深度任务：水上机器人潜水员可能有助于欧罗巴探测

DEPTHX自主水下航行器正在进行水槽试验。

它是机器人，是水生的，可以进行长时间的深潜，所有这些都是为了测试有一天可以让它的自主后代跳入据信位于木星卫星木卫二冰冷地壳下的外星水域的技术。

由总部位于得克萨斯州的Stone Aerospace公司建造的自动潜水器Deep PhreaticThermal eExplorer（DEPTXX）将于本周开始第二轮潜水，以探索墨西哥377英尺（115米）深的地热黑洞La Pilita的深度。研究人员表示，在一系列成功的潜水测试之后，他们将对潜水器的自动导航和绘图能力进行测试。

“事实上，它做到了，每次都回家了，就像云分开了，”航天部首席研究员比尔·斯通在谈到机器人的早期成功时说。“我做这件事已经27年了，我被震撼了。”

斯通和他的团队正在启动DEPTHX，在墨西哥的El Zacat’n进行终极潜水。El Zacat‘n是一个充满水的地热天坑，已知深度超过925英尺（282米），尽管人类潜水员、机器人或声纳都没有探测到它的真实底部。这次探险定于5月进行。

这项研究是美国国家航空航天局耗资500万美元进行的一项研究的一部分，该研究旨在开发一项技术，有一天，一名水出生的探险家可以探测到被认为潜伏在覆盖木卫二的几英里厚的冰层下的广阔未知海洋。裂裂冰冷的木星被称为太阳系外星生物的最佳狩猎场之一。

斯通航空航天公司、卡内基梅隆大学、科罗拉多矿业学院、科罗拉多大学和西南研究所的研究人员正在参与DEPTHX项目，该项目由美国国家航空航天局科学委员会的天体生物学科学与技术探索行星项目资助。

深潜

尽管重达1.3吨，但DEPTHX的设计使其在水中保持了中性浮力，使8.2英尺（2.5米）宽的机器人能够在六个推进器的帮助下在三维（上、下和左右）中机动。斯通说，由于没有人确切知道El Zacat‘n cenote有多深，因此该飞行器的建造深度约为3280英尺（1000米）。

DEPTHX配备了36台机载计算机、56个声纳传感器和一套深度、制导和速度传感器，可以在LaPilita或El Zacat’n的浑水中找到出路。

但DEPTHX制导系统的核心是其同步定位和测绘（SLAM）系统，该导航软件旨在让机器人自动获取声纳和其他传感器读数，以构建可靠有用的未探测地形三维地图。

卡内基梅隆大学的DEPTHX项目科学家乔治·坎特说：“这有点像鸡和蛋。”卡内基梅伦大学的研究人员开发了机器人的SLAM软件。“当它构建地图时，它实际上可以在四处移动时使用地图。”

Kantor说，早期测试EPTHX测试的三维测绘系统显示，在98英尺（30米）宽的La Pilitacenate地表下98英尺（3000米）处有一条水下隧道，尽管该系统应该在未来的测试中全面测试。他补充道，其他使用航位推算和声纳导航的自主测试已经证明是成功的。

斯通说：“当你在木卫二上工作时……导弹控制中心不会提供任何指导。”“他们都会坐在那里汗流浃背，希望自己没有把代码搞砸。”

上周，美国国家航空航天局的“新视野”号探测器于2月28日掠过木星，依靠一系列预先加载的命令来研究这颗行星及其卫星，因为信号穿越地球和这颗气态巨星之间数百万英里需要45分钟。

研究人员表示，DEPTHX导航系统的复杂性也是有代价的。

“我们的巡航速度大约是每秒0.2米（大约每小时半英里），”坎特说。“这对欧罗巴来说是行不通的，在那里你会想移动得更快。”

科学自动机

对于DEPTHX的研究人员来说，在漆黑的洞穴或欧洲水域中绕过障碍物或岩壁只是第一步，他们希望为水生机器人开发自主科学能力，尤其是那些对研究微生物学有用的能力。

斯通说：“除了我们已经做的之外，还有一个帽子戏法，那就是让它能够嗅到外部环境变量，即环境化学的梯度，这表明正在发生什么。”

DEPTHX携带一个类似探针的附件，能够在潜水过程中检索固体样本，并包含从LaPilita或El Zacat’n等火山口周围不同位置最多可容纳五个两升水样本的空间。研究人员表示，该机器人还配备了摄像头来扫描岩壁上的颜色变化，并配备了车载显微镜来检测移动的细胞，这是活微生物的标志。

科罗拉多矿业学院的DEPTHX首席微生物学家John Spear告诉El Zacat的太空网：“根本无法知道这个洞里有什么。”

对斯皮尔来说，DEPTHX作为木卫二探测器探路者的潜力是一个额外的收获。Therobot的技术还可以用于探索地球上的任何环境，从地球海洋深处到南极洲下方的深湖底。

Spear补充道，关键是开发将科学观测结果（如水硫化物含量的变化）与SLAM位置图叠加的能力，以精确定位它们各自的位置。

斯皮尔说：“当你走到温泉前，你会看到它，闻到它，你能感觉到它，品尝它。”“我们需要开发一台能够做我能做的事情的机器。可以说，我们必须给机器感官。”

对于Stone来说，DEPTHX的重大测试将在5月份进行，届时该机器人将在El Zacat’n测试其导航和科学能力。

“两个进球就在那里，”斯通说。“我想我们要打他们。”