机器人水泡可能在其他世界肆虐

一架原型泰坦飞艇在莫哈韦沙漠进行自主飞行测试。上图显示了升空，下图显示了处于自主飞行模式的飞艇。

地球上经常使用气泡和气球进行空中监视或在难以到达的地方进行研究。类似的无人驾驶飞行器或航空机器人可以为行星探索开辟新的前景，提供一种不接触地面就能观察大片外星地形的廉价方法。

可以行驶几公里的漫游者提高了我们对月球和火星的了解，拍摄了月球表面的近距离图像，并分析了岩石和土壤。漫游车的缺点不仅是行驶速度慢、里程有限，而且容易陷入沙坑或其他危险地形。

航空机器人将能够在漫游者惊恐地看到的区域上平稳滑翔，通过漂浮在行星和卫星的大气层中，覆盖数千公里，并比轨道航天器更近距离地观察火山和湖泊。

位于加利福尼亚州帕萨迪纳的美国国家航空航天局喷气推进实验室负责行星气球研究的杰弗里·霍尔说，气球是一个将科学仪器运送到其他地方的平台，是一种在很短的时间内覆盖相对较大距离的方式。

霍尔说，航空机器人可以按照任务的要求简单或复杂。一方面，他们可以简单地在恒定的高度顺风航行，拍摄照片并采样大气的化学成分。他说，在另一端，你可以想象一个类似飞艇的飞行器，它有发电厂、螺旋桨和智能推进系统，这样它就可以以高度自主的方式飞行。

苏联1985年的织女星金星探测任务是迄今为止唯一成功的行星气球探测任务。这次任务发射了两个气球，每个直径3.5米，下面挂着一个7公斤重的仪器舱。每个气球依靠电池供电运行近两天（46小时），漂浮在地球表面54公里的高空。

霍尔和他的同事们正在开发和测试更复杂的气球技术，这些技术可以用于探索金星、火星和土星的卫星泰坦。每个目的地都有自己独特的挑战。

泰坦的低温环境，表面温度为负180摄氏度（零下292华氏度），需要一个由暴露在极冷环境中不会变脆的材料制成的气球。金星的表面温度足以融化铅，尽管金星的高层大气拥有良好的、类似地球的温度，但它被富含硫酸的云层所笼罩。与此同时，火星上的低大气密度使飞行气球成为一项挑战，需要能够携带小型有效载荷的非常大、重量轻的气球。

霍尔的团队正在开发不同的气球，这些气球可以承受这些恶劣的条件。他们设计、建造并测试了两个涂有聚四氟乙烯和聚酯薄膜的气球原型，它们可以在金星上经受酸腐蚀。尽管美国国家航空航天局对泰坦的任务至少还有十年的时间，但他们也在为泰坦的两个航空机器人概念——一个小飞艇和一个热气球或蒙戈费气球——努力工作。

卡西尼号任务将惠更斯号探测器送入泰坦大气层，揭示了一片干涸的河道和雨水、海洋和湖泊的诱人证据。泰坦有一层厚厚的云层，这使轨道航天器无法拍摄高分辨率的可见波长图像，因此未来对泰坦的任务理想情况下会像惠更斯号探测器一样，潜入隐蔽的大气层研究月球表面。为了在泰坦上保持移动，悬挂在地表上方而不是陆地上是有意义的，因为惠更斯号的照片显示了一个崎岖的地形，很难用火星车穿越。

一个原型泰坦飞船已经在低温下成功测试。现在的挑战是完善自动驾驶功能，这是一项要求，因为无线电信号在地球和泰坦之间单程传输可能需要70分钟以上，有时土星会完全阻断信号。

研究人员正在测试一种导航和控制系统，该系统可以根据地形图像引导气球。霍尔说，漫游者可以坐着不动，安全无虞。航空机器人总是在移动，所以这是一种不同的操作。你不能说停止，给我几天时间来找出你问题的答案。

美国国家航空航天局最近在澳大利亚发生的气球坠毁事件证明，使用充气装置的任务可能很困难，而且容易发生无法控制的事件。任何成功的飞行器任务都要克服的最麻烦的问题是部署和充气。气球或小飞艇首先必须折叠并存放在航天器内，以便前往行星目的地。霍尔说，然后，抵达后，你必须展开它，用随身携带或从大气中提取的气体填充它。苏联的织女星气球在降落到悬挂在降落伞上的大气层时被充气。霍尔说，大多数气球的概念都遵循了这些脚步。着陆时加油比先着陆更安全。

然而，空中部署也有其自身的风险：系绳或降落伞绳可能会被缠住，更脆弱的气球可能会在展开或充气过程中撕裂。火星稀薄大气层所需的薄气球材料在这方面构成了特别的挑战。

目前，霍尔和他的同事们已经将目光投向了金星，并正在制定一项金星气球任务的提案，计划提交给美国国家航空航天局的“发现”计划。他们提出的2006年“发现号”计划没有成功，但霍尔对重新设计并经过大量测试的新气球设计充满信心。

直径7米的气球原型设计用于携带100公斤的有效载荷，并漂浮在金星酸性云层中55.5公里的高度。测试表明，它应该能够漂浮30天或更长时间，每四到六天绕金星一周。霍尔说：“我认为金星的技术已经准备好了。”