橙色的水下機(jī)器人“忍耐”被賦予一項(xiàng)特殊使命——到木衛(wèi)二長期蹲點(diǎn)，尋找地外生命。不過目前，它仍然在地球上閉關(guān)修煉。

邦尼湖，南極，人跡罕至。沒有比這兒更合適的地方了。位于麥克默多干谷（McMurdo DryValley）的邦尼湖表面覆蓋著冰雪，數(shù)米厚的冰層之下則是平靜的湖水。此外，冰點(diǎn)溫度，強(qiáng)風(fēng)和降雪，極強(qiáng)的太陽輻射，讓這里更像太空中一顆行星的表面。2008 年12 月，一次深入湖水底部的探險(xiǎn)開始了。邦尼湖湖底的溫度最高能達(dá)到25℃，水的含鹽量可以達(dá)到海水的10 倍。當(dāng)然，這次對邦尼湖生態(tài)系統(tǒng)的探測不需要科學(xué)家親自下潛到湖底，真正的主角是名為“忍耐”（ENDURANCE）的水下機(jī)器人，專業(yè)上被稱作深井熱量探測器， DepthX（DeepPhreatic Thermal Explorer）。從外觀上看，它很像一個(gè)橙色大蘑菇。為了潛入到邦尼湖內(nèi)部，科學(xué)家先要在湖面上制造一個(gè)冰洞，再用大型起重機(jī)把“忍耐”機(jī)器人投放到水下。貫穿冰層后，它便在黑暗中潛水航行，同時(shí)探測水中的環(huán)境，繪制出邦尼湖底的地圖。當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在微生物的環(huán)境時(shí)，機(jī)器人會把周圍的液態(tài)和固態(tài)樣本收集起來。在這次邦尼湖水下實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人通過一條系纜和地面相連，并隨時(shí)將拍到的照片傳回到地面控制總部——一頂臨時(shí)搭建的帳篷里。

邦尼湖的探索非同小可。它是為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)遠(yuǎn)大目標(biāo)——尋找地外生命而進(jìn)行的重要實(shí)驗(yàn)，而這其中的關(guān)鍵就是DepthX，會潛水的機(jī)器人。

編外宇航員的“忍耐”

比爾· 斯通（Bill Stone）曾夢想當(dāng)一名宇航員。1989 年他從上萬名應(yīng)征者中脫穎而出，到美國宇航局總部進(jìn)行面試時(shí)，聲稱自己需要20 億美元?！拔乙谠虑蛏辖ㄒ恢饺颂诫U(xiǎn)隊(duì)?！彼雇ㄕf。

這次會面讓官方認(rèn)定他是個(gè)“傲慢自大，缺少控制”的家伙。他沒能成為宇航員，但他的夢想?yún)s通過另一種方式被注入了生命：作為結(jié)構(gòu)工程學(xué)博士、太空專家，他在業(yè)余撰寫太空船和空間站的科學(xué)著作，此外還開了一家叫斯通宇航(StoneAerospace) 的小型公司。他還被認(rèn)為是世界上最著名的洞穴探險(xiǎn)家，進(jìn)行過50 多次探險(xiǎn)，發(fā)明了一大堆潛水設(shè)備和漫游機(jī)器人。“忍耐”就是在美國宇航局的“太空行星生物探索”（Astrobiology Science andTechnology for Exploring Planets， ASTEP） 計(jì)劃的資助下，由比爾· 斯通聯(lián)合卡內(nèi)基· 梅隆大學(xué)等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的。其實(shí)對他而言，這些洞穴中的探險(xiǎn)只是演練，真正的舞臺依然在黑夜的星群之間。昔日月球探險(xiǎn)隊(duì)的夢想并沒有遠(yuǎn)去，反而變得更清晰了，而“忍耐”無疑是這一夢想的重要載體。

這臺像橙色大蘑菇的DepthX 重達(dá)1.5 噸，擁有100 多個(gè)傳感器，36 臺計(jì)算機(jī)，16 個(gè)推進(jìn)器，由電池驅(qū)動。此外，它安裝有3 臺攝像裝備，并可以通過內(nèi)部的圖像分析軟件判斷水下環(huán)境，并繪制三維地形圖。它有一支伸縮探測手臂，控制收集樣本的核心控制器，以及盛放固體、液體樣本的彈性容器。“忍耐”的核心優(yōu)勢在于，它擁有“思考”能力，能夠完全自主地完成科學(xué)探險(xiǎn)任務(wù)，能自己判斷航行方向，進(jìn)行樣品采集，并知道如何返航。像火星上的“勇氣號”和“機(jī)遇號”，它們只是半自動的探測器，雖然能搜集大量的數(shù)據(jù)和圖像，卻只是由地球上的科學(xué)家進(jìn)行遙控，給它們發(fā)布指令。

另一個(gè)巨大優(yōu)勢在于它使用了同步定位和繪圖（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM） 的新型三維導(dǎo)航技術(shù)，不但能繪制出完全黑暗區(qū)域的三維圖像，還知道其所處的位置。當(dāng)“忍耐”在湖底，或者水下洞穴中航行時(shí)，只要攝像頭或者化學(xué)傳感器發(fā)現(xiàn)周圍環(huán)境有微生物存在的信息，它就會停止行進(jìn)，切換到“科學(xué)家”模式，進(jìn)行樣本采集。

