看著DepthX。機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)正在進(jìn)行測(cè)試，它慢慢探索深大約10英尺的方形池子。機(jī)動(dòng)操作更加精確，但顯然這不完美。
大體上看，DepthX是一個(gè)巨大眼球。鑲有一圈傳感器，共54個(gè)，它從每秒發(fā)出的數(shù)千個(gè)聲納中收集數(shù)據(jù)，構(gòu)建斯通所謂的周圍環(huán)境的“高密集圖”。通過使用慣性制導(dǎo)器、加速計(jì)、深度量表和其它傳感器來精確測(cè)定位置，機(jī)器人不僅能繪制環(huán)境的三維圖像，還知道其所處位置在哪里。總之，這些功能就是所說的同步定位與繪圖(SLAM)。
在11月初進(jìn)行的測(cè)試中，DepthX的導(dǎo)航能力，即SLAM在此測(cè)試池里進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果讓斯通非常看好他的發(fā)明。康德說：“這是首個(gè)全三維SLAM水下機(jī)器人。”事實(shí)上，它是所有環(huán)境下的首個(gè)全三維SLAM機(jī)器人。由于DepthX可能遭遇任一方向的障礙，因此它的視野很好，四面八方都看見。
此機(jī)器人的前任是斯通發(fā)明的泉水湖繪圖機(jī)，安裝在魚雷形的推進(jìn)器上，由潛水員操縱。20世紀(jì)90年代，他用它繪制了美國(guó)泉水湖幾千英尺的通路圖，制造世界第一個(gè)數(shù)字三維洞穴圖。而DepthX要比它先進(jìn)復(fù)雜得多，雖然根本目標(biāo)是一樣，但DepthX得獨(dú)自深入1000英尺深的扎查頓洞穴中。另辟蹊徑探索太空
斯通總想去太空。他說：“我特別想當(dāng)宇航員。為此我獲得了結(jié)構(gòu)工程學(xué)博士學(xué)位。”1989年，機(jī)會(huì)來了，他成了1萬名選手中選出的60位決賽選手之一，將去美國(guó)宇航局總部加入宇航員部隊(duì)。據(jù)斯通回憶，其身體、精神和情感檢測(cè)都優(yōu)秀，幾天后，他被召集去會(huì)議室，高級(jí)宇航員對(duì)他進(jìn)行關(guān)鍵的面試。回答他們的幾個(gè)簡(jiǎn)單問題后，航天飛機(jī)老兵蓋伊-布魯佛德問斯通生命中是否有什么遺憾。他說他沒有。布魯佛德再問了一遍，他說：“我的財(cái)政狀況。我需要大約20億美元。”“你用它來干什么？”布魯佛德懷疑地問。斯通回答說：“我要在月球建立一支私人探險(xiǎn)隊(duì)。”
10年過去后，斯通讓自己成為了太空專家。他的工作是在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會(huì)當(dāng)自動(dòng)控制專家，但他在業(yè)余時(shí)間發(fā)表有關(guān)生命支持、火箭推進(jìn)和太空船設(shè)計(jì)的科學(xué)著作。他的技術(shù)天才和太空嗜好眾所周知，1982年，他被選為國(guó)會(huì)委員，負(fù)責(zé)評(píng)估現(xiàn)有空間站計(jì)劃，之后，他成了另一聯(lián)邦政府的委員，用5年時(shí)間來開發(fā)自己的東西。盡管如此，在加入宇航員之前，他的評(píng)價(jià)是傲慢自大，缺乏克制，因此沒有當(dāng)成宇航員。回家后，斯通覺得美國(guó)宇航局的探險(xiǎn)沒點(diǎn)生氣，還不如自己干。于是，他另辟蹊徑來探索遙遠(yuǎn)太空。 目標(biāo)地——木衛(wèi)二
自從航行者1號(hào)于1979年探測(cè)木星之后，行星科學(xué)家就急于知道此氣體星球的衛(wèi)星——木衛(wèi)二是否有生命。雖然木衛(wèi)二寒冷，覆蓋著高達(dá)6英里厚的冰，但許多天體生物學(xué)家認(rèn)為，其下面流動(dòng)的海洋可能超過地球上的海洋，是太陽系中最可能存在生命的地方，斯通的DepthX能提供探索它的辦法。
雖然美國(guó)宇航局還沒有正式計(jì)劃去木衛(wèi)二，但局里的科學(xué)家草擬一個(gè)包括大致三階段任務(wù)的太空船。第一階段是著陸木衛(wèi)二表面，釋放第二階段任務(wù)——像鉛錘似的機(jī)器人。在其頂端的小核反應(yīng)堆的發(fā)熱下，機(jī)器人熔化數(shù)英里的冰層。一旦到達(dá)海洋，就釋放第三階段任務(wù)——DepthX機(jī)器人。
斯通解釋說，此后，機(jī)器人將小心進(jìn)入到之前沒人去過的地方。在鉛錘機(jī)器人當(dāng)作總部的情況下，DepthX小心地來回出擊，偶爾能走幾百英尺，繪制未知世界，并使用視覺和化學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)來搜尋生命信號(hào)。它會(huì)定時(shí)回到總部，給地球打電話，告訴家里想要的信息。
在測(cè)試池里測(cè)試時(shí)，我特意看了DepthX是如何進(jìn)行搜尋的。機(jī)器人靠近墻，小組稱此為“親近行動(dòng)”。碰到危險(xiǎn)地方時(shí)，機(jī)器人會(huì)適當(dāng)停下，然后向安全方向沿著壁繼續(xù)前進(jìn)。從機(jī)器人橢圓體伸出的探針將從洞穴壁上取下三分之一厘米大的圓形樣本，之后可對(duì)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。無論是地球還是木衛(wèi)二的未探測(cè)環(huán)境，都可能發(fā)現(xiàn)新的生命。
去年11月，斯通到了華盛頓，向美國(guó)宇航局展示新版DepthX，并在海軍研究室召開了相關(guān)會(huì)議。美國(guó)海軍對(duì)在陸地和太空中都能無人駕駛的這一機(jī)器的巨大成功很感興趣。