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固体火箭+陀螺仪稳定器:这款仅450克小型机器人将成为行星探索利器
2017年06月13日 作者: 暂无评论 213+ 0

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从整体而言,固体火箭绝对的货真价实,它们用起来非常简单可靠,以非常小的体积就能提供相当可观的效率,只要你不是一次控制多个方向的推力,就绝对是最佳选择。一些需要弹跳能力的机器人也试图用火箭来助力,但可控性却一直成问题,毕竟无论你需要与否,固体火箭一旦点火就会输出相同的推力,而机器人每次弹跳时需要的推力可各不相同。

在上周的 ICRA 上,来自日本太空发展署(JAXA)的研究人员展示了一款小型探测机器人,它可以利用自身携带的一枚固体火箭弹射上天。当然,这款机器人能参展是因为自己独具特色,它可以完成精确着陆。同时,其搭载的陀螺仪系统能确保它直线飞行,落地后还能给机器人指引方向。

这款机器人仅重 450 克,其外壳里包裹了电池、传感器、反作用轮和两个小型的反推发动机。当然,冲量达 10 牛秒的固体火箭发动机也不能缺席。

平时机器人会被安装在倾斜的轨道上,需要使用时,反作用轮会加速旋转并点燃火箭发动机。随后,在火箭的作用力下,机器人会划出一条优美的抛物线,其最大飞行距离约为 30 米。如果在月球重力下使用,机器人能飞 200 米。

反作用轮的存在相当重要,有了它机器人在飞行中才能不像孙悟空一样不断翻筋斗并保持直线飞行。在 ICRA 上,我们上手试玩了这款机器人,打开陀螺转子后,其表现相当惊人。在飞行过程中,机器人的横向旋转受到了抑制,由于固体火箭发动机开机了就停不下来,因此反推发动机在必要时刻会启动来控制机器人的轨迹,这样才能保证精确着陆。这套解决方案相当有效,在测试中机器人落地时的偏差从 1.2 米(不带反推发动机)缩小到了 0.29 米。

不过,这样的机器人也有一个缺点,那就是它们无法重复使用,弹跳一次生命就结束了。当然,好处是你能得到一套高效的系统,它体型小、重量轻且射程较远。对大多数人来说,一套搭载多个小型探测机器人的系统肯定比单个的大型可回收系统用处大。别忘了,大型系统操作较复杂,可靠性较差,且射程也会有限制。

日本研究人员也为这款机器人设定了未来的预期使用场景:机器人将装载在行星登陆器或探索车上,搭载它们的母舰会靠近预定降落点,但由于地形复杂,母舰无法降落。调整角度后,这些机器人就能被弹射升空,在空中其内部制导系统将控制机器人飞行。随后机器人会完成精确降落,搭载的装备还能吸收降落时的冲击。

降落后固体火箭推力会耗尽,机器人想继续运动就要靠反作用轮的旋转。虽然这不是最可控的移动方式,但对于外星探索来说,其优势在于封闭系统,密封的机器人至少不会被尘土损害。

眼下,参展的机器人并未搭载冲击吸收装置,同时它也没有旋转外壳,这样就无法在飞行中提供全景影像了。此外,未来与其搭配使用的科学仪器还必须大幅瘦身以便适应机器人紧凑的体型。

不过,这些机器人的潜力相当巨大,它们在低重力环境下可以有多种应用,而固体火箭将成为最棒的驱动力。

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