随着美国国家航空航天局和其他太空机构着眼于让人类重返月球，新一代自主无人驾驶月球车将在持续探索和科学发现铺平道路方面发挥关键作用。这些先进的机器人探索者将建立在他们的前辈（如苏联Lunokhods和中国“玉兔”月球车）的基础上，同时在导航、感知和合作方面融入尖端技术。通过以前所未有的自主水平运行，这些月球车将实现更有效和更广泛的月球任务，为人类在月球上建立永久存在奠定基础。
对无人自动驾驶月球车的需求
月球环境的恶劣和不可预测性给严重依赖人类直接控制的传统月球车操作带来了重大挑战。由于地球和月球之间的通信延迟从1.3秒到2.6秒不等，实时远程操作变得不切实际且具有潜在危险。此外，有限的带宽和通信链路的间歇性可用性限制了可以传输回地球进行分析和决策的数据量。
自主月球车能够在最少人工干预的情况下独立感知、导航和决策，为这些挑战提供了解决方案。通过利用先进的传感器、车载计算和人工智能算法，这些月球车可以安全地穿越月球地形，避开障碍物，并确定科学感兴趣的区域。这种自主性不仅减少了对与地球持续通信的依赖，还使月球车能够更有效地运行并在任务期间覆盖更远的距离。
导航和感知的进展
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主月球车运行的关键推动因素之一是开发复杂的导航和感知系统。这些系统使月球车能够构建其周围环境的详细3D地图，准确确定其位置和方向，并规划安全有效的路径到达目的地。
立体视觉相机、激光雷达传感器和惯性测量单元（IMU）
构成了这些导航和感知系统的核心。立体视觉通过比较来自两个或更多摄像头的图像来提供深度信息，使月球车能够检测障碍物并估计距离。激光雷达传感器使用激光脉冲创建环境的高分辨率3D点云，可用于制图和定位。IMU包括加速度计和陀螺仪，可帮助月球车跟踪其运动和方向。
同步定位和测绘（SLAM）
等高级算法融合来自这些传感器的数据，创建并持续更新月球车周围的详细地图，同时估计其在该地图中的位置。这使得月球车能够自主导航，即使是在以前未探索过的区域。
合作自治
虽然单个自主月球车可以完成重大任务，但这些机器人探险家的真正潜力在于他们作为团队合作的能力。合作自治，即多个月球车合作并共享信息以实现共同目标，有望彻底改变月球探测。
通过作为分布式网络运行，协作式自主月球车可以覆盖更大的区域，收集更多样的数据，并在单个月球车出现故障时提供冗余。他们可以共享地图、传感器数据和科学发现，从而对月球环境有更全面的了解。
合作自治的一个例子是
合作自主分布式机器人探索项目，
由美国国家航空航天局喷气推进实验室(JPL)领导。Brady旨在展示一组小型、低成本的月球车合作探索月球表面的能力。这些月球车将自主导航、绘制地图和收集数据，同时通过网状通信网络协调它们的行动。
克服环境挑战
对于任何机器人探险家来说，月球都是一个严酷无情的环境。极端的温度变化，从月夜的零下173摄氏度到白天的127摄氏度，会对月球车的部件造成巨大的热应力。缺乏坚实的大气层也使月球车暴露在高水平的辐射和微陨石的冲击下。
为了缓解这些挑战，自主月球车必须设计有强大的热控制系统、抗辐射电子设备和耐用材料。
创新解决方案，如使用放
射性同位素加热器(RHUs)和相变材料(PCM)，有助于保持敏感部件的稳定工作温度
。
减轻灰尘是月球车设计的另一个重要方面。带静电的月球浮土很容易穿透并损坏机械和电子系统。自主月球车必须采用防尘密封、过滤器和主动清洁机制，以确保长期可靠性。
科学探索和资源利用
自
主月球车将在推进我们对月球的科学了解以及为未来的载人任务确定潜在资源方面发挥至关重要的作用。这些月球车配备了各种各样的科学仪器，将调查月球的地质、地球化学和地下结构。
自主月球车任务的主要目标之一是在月球两极附近的永久阴影区(PSRs)寻找水冰和其他挥发性资源。这些资源对于维持人类在月球上的存在至关重要，为生命支持提供水，为呼吸提供氧气，为火箭燃料提供氢气。
配备
地面穿透雷达和中子分光计的月球车
将能够探测和测绘地下水冰沉积物。合作自治将使多个月球车能够勘测更大的区域，并创建这些资源分布和集中的详细3D地图。
除了资源勘探，自主月球车将进行地质和地球化学研究，以更好地了解月球的形成和演变。高分辨率相机、X射线荧光(XRF)光谱仪和拉曼光谱仪将允许火星车分析月球岩石和土壤的成分和矿物学。这些数据将为了解月球的火山历史、撞击过程以及隐藏古代生命痕迹的可能性提供有价值的见解。
基础设施支持和场地准备
随着载人登月任务变得更加频繁和持久，自主月球车将在支持月球基础设施的发展和为载人居住准备场地方面发挥关键作用。
配备挖掘工具和3D打印功能的月球车可以帮助建造月球基地、着陆台和道路。通过自主勘测潜在地点、平整地形和沉积基于风化层的建筑材料，这些月球车可以大大减少人类工作人员在月球上建立永久存在所需的时间和精力。
自主月球车还可以负责部署和维护电力和通信基础设施，如太阳能电池阵列和中继天线。通过自主导航到预定位置并使用机械臂安装和维护这些系统，月球车可以确保为载人任务提供可靠和可持续的能源和通信网络。
结论
月球探测的未来在很大程度上依赖于自主月球车的开发和部署。这些先进的机器人探测器将成为载人任务的先锋，为月球上持续的科学发现和资源利用铺平道路。
通过利用导航、感知和合作自主方面的尖端技术，这些月球车将克服恶劣的月球环境带来的挑战，并实现比以往任何时候都更有效和广泛的探索。从测绘地下水冰沉积物到建造人类居住所需的基础设施，无人自主月球车将是解开月球秘密并在我们的天体邻居上建立永久人类存在的关键。
当我们站在月球探索新时代的门槛上时，很明显，无人自主月球车将成为我们下一次巨大飞跃的驱动力。凭借他们不懈的工作和坚定不移的奉献精神，这些机器人先驱将为人类能够在月球上生活、工作和繁荣的未来奠定基础，并最终超越月球。
（翻译by果然伶俐，原文地址https://newspaceeconomy.ca/2024/06/07/the-next-giant-leap-autonomous-rovers-pave-the-way-for-lunar-exploration/?utm_source=newsletter-78&utm_medium=email&utm_campaign=newsletter-78）
