被遥控的宇宙探险者

安行

你是否曾经开过一辆由虚拟现实系统操控的遥控汽车？或者是否了解过宇宙飞船与国际空间站对接的相关新闻？如果这些都听说过，那么你可能已经对今天的主角——遥控机器人有了初步的了解。

遥控机器人是指人类可以在另一个地方远程操作“千里之外”，甚至是“远在天边”“遥如宇宙”的机器人，这听起来有点像科幻小说里虚构出来的，但其实已经在很多地方开始应用了。海洋遥控潜水器是海洋遥控机器人的代表，在对于潜水员来说太深或太危险的水域被广泛应用。它们通常连接着水面舰艇的控制中心，由水面舰艇指挥控制，独自下潜到伸手不见五指的深海里。

此外，医疗器械和微创手术领域也离不开这些“高手”朋友。有了它们，医生可以解决更多目前人工无法解决的医疗问题。可以说，遥控机器人的使用范围多不可数，人类在哪里遇到困难，哪里有危险，哪里就有它们的身影。

今天，在遥远的火星上，在广袤的太阳系中，遥控机器人已经活跃着，这些宇宙探险者是人类探索太阳系的先锋，为我们带回了大量有关太阳系遥远行星的信息。

遥控机器人在太空显身手

今天，在太空领域，遥控机器人也已经做出了一系列的“功绩”。这包括让宇航员在太空站远程操作机器人（“漫游者”）执行命令，通过这种方式，宇航员不需要冒着生命危险走出太空舱执行工作任务。然而，宇航员在国际空间站可没有闲着，为了更好地和机器人伙伴一起工作，他们一直在忙着练习如何精准地控制“漫游者”的手臂移动和其他相关动作。另外一个太空机器人運用的例子，是德国航空航天中心研发的一个名为“Justin”的人形机器人，它自带摄像机，宇航员可以清楚地看到它们在做什么，并已实现在轨道上控制它们的四肢和手的活动。

从技术层面来看，控制操作员的命令动作一般会直接作用于被控制设备的动作，例如无线电控制的模型飞机或系绳的深水潜水器。但是，如果通信延迟，直接控制则不切实际（比如远程行星探测车），加上希望减少操作员的工作量，设备将不会被直接控制，而是遵循提前设定好的命令路径。随着设置指令的复杂程度提高，该类机器人在避障等问题上会有一定的独立处理能力，因此避障能力也常为行星漫游者配置。

事实上，迄今为止，除阿波罗计划外，大多数的太空探索都是用遥控太空探测器进行的。例如，发射到火星的漫游者号和好奇号、发射到土星的卡西尼号、发射到冥王星的新地平线号等等。人类如何遥控远在几千万千米甚至几亿千米之外的航天器呢？大部分都是由存储的程序来进行操作的，而2003年发射到火星的“漫游者”号的“驾驶员”，则在地面上每天编写和输入操作程序。由人类在地面站编程的航天器，基本上实现了一种长时间延迟的遥控操作。

漫游者与火星探索

除了这些已实现的探索成果，在未来，太空遥控机器人可以帮助人类更快速、更容易地探索其他星球，比如火星。截止目前，我们已经向火星发射了几架漫游者，它们都是由地球上的操作员控制的，交流方式是在地球上的工程师输入指令，在火星上的漫游者接收并执行这些命令。但是这种方式有一个明显的缺陷，平均每一个指令都需要14分钟才能到达这颗红色星球，可以说进程实在是太缓慢了。同时，漫游者通常每天只能行走几十米，或者完成一些很简单的任务，比如从地表挖掘材料等。

那么，怎么解决这些问题呢？在未来，科学家很可能将宇航员送到火星近轨道上，这样就不需要从地球发送指令了，从而实现宇航员实时近轨操作机器人，完成更多更复杂的任务。虽然火星是一个危险的地方，但火星轨道是一个相对安全的地方，所以通过这种操作方式，可以很大程度上减少人类宇航员面对的危险。

也有科学家预测，在实现火星探索之前，这些技术很可能将被用于探索月球。美国宇航局及其国际合作伙伴目前正在开发一个名为“深太空门户”的空间站，预计可以在未来10年内实现环绕月球轨道运行。在这个空间站里，宇航员可以像在国际空间站上一样生活和工作。它的特别之处就在于，在日常工作中，这些宇航员可以操控月球上的许多机器人（如漫步者）开展工作，它们的主要工作包括帮助宇航员在月球上建立可以长期生活的栖息地，或者协助宇航员探索月球上虽危险且黑暗但极其迷人的月球陨石坑。

令人期待的未来

展望未来，一些令人更加兴奋的可能性开始涌现。像木星及土星这样寒冷的星球，很可能有生命隐藏在数十千米的冰层之下。可惜的是，对于这些地方，人类的探索看起来没有任何可能性。但是如果我们可以将一艘机器人潜艇发射到其中一颗卫星的表面，再用一种方法融化冰面，然后机器人游到水下深处，情况将会是怎样呢？这听起来就让人兴奋不已！

当然，科学家还需要为遥控机器人解决一些现实中存在的问题：一是宇航员需要在太空中实时看到他们正在操作的机器人的任何动作，但如果机器人跑到月球的另一面则信号中断，失去联系。为了解决这个问题，科学家需要发射一颗传播卫星专门用来反射信号，以保持两者之间的联系;另一个是可用带宽的延展问题。因为发送到月球的数据总量是有限的，这会在一定程度上限制遥控机器人的活动;再者，即使最终实现了宇航员在轨活动，也极大地加快了对于遥控机器的控制，操作延迟这个问题依然是不能消除的。即使是几秒钟的延迟，都有可能导致机器人出现故障，最终陷入困境。

即使有如此多的困难需要克服，但毫无疑问的是，遥控机器人的未来肯定更加令人神往，对于它们的应用，科学家们依然趋之若鹜。通过这些“聪明”的小精灵，人类得以在不威胁自身生命安全的前提下，更多、更快地探索其他的未知世界，可以确定地说，它们帮助人类探索了更多有趣和神秘的地方。