文/陈永杰

　　3月份，在"奥德赛"火星探测器传回的火星南极图像和数据表明，火星上有大量的冰。这一惊人消息很可能意味着：火星上有生命或者曾经有过生命。这一事实掀起了人类对火星探索的狂热……我国目前尚未有任何探索火星的计划，但是在北京航空航天大学的一所试验室里，中国的第一架自制"火星车DOUBLE_QUOTATION已经诞生了--请看：中国也有了"火星车"！

　　将近中午，笔者来到了汽车系办公室走访了"火星车"实验室的负责人之一，汽车系的主任丁水汀教授。在他的办公室里，丁教授忙里偷闲地接受了笔者的采访。

　　犹抱琵琶半遮面，火星车不露真面目"……我们跟投资方签了合同，在展览之前要保密，不能让第三方提前看到模型。我们是严格遵守保密要求的……"

　　笔者：火星车的研制工作是从什么时候开始的？丁水汀教授(以下简称"丁")：应该说从美国的"探路者"出来以后，我们就开始研究火星车；查了很多这方面的资料然后开始搞的。

　　火星车六轮独立驱动，可以横行"……它非常灵活。不需要任何转弯半径在原地就可以控制六个轮子以触地点为圆心原地旋转360度任意改变方向，可以向前开，然后控制六个轮子转180度向后开。可以直行，然后突然像螃蟹一样横着走……"

　　笔者：火星车都能在火星上做什么工作？丁：首先，看图片你也能看到，它有一个探测头，摄像头上有五个点进行观测，而且每个点都带有远红外线观测装置。而且摄像头的活动有6个自由度。

　　笔者：6个自由度什么概念？

　　丁：x、y、z，再加上3个转度。非常灵活。这个探测头就像眼睛，可以将它观测到的所有情况，还有感应到的温度湿度这些信号等，都传回到人类的地面工作室，再由地球的地面工作室对传回来的数据进行分析。还有，你可以看到，NASA还有一只机械臂，隐藏在机身下面六个轮子上面之间的空隙里，当探测器探测到矿石目标时，它的机械臂可以从机身中伸出，这个机械臂末端安装有一个分析仪，可以对岩石的表面进行分析，而当人们需要了解这种矿石的内部构成元素时，机械臂末端还可以伸出一个类似于小锤的东西，将岩石粉碎成为粉末，然后再对这些粉末进行分析。

　　(说到这里，丁教授又兴致勃勃地告诉笔者火星车的更多特点)火星车比较轻，甚至由四个人就可以将它扛起来行进。它的结构很有特点在哪里呢？那就是它的整个车身和它的几个轮子之间只有一个轴连接，它这种结构就变得有点像我们平时见的月球车，可以在人身体的各种曲面上都可以附着上，它的附着能力就强一些。同时这根轴中间还有一个差速装置，差速装置使得轮子抬高的相对高度降低了。假如车在行进的过程中遇到了一块岩石需要抬高50公分，由于这个差速器的存在它使得两边同时抬高25公分就可以了。就是它一个很大的特点。还有一个就是它的独立驱动，每一个轮子都是带动力的，所以只要它有一个轮子和地面是接触的，它就有动力。

　　笔者：它的轮子这样神奇吗？

　　丁：是呀！正因为有这样的独立驱动的轮子，所以它非常灵活。火星车可以在原地旋转，而且不需要转弯半径，在原地就可以控制六个轮子以触地点为圆心旋转360度任意改变方向。可以向前开，然后控制六个轮子转180度向后开。可以直行，然后突然像螃蟹一样横着走。非常迅速地就能转过来。

　　笔者：火星跟地球不同，它的重力小，在火星上会不会火星车在越过岩石的时候一颠就飞起来了？

　　丁：这个不会。因为在火星上，火星车的行驶速度非常缓慢；再一个制造前已经在计算机上做过模拟，它的制造是严格按照计算机模拟后的数据制造的。在不同的崎岖路面怎么来走都是预先设定的。另外，它本身还可以把路面情况实时传回地面站里面。当有岩石等障碍物挡在它前面的时候，它甚至可以越过比它的轮子还要高的石头。有些路面它怕不上去的，它还会根据具体情况绕行通过。

　　用卫星控制的高科技遥控玩具"……应该说这是一种高科技的高级玩具，非常有意思……像NASA这样的从火星到地球地面工作站之间的远距离遥控，就需要通过卫星来进行……"

　　笔者：您在此之前也看了不少"火星漫游者"的资料了，为什么最后选择我们自己的火星车也以NASA为原型？

　　丁：现在搞火星探路者的方法有很多，很多国家的各种各样的方法。有履带式的，有点类似于坦克车，它擅长于通过松软路面。还有瑞士搞的那种叫"风滚草"，圆的，像个球一样，风把它吹到哪，它就滚到哪里，白天和黑天温差不一样，它还可以变形。也是一种形式。咱们现在做的这个主要是根据NASA为原型来做的。但是我们做的在车辆本身上实现六轮驱动，独立转向，包括比较好的悬架结构，另外左右的差速装置，基本上实现它在行走方面爬坡、原地转等功能都没问题了。这都可以做得到了。在它的探测方面做了一些简化，从我们汽车系来说，我们主要关心它的驱动、行走结构，我们保留了它的一些功能，比如：摄像、虚拟现实，摄像后通过无线把图像传回地面来。包括机械臂，指挥它的机械臂，在机械臂前端我们没有装探测仪，简化装了一个摄像头，也可以对某一个点进行观测。仿制NASA有两个原因。一个是它比较实用在技术上也是比较前沿的，在一个是它的外形比较漂亮，可能会适合展览需要。如果时间有可能，我们还会为它加上"数据手套"等高科技的虚拟配套装备。它本身也是为高科技的普及做贡献，既可以亲自观看，还可以亲身操纵体会。

