好奇号的遗产：本周成功着陆对机器人太空探索的未来意味着什么

好奇号火星探测器已经着陆。您之所以知道这一点，是因为您有互联网连接，而且这次惊心动魄的着陆——尽管是在周日/周一的半夜进行的——引起了媒体的轰动，这是理所当然的。NASA 刚刚通过未经测试的着陆方式，将有史以来最复杂的科学仪器套件装在行星探测器上，送上了火星表面，这些仪器将为我们带来两年不间断的无与伦比的其他星球地质科学研究。这本身就是一个令人难以置信的故事。但这并不是故事的全部。

每一次星际机器人任务都有其技术上的“第一”，并且每次任务都会对后续任务的设计产生影响。我们从小型探测器发展到大型探测器，从非常依赖人类的机器人发展到具有一定自主性的机器人。在这个早期阶段，我们不可能开始了解好奇号的科学遗产是什么，但从技术角度来看，它的遗产已经成型——要看到它，你只需阅读本周的头条新闻。我们可以从好奇号的成功着陆中推断出一些将对未来的机器人太空探索产生巨大影响的事情。

我们可以将非常大的物体放置在以前无法放置的地方

“我认为这是机器人探索界不断扩大野心的一个例子，”约翰霍普金斯大学应用物理实验室太空部首席技术专家罗伯特·戈尔德博士在谈到 MSL 任务时说道。“我们开始使用索杰纳号火星车（火星探路者任务的一部分），它大约有我的公文包那么大。然后我们有了勇气号和机遇号，它们大约有一张桌子那么大。现在我们又有了好奇号——大约有一辆小型汽车那么大。”

“这一进步将把我们带到二十年前人们甚至无法想象的探索水平。”
这种尺寸的增加并非偶然，而且设计起来并不容易。随着每次火星探测器和着陆器任务的陆续进行，航天工程师们不断想出新方法将更大的物体和更多的科学仪器运送到火星表面，因为之前任务中有效的解决方案通常无法扩展到更新、更大的有效载荷。随着空中起重机将好奇号送到盖尔陨坑底部，可扩展性问题似乎至少暂时得到了解决。

“我们希望打造一种将一吨重的物体运送到火星表面的能力，”美国宇航局火星探索计划首席科学家兼 MSL 项目科学家迈克尔·迈耶 (Michael Meyer) 表示。“因此，其中一项重大的后续技术是整个空中起重机装置能够将如此重的物体运送到火星表面。整个系统摆脱了着陆平台的重量，也摆脱了在降落到火箭顶部时需要从制动火箭上下来的坡道——我们去掉了所有不必要的东西，而这会带来巨大的回报。它使我们能够将相当重的物体运送到火星表面。”

它能否扩大规模以处理更大的有效载荷？如果不进行非常仔细的数学计算和建模，就无法确定，但从表面上看，我们将空中起重机的规模扩大两倍似乎是可行的，迈耶说。扩大十倍？也许吧。重要的是 NASA 把一公吨的重量放在了另一个行星上。能够准确地将如此多的重量放置在太阳系其他地方的东西可以运送未来的机器人、未来人类栖息地的碎片以及为机器人舰队提供动力的能源——可能性突然变得非常大。与 NASA 之前的许多着陆技术不同，它的能力还有很大的发展空间。MSL 项目科学家约翰·格罗茨辛格 (John Grotzinger) 在谈到空中起重机时说：“我认为这是所有火星着陆任务的执行方式。”

我们可以更快地开展更多科学研究

之前的火星探测车，如“勇气号”和“机遇号”，在当时都是科学研究的强者，但“好奇号”却利用了两项关键技术优势，这两项优势在火星探测车最终技术方案确定后才真正发挥了作用：自主性和处理能力。自 2003 年火星探测任务启动以来，计算能力按照摩尔定律以相当可预测的速度不断提高。但随着原始处理能力的大幅提升，我们在磨练算法以做我们想做的事情方面也做得更好了——包括做出“决定”。因此，“好奇号”将用 25 亿美元为我们带来巨大的科学效益。

勇气号和机遇号都配备了一定程度的机器人自主性，但主要限于导航和决定下一步研究的目标。好奇号继承了这一功能，但真正令人兴奋的自主性在于科学仪器本身。好奇号将在机上处理大量自己的数据，判断哪些是重要的，哪些是统计噪音或其他无用信息。它将把重要的数据传回地球，并丢弃其余数据，从而减少必须传回地球的原始非结构化数据总量，并节省火星和地面上的时间。

这意味着它将在感兴趣的区域之间移动得更快，并在更短的时间内覆盖更多的科学领域。这种自主性对于机器人太空探索的未来至关重要，特别是如果我们想把像好奇号这样的机器人科学家送到外太阳系，机器人和地球之间的通信延迟会持续数小时。好奇号的系统正在铺平道路。

我们可以用更少的预算做大科学

火星科学实验室是一项耗资巨大的任务，估计总耗资 25 亿美元。它本来不应该这么大或这么昂贵，但随着科学家在火星上装载越来越多的科学仪器和能力，它从一个中型任务发展成为一个大型任务。不幸的是，由于世界各地的科学预算有限，我们不太可能在短期内看到另一个像 MSL 这样的大型科学任务，APL 的 Gold 说。任务必须规模更小、成本更低才能获得资金。这不是一个理想的情况，但由于 MSL 的技术贡献（如上文所述），它并非无法维持。

“让我们想象一下，我们再也无法完成像 MSL 这样大规模的任务，”格罗茨金格说道。“这并不意味着我们不能继续使用探测车进行机器人探索，我喜欢称之为‘精品任务’。你基本上是在使用一个较小的平台——顺便说一句，你仍然使用空中起重机降落它——你从一开始就承认你不想要一个全面的有效载荷，因为你负担不起。”

相反，随着仪器变得更加复杂、更小、保真度更高（并且随着私人太空发射选项的出现，发射成本有望下降），任务规划者将选择更狭窄的科学目标和一两种非常专业、非常灵敏的科学仪器，这些仪器以比我们今天甚至好奇号所能达到的更高的分辨率进行科学研究。

然后，我们赋予机器人自主权，让它们尽可能高效地执行科学任务，从而从每次任务中获得尽可能多的价值。勇气号和机遇号的寿命远远超过了它们的主要任务寿命，但它们并没有真正发展得更快或更聪明——除了随着时间的推移进行一些软件更新外，它们基本上还是原来的状态。好奇号正在涉足一种计算机科学，它可以随着任务的进展而学习并变得更高效。未来的机器人任务——无论大小——都将利用好奇号及其在地球上的操控者所学到的东西并加以运用。我们知道空中起重机可以相对精确地降落甚至巨大的机器人，我们也知道，随着自主性的提高，我们可以在更短的时间内进行更多的科学研究，从而提高每美元花费的科学回报。所有这些加在一起，对好奇号进入太空的未来任务来说都是大事。

“我认为这项任务实际上是整个任务趋势中的一个，就像卡西尼号探测土星、信使号探测水星、新视野号探测冥王星一样——所有这些任务都需要数年时间才能开发完成，而到它们发射时，它们的技术已经过时了，”戈尔德说。“但这种进步正将我们带到二十年前人们甚至没有想过的探索水平。”

有这种想法的并非只有他一个人。

“我们正在进行的探索水平将为未来的探索设定高标准，”迈耶谈到好奇号时说道。“我认为这将被视为行星探索的黄金时代。”