人類將派出首支月表挖掘大隊！

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原文鏈接：https://www.universetoday.com/articles/this-trio-of-robots-could-explore-lunar-caves

編譯：陳一萱

校對：牧夫天文校對組

后期：王啟儒

責任編輯：王啟儒

月球洞穴：宇航員的天然避難所？

在地球保護層之外執行任務時，保護宇航員和設備，是太空探索能否成功的關鍵。月球是一個充滿敵意的環境：強烈的太陽輻射毫無遮攔地打在表面。

月球的溫度變化是整個太陽系里最極端的，白天最高可達 121 ℃，夜晚最低可達 -146 ℃。在一些極地位置，溫度甚至常年維持在 -240 ℃ 的“永久冰窟”狀態。

除此之外，還有微流星體。由于月球沒有大氣層，它們會以高達70公里/秒的速度直接撞擊表面。研究顯示，月球每天可能要承受多達1萬公斤的微流星體沖擊。

宇航員必須抵御這些威脅。月球軌道器的圖像表明，月球上分布著大量熔巖管道——這是遠古火山噴發時形成的地下空洞，它們可能成為宇航員的天然庇護所。當熔巖管頂端坍塌，就會形成“天窗”，在照片上表現為一個個黑洞。

NASA 月球勘測軌道器拍攝的寧靜海（Mare Tranquillitatis）上的一處熔巖管塌陷口。可以看到塌落的巖石堆積在底部。這個坑約 100 米深，但熔巖管的長度和規模仍需進一步探測。

Credit：NASA/GSFC/Arizona State University

在月球表面，還能看到一些蜿蜒曲折的溝槽（sinuous rilles），它們就是部分熔巖管的“印跡”。雖然許多已經塌陷殆盡，但仍有一些保存相對完整。例如位于月球近地面的夏普月谷（Rima Sharp），全長可達 566 公里，是目前已知最長的月谷之一。

夏普月谷（Rima Sharp）可能是月球上最長的月谷，全長達 566 公里，不過也有研究者認為它其實是兩條彼此獨立的月谷。
Credit：NASA/GSFC/Arizona State University

科學家早就提出利用這些洞穴建造基地的設想，供宇航員居住和工作。但要實現這一目標，首先必須對其進行實地探查。那些“天窗”被視為進入洞穴的入口，如何安全進入并探索其中，成為研究的重點。

歐洲科研團隊的“機器人探險小隊”

一支歐洲科研團隊設計了三臺功能各異的機器人，它們能夠協作探索月球洞穴并評估利用潛力。研究團隊在西班牙加那利群島的火山島——蘭薩羅特島上進行了測試。相關成果發表于 Science Robotics，論文題目是《行星天窗和熔巖洞穴的協作機器人探測》。

雖然月球在未來仍是各國航天員爭先恐后涉足的地方，但該研究在火星探索時同樣重要。火星也存在塌陷天窗與熔巖洞穴，這些結構既能提供防護，還可能保存潛在的生命跡象。正如作者所言：“探索地球附近行星天體上的熔巖洞穴，對于科學研究和太空探索都具有重要意義。這些天然洞穴能有效屏蔽輻射和微流星體，非常適合保存外星生物學信號，并保護人類設施。使用機器人團隊探索這些難以進入的洞穴，是最安全、最高效的方式。”

這張圖片展示了在加那利群島蘭薩羅特島進行測試的機器人團隊三名成員。

Credit：Dominguez 等人，2025，SciRob

研究人員采用多輪測試以驗證探測器在各階段的穩定性，并找出需要改進的地方。盡管受到天氣和其他條件限制，他們沒能像預期那樣多次重復所有步驟，但仍取得了不錯的成果。

“在 MP-1 階段，SherpaTT 和 LUVMI-X 協作生成了一份數字高程模型（DEM），其精度足以識別天窗，并在后續階段把探測車放到正確的位置。”

“在 MP-2 階段，研究人員通過投放傳感方塊探索了天窗，并利用滑輪系統模擬月球重力下的自由落體，展示了它在三維重建天窗方面的能力。”

MP-3 也很成功，Coyote III 被自主、安全地放入洞穴，沒有受到損傷。

MP-4，即洞穴三維建模階段，也得到了驗證。“Coyote III 能夠在復雜的地形中移動，并通過遙控采集點云數據，從而驗證了它的運動能力和數據采集方式。”作者寫道。Coyote III 成功穿越了洞穴中的多種地形，但由于摩擦力過大，它無法在“堅硬不平的巖石表面”執行原地轉向。

這些圖像展示了任務第四階段測試的一些結果。測試驗證了洞穴三維重建的可行性，以及 Coyote III 的機動性和有效性。圖 A 顯示的是由 Coyote III 生成的天窗網格圖像；圖 B 顯示的是天窗的飛行時間（Time of Flight）數據可視化；圖 C 顯示探測車在狹窄通道中行進的情況；圖 D 顯示通道的飛行時間可視化結果；圖 E 顯示 Coyote III 的洞穴重建圖像；圖 F 顯示的是實測探測車的洞穴重建結果，其中 F(i) 為天窗區域，F(ii) 為狹窄通道區域。

Credit：Dominguez 等人，2025，SciRob

研究人員指出，“由多種機器人組成的異構自主團隊，是探索月球和火星熔巖洞穴的一種很有前景的方式。”他們寫道：“此次類比野外測試在大多數預設的任務階段都表現出了可靠而高效的性能。然而，這一任務構想仍需進一步研究，才能真正推廣到行星實地探索場景中。”

——The End——

『天文濕刻』 牧夫出品

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Image Credit: Anthony Sullivan

牧夫

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