模块化机器人既能探索外星世界，又能建造基础设施

模块化在太空探索中以多种方式崭露头角。即将建成的“月球门户”空间站的设计将采用模块化，不同模块由不同组织提供。为了将这一理念应用于地面探测车，德国航天局（DLR）的研究人员开发了一种架构，单个模块化探测车可同时负责在月球或火星上进行探索和运送有效载荷。该研究发表在《宇航学报》上。

这种架构本身相当简单，即使用探测车牵引专门的“有效载荷”，所有有效载荷都采用标准化机械连接，使电力和液体能在探测车与有效载荷之间流动。这种连接还能让探测车将有效载荷拉到所需位置，并与该区域的其他基础设施相连。有效载荷可根据需求有所不同，可以是电源、一套科学仪器，甚至是铲子或反铲等施工配件。

这种基础设施的一个典型应用场景是月球上的水提取。这些探测车源自DLR最初开发的TransRoPorter（TRP）概念，负责侦察潜在水冰可能存在的位置。然后，它们可以将必要设备以有效载荷的形式运到发现的任何冰处。之后，还能用于将水冰从采矿地点运到更能充分利用的地方，比如火箭燃料工厂或宇航员栖息地。

有了标准化的连接器、通信和控制接口，这一切都变得容易得多。不过，该架构或许最重要的部分还是探测车本身，因此研究人员决定模拟探测车可能的几种不同移动方式以及与有效载荷的交互方式。

所有探测车都采用“混合”移动系统，即探测车的轮子位于长关节腿的末端。这种配置相较于其他混合系统有一些优势，比如“好奇号”所使用的系统。对于该架构的背景而言，或许最重要的是TRP配置速度更快。

在模拟过程中，还有许多其他变量可供研究。其中最重要的一个变量是轮子的控制方式，是一侧的轮子一起移动（串行），还是两侧的轮子成对控制（并行）。其他变量包括腿本身的配置、是否有有效载荷，以及探测车需要穿越的斜坡类型和表面。

经过1500多次模拟，一些关键的设计选择开始凸显。由于这些选择代表着权衡取舍，所以没有明显的“赢家”。诸如臀部扭矩和离地间隙等指标受探测车配置的影响最大，某些配置会导致这些值出现不可接受的结果。无论设计如何选择，系统的稳定性似乎相对一致，而且无论探测车本身如何配置，功耗似乎因是否存在有效载荷而变化最大。

这篇论文标志着DLR用于太空探索的腿式探测车长期研发又向前迈出了一步。随着探测车的用途不再局限于探索，而成为外星新殖民地基础设施建设工作的关键一环，了解特定应用的最佳配置至关重要。根据所需环境在不同配置之间切换的能力或许更为关键。虽然目前没有将这些探测车发射到外星的计划，但在最终需要它们时，它们已朝着做好准备又正式迈出了一步。