美国宇航局计划用一个带铲子的机器人来拯救被卡住的火星钻头

一台微型风镐本应安全地埋在火星地表以下 15 英尺处。然而，它却继续埋在火星地表附近，机头埋在地下一英尺处，尾巴伸出外星土壤两英寸。

在数百万英里之外，一支国际工程师团队花了整个春夏两季的时间分析是什么阻止了这台被称为“鼹鼠”的挖掘仪器，并想出了让它再次挖掘的解决方案。本周是他们第二次尝试拯救这台挖掘机，这一次他们使用了仪器母舰——美国宇航局的洞察号着陆器的机械臂来物理支撑鼹鼠。虽然着陆器的其他仪器都按预期工作，但这次任务能否追踪火星内部的热流取决于该团队的工程智慧能否克服火星地下的未知因素。

“我想团队可能觉得我们在这里尝试的事情成功的可能性最大，”帮助选择着陆点的 InSight 联合研究员马修·戈隆贝克 (Matthew Golombek) 说。

探测器是洞察号仪器之一——热流和物理特性套件（简称 HP3）的终端。HP3 由德国航空航天中心 (DLR) 设计，可以测量从火星核心流向其表面的热量。行星内部的大部分热量都是其形成时遗留下来的，因此测量这颗红色星球的内部温度将有助于行星科学家更好地了解它的诞生。但要做到这一点，它需要到达地下至少 9 英尺，足够深以避开地表季节性变暖和变冷的影响。

这个长 15 英寸、宽 1 英寸的装置应该会滑入火星土壤，像风镐一样上下移动，推开小石头。喷气推进实验室每周与着陆器通信几次，发送一系列命令，指示“鼹鼠”每次挖掘几英尺，每次挖掘之间休息几天，以避免过热。

第一次挖掘时，团队设定了鼹鼠挖掘深度为 2 英尺或 4,000 次，以先到者为准。但当数据返回显示鼹鼠执行了每一次挖掘但并未接近目标深度时，他们知道肯定出了问题——要么是鼹鼠被外壳绊住了，要么是遇到了奇怪的土壤，要么是它徒劳地敲击着一块巨大的岩石。

DLR 和 JPL 迅速召集了一个“异常反应小组”，经过数月的分析，他们于 6 月决定用 InSight 的机械臂抬起外壳，直接观察这只鼹鼠。着陆器的相机发回了一份好坏参半的报告：鼹鼠的大部分身体都进入了地下，但无法继续挖掘。JPL 将该装置描述为“自锤钉”，就像钉子一样，它需要牢牢地钉在泥土里才能向前推进。但照片显示，鼹鼠在自己周围挖了一个近 3 英寸宽的洞，并以 15 度角靠在侧面。HP3 的首席研究员 Tilman Spohn 在 DLR 博客上写道：“当我们看到这个坑有多大时，我和团队中的其他人都感到有些震惊。”

火星探测车除了在火星表面留下痕迹外，几乎什么都没做，但研究人员可以看到小行星在撞击坑里挖出了什么东西。他们还可以通过测量土壤（正式名称为“风化层”）的冷却速度来直观地了解土壤是如何形成的。数十年来，来自不同任务的数据让工程师们认为，该地点的火星土壤不含岩石，沙质足以在鼹鼠挖洞后流动和坍塌。但鼹鼠周围的洞表明，令人惊讶的是，黏稠的风化层并不配合。“我们有两个相互矛盾的信息，它们并不完全一致，”戈隆贝克说。

虽然他们还没有完全排除地下有看不见的岩石的可能性，但工程师们确信，一种叫做“硬壳”的风化层正在困扰着鼹鼠。随着时间的推移，空气中的水分会将盐沉积在土壤中，从而将泥土颗粒粘合在一起，因此硬壳会慢慢形成。鼹鼠可以把硬壳打碎，但土壤会像湿沙一样粘在一起，保持距离，而不是落在鼹鼠身上，给鼹鼠提供推力。

黏性土壤的进一步证据来自第一个主要救援策略，斯波恩称之为“园艺”。洞察号回收的机械臂设计继承了前一次任务中的一个小铲子，异常团队意识到他们可以用它来压下洞壁，让鼹鼠有东西可以推。然而，六次园艺活动证明土壤比预期的还要黏。机械臂未能冲破硬壳，只在薄薄的一层表面沙子上留下铲痕。

DLR 工程师考虑过使用铲子将沙子推入洞中，但由于操作需要数月时间，他们决定直接将铲子压在地洞上——这是一个更危险的选择，因为一个硬件可能会磨损另一个。“这是 JPL 工程师非常担心的事情，”Spohn 说。

在地球上的沙箱中，使用全尺寸的 InSight 和鼹鼠进行练习后，本周 NASA 指挥铲子的手臂向侧面扫动，将鼹鼠压在洞壁上，希望能够产生所需的磅数或触地力。据 JPL 仪器系统工程师 Troy Hudson 称，沙箱中的测试产生了 2 到 10 磅的力，但这种前所未有的操作在火星上会如何进行，谁也说不准。“手臂不是为做这种事而设计的，”Golombek 说。“我们完全超出了剧本的范畴。”

一旦挖掘臂将鼹鼠固定住，挖掘机的命运就取决于 20 次冲程。如果冲程数少于 20 次，它就可能根本无法挖洞。如果冲程数超过 20 次，鼹鼠就可能消失在地下，让挖掘臂滑过它的尾巴，撞到连接它和另一边着陆器的脆弱数据线。挖掘工作于周二进行，JPL 和 DLR 工程师将在本周剩余时间内分析照片，寻找进展迹象。

如果鼹鼠拒绝移动，异常小组还有更多妙招，比如用铲子直接向下按压鼹鼠的尾巴，但人们认为当前的救援行动可能是鼹鼠任务的决定性时刻。因此，工程师们已经做好了应对任何结果的准备。

“如果最终失败了，那将是毁灭性的打击，”哈德森说，“但我想我已经处理了很多悲伤。自从异常发生以来，我心里一直有一种阴影，那就是它不会成功。”

工程师们在等待图像传回地球的过程中不断刷新屏幕，希望能看到鼹鼠适度挖洞的迹象，即鼹鼠露出的尾巴从两英寸缩小到一英寸。但即使在这种最佳情况下，鼹鼠也未必完全脱离险境。接下来，团队需要确定额外的深度是否足以开始挖掘，或者他们是否需要做更多的园艺工作并填补后面的洞。

斯波恩表示：“虽然如果鼹鼠取得进展那就太好了，但这并不是故事的结束。”