2006 年11 月，比爾· 斯通來到華盛頓，向美國宇航局的人展示了“忍耐”。他們對這臺無人駕駛的機(jī)器很感興趣。2007 年年初，“忍耐”在墨西哥的塔毛利帕斯州首次進(jìn)行實(shí)地測試。5 月，在世界上最深的海底洞穴——墨西哥海域東北部深處的“埃爾· 扎卡頓”進(jìn)行了測試，這個(gè)洞穴約有1000 米深，100 米寬，足以裝下一座埃菲爾鐵塔。在完全沒有預(yù)定指令的情況下，“忍耐”成功采集到了覆蓋在灰?guī)r坑壁的生物膠粘物質(zhì)層樣本和水樣，安全返回地面。在2008 年底的邦尼湖探測之后，它還將繼續(xù)在南極，完成對世界上最大的冰下湖——沃斯托克湖（LakeVostok）的探險(xiǎn)。

深度下潛· 登陸木衛(wèi)二

之所以讓“忍耐”馬不停蹄地進(jìn)行探測實(shí)驗(yàn)，原因在于科學(xué)家們對木星的一顆衛(wèi)星，木衛(wèi)二的興趣。木衛(wèi)二是木星的第四大衛(wèi)星，略小于月球，星球表面覆蓋了一層冰川，像是包裹了晶瑩剔透的外殼。根據(jù)伽利略木星探測器發(fā)回的圖片，科學(xué)家們判斷，在冰層下面隱藏了一片巨大的海洋，深度達(dá)100 千米——也就是說，木衛(wèi)二上蘊(yùn)含的水量是地球的兩倍。這里具有生命誕生的條件：液態(tài)水、有機(jī)物和豐富的能源。

“在木衛(wèi)二的這個(gè)湖面上有3.5 千米厚的冰層，”比爾· 斯通說?！叭巳硕枷胫辣旅婢烤故鞘裁础！?/p>

這也是能在未知區(qū)域中作業(yè)的“忍耐”的最終使命。“埃爾· 扎卡頓”洞穴的高壓、熱水、蒸汽、沒有陽光和氧氣的環(huán)境與木衛(wèi)二的環(huán)境有類似之處，邦尼湖的冰冷環(huán)境也充分測試了“忍耐”的性能。不斷測試，不斷完善，在未來，改進(jìn)型的“忍耐”將被發(fā)射到宇宙中，隨飛船在木衛(wèi)二表面的冰層上著陸。之后，先要由核動力的推進(jìn)器燃燒掉幾千米厚的冰層，而冰洞的盡頭就是這星球中沉默的海洋。在這里，“忍耐”將開始獨(dú)自出發(fā)，探索未知的浩瀚海洋，尋找任何可能的生命痕跡?？茖W(xué)家們希望它能夠在冰層下持續(xù)工作20 年。美國宇航局認(rèn)為，從技術(shù)上看，探測木衛(wèi)二將是航天史上最復(fù)雜的計(jì)劃。

比爾· 斯通則有更符合自己個(gè)性的表達(dá)：“在木衛(wèi)二上著陸，穿過堅(jiān)硬的冰帽。你的腦海里會浮現(xiàn)出，我們研制的最尖端的機(jī)器人將去一個(gè)它必須獨(dú)自進(jìn)行探測的地方尋找生命，然后回來，給地球打電話。”在斯通的心中，探索巨大的未知，這是多么激動人心的事，說不定在陌生星球內(nèi)部的海洋中，居住著難以理解的生命形式，甚至有一頭巨獸在等著人們呢！

AUV 奢華家族

雖然“忍耐”的設(shè)計(jì)如此超前，但它并不孤單。在它身后，有著龐大的水下機(jī)器人（也即水下無人探測器，Unmanned Underwater Vehicle，UUV）家族。第一艘水下無人潛艇在1953 年誕生，但直到20 世紀(jì)70 年代，隨著海洋油氣業(yè)的蓬勃興起，水下機(jī)器人才真正飛速發(fā)展。其中，又屬自主式水下探測器（Autonomous Underwater Vehicle， AUV）最被看好?！叭棠汀本蛯儆贏UV 中最先進(jìn)的一種。

和潛水艇在軍事上發(fā)揮重要作用一樣，AUV 家族活躍在海洋科學(xué)研究和海洋工業(yè)領(lǐng)域。1980 年，法國研發(fā)建造的“虎鯨”號AUV 水下機(jī)器人，曾先后進(jìn)行過130 次探險(xiǎn)，在太平洋海底完成了峽谷調(diào)查、錳結(jié)核調(diào)查、地中海海底電纜事故調(diào)查等重大任務(wù)。1987 年，法國又建造了比“虎鯨”智能程度高很多的“埃里特”聲學(xué)遙控潛水器，用來完成水下鉆井機(jī)檢查，海底油機(jī)設(shè)備安裝，油管敷設(shè)等復(fù)雜任務(wù)。進(jìn)入到21 世紀(jì)，隨著人類對海洋開發(fā)需求的增長，AUV 越來越受到重視，會有更多的任務(wù)等待著它們。

事實(shí)上，目前人們對幽暗的海洋深處的了解，和對木衛(wèi)二內(nèi)部的了解程度差不多。今后，我們有足夠的理由讓越來越多的AUV 下潛到海洋中，在海底探索，尋找那些早已存在，卻不為人知的問題的答案。

● 忍耐獨(dú)自實(shí)驗(yàn)

在比爾· 斯通看來，“忍耐”在木衛(wèi)二必須解決兩個(gè)問題，一個(gè)是在水下自動作業(yè)，另一個(gè)就是自主進(jìn)行科學(xué)調(diào)查，像一名真正的科學(xué)家那樣。因此“忍耐”配備了固體、液體樣本采集器，樣本會先放到“忍耐”自帶的顯微鏡下審驗(yàn)，由內(nèi)置的科學(xué)工具包分析是否有必要收集，合格的留下，否則放棄，所有操作都是自動的。