美国国家航空航天局的火星车不断陷入困境，而我们刚刚发现了原因-煤油灯科技

美国国家航空航天局的火星车不断陷入困境，而我们刚刚发现了原因

煤油灯科技2025-11-03 09:43

上一篇：【20251103】每日科技观察

威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们发现，美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration）在地球上测试其火星车的方式存在一个令人惊讶的缺陷。

几十年来，研究人员通过调整探测车的重量来模拟月球或火星上较低的引力，但他们忽略了地球引力对沙子本身的影响。实际上，月球土壤比地球上的沙子要松散得多，支撑力也小得多，这使得探测车更容易陷入其中。

地面测试存在不足

当耗资数百万美元的航天器陷入软沙或碎石中时（正如2009年NASA的火星车“勇气号”所遭遇的情况一样），救援任务便落在了地球上的工程师们身上。他们像遥控拖车团队一样，发送一系列经过精心策划的指令，来移动车轮或倒车，这是一个缓慢而精细的过程，目的是让航天器摆脱困境，继续执行其任务。

“勇气”号从未摆脱困境，但如果在发射前能在地球上对火星车的设计进行更为有效的测试，那么未来的任务或许能够避免类似的挫折。

威斯康星大学麦迪逊分校的机械工程师利用计算机模拟，揭示了当前地球测试方法中的一个缺陷。这种疏忽往往导致对火星车将如何应对月球或火星的实际地形做出过于乐观的预测。任务规划的关键部分是了解火星车如何在低重力环境下穿越外星表面，以便避开软土或岩石地带等危险。

误导性的月球车测试

月球上的重力仅为地球上的六分之一。几十年来，工程师们通过建造重量仅为真实探测车六分之一的测试模型来考虑这一因素，然后驾驶它们在沙漠沙地上行驶以测试性能。

然而，这种长期存在的方法忽略了一个重要因素：地球更强的重力是如何影响沙子本身的。

威斯康星大学麦迪逊分校的丹·内格鲁特教授及其同事利用高级模拟发现，地球的重力比火星或月球上较弱的重力更能压缩沙子。在地球上，这会让地表更加坚实，支撑力更强，从而减少了地表在探测车车轮下发生位移的可能性。然而，在月球上，土壤更加疏松，更容易发生位移，这意味着探测车的牵引力更小，陷入困境的风险更大。

简单洞察，巨大影响

内格鲁特（Negrut）说：“回想起来，这个想法很简单：为了更清楚地了解月球车将如何在月球上行驶，我们不仅要考虑月球对月球车的引力作用，还要考虑重力对沙子的影响。我们的研究结果突显了基于物理的模拟在分析月球车在颗粒状土壤上的移动性方面的价值。”

该团队最近在《野外机器人技术杂志》上详细介绍了他们的发现。

模拟VIPER的月球任务

研究人员的这一发现源于他们参与的一项 NASA 资助项目，该项目旨在模拟 VIPER 探测车，VIPER 原本计划执行月球任务。该团队利用了 Project Chrono，这是威斯康星大学麦迪逊分校与意大利科学家合作开发的开源物理模拟引擎。该软件使研究人员能够快速且准确地建立复杂机械系统的模型，比如在“松软”沙土表面运行的全尺寸探测车。

在模拟VIPER月球车时，他们注意到地面测试结果与月球车月球机动性的模拟结果之间存在差异。通过Chrono模拟进行更深入的挖掘后，他们发现了测试中的缺陷。

Chrono的现实世界力量

这项研究的好处也远远超出了美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration）和太空旅行的范畴。在地球上的应用中，数百家组织已使用Chrono来更好地了解复杂的机械系统——从精密机械表到在越野条件下行驶的美国陆军卡车和坦克。

内格鲁特（Negrut）说：“我们的研究与解决许多现实世界的工程难题高度相关，这很有意义。我为我们所取得的成就感到骄傲。作为大学实验室，能够开发出美国宇航局（NASA）都在使用的工业级软件，是非常困难的。”

Chrono是免费向公众开放的，全世界的使用者都可以无障碍使用，但威斯康星大学麦迪逊分校的团队仍在不断投入大量精力来开发、维护该软件并提供用户支持。