　　笔者：是按NASA的大小做的吗？丁：基本上是。长700mm，宽和高都是500mm。轮子我们现在做的是200mm的(丁教授用双手围起来，比划了一下)大约是一个保龄球那么大。它的驱动电机、转向装置都做在轮子里，它的转向电机安置在支架里。

　　笔者：它需要电子系统在里面控制吗？

　　丁：需要。整个车身里面有将近十几个CPU来控制，一个轮子要有两个电机，那这就是12个电机，再加上机械臂和上面的摄像头，这就是14个电机，加上机械臂中间还要有一个自由度，这就是16个电机。16个电机的难度在什么地方呢？就在于它的控制协调，这个轮子你让它向左转，那整个车要左转弯的话，它每一个轮子的转角都是不一样的，你必须有一套算法，而且还要实时地通知这几个轮子转多少角度。

　　笔者：那这种计算就是完全由它里面装的CPU来完成的？

　　丁：对。由CPU来完成计算。还要有一套无线发射和接收装置，把它传到地面站，地面控制它转向，信号传过去后，它内部CPU计算每个轮子需要转动多少角度。应该说这是一种高科技的高级玩具，非常有意思。特别是它翻越障碍，翻越岩石的时候。它的特点主要就是两点，一个是机构上的特点，它的非常规的行走机构；再一个就是控制。实际上这也是一种虚拟现实，我坐在地面的计算机前，就好像我坐在火星的火星车上一样。

　　笔者：那么多的CPU装在里面，会不会很容易烧？在降温上有什么措施？

　　丁：车身设计本身要有所考虑，另外它的功耗不大。

　　笔者：那NASA的驱动系统完全是太阳能的吗？我们制作的这个火星车呢？

　　丁：NASA完全靠它的太阳能圆板收集太阳能，我们现在还是用蓄电池而已。

　　笔者：它是遥控还是它内部有一台电脑在控制呀？

　　丁：遥控。

　　笔者：就像遥控玩具一样？

　　丁：一样。像NASA这样的从火星到地球地面工作站之间的远距离遥控，就需要通过卫星来进行。所以说这是一种高科技的高级玩具。

　　中国制造火星车，虚拟现实有突破"……它的虚拟都是由鼠标、键盘来完成的，实际上现在我们的技术能力已经完全可以做到虚拟现实的程度，我们可以用一个数据头盔、一个数据手套……座椅里面在2个自由度上放液压杆，我坐在椅子上也可以感觉到同样感觉的上坡、上坡、颠簸，或者旋转……"

　　笔者：在制作过程中有没有遇到什么技术上的困难？

　　丁：到现在，里面需要克服的技术难点已经都不存在了。几个轮子的控制协调问题，包括左右的差速问题，差速装置，从机构上来说都已经解决了。现在呢，如何实现控制这部分面临的就是一个时间紧的问题，没有什么技术上不可逾越的难点了。

　　笔者：这几个技术难点的克服需要多长时间？

　　丁：因为我们系原来做运动学的，在软件上已经有了一些基础，前期的技术储备已经够了，所以我们真正接触这些资料，从网上或者其他渠道得到这些资料以后，第一个方案出来后就已经解决了很多问题。剩下的一些需要克服的难点也仅花了不到一个月的时间。比较顺利，而且主要原因也是有人家的东西在前。

　　笔者：可是NASA的技术细节不可能公开的吧？

　　丁：对。我们就是进行了一些分析。

　　笔者：我们分析的结果有没有高于他们的地方？

　　丁：现在这次做的仅仅是个模型，所以在很多地方都作了简化，我们的投资也非常有限，其实我们是在一个有限的资金条件下如何来保证它的各种功能。但在这个过程中我们发现，如果将来我们国家也搞这个"探路者"去探索外星空，我们是有能力做到的它那样的水平，甚至在有些方面，在机构上，在虚拟现实方面比它做的要更好一些。因为它的虚拟都是由鼠标、键盘来完成的，实际上现在我们的技术能力已经完全可以做到虚拟现实的程度，我们可以用一个数据头盔，可以用一个数据手套，比如说，手套里有18个柔性传感器，可以把你手的姿态数据送给探路者，你再戴上3D眼镜后，就好像完全坐在火星车上的感觉一样。

　　笔者：就像我这方向盘开车一样？

　　丁：对。我们现在就可以做一个那样的手套，控制一个机械手，我的手握紧，那边机械手也握紧，包括系一个绳子扣，打个结都没问题。将来如果在我们这个模型的基础上进一步发展的话，这种完全虚拟现实，戴上头盔、手套，你手握紧的方式、速度不同机械臂运动方式不同，头盔里你头的转动角度不同，伸出的摄像头就可以相应转不同的角度。比较真实。再有一个就是我的座椅，现在我们都是坐在办公座里面，这个椅子是完全没有感觉的，如果完全模拟的话，这个座椅里面在2个自由度上放液压杆，然后根据车送回来的加速度信号，比如说它突然下坡产生了加速度、位移，把这个数据传到我的椅子上，我坐在椅子上也可以感觉到同样感觉的上坡、上坡、颠簸，或者旋转。但是这一次时间紧，这些都来不及做。

　　笔者：将来可以把火星车做的更大，用它载人吗？

　　丁：因为它主要的目的就是把人远离危险环境。就像一些高温环境，人不能去，而我们只要为它设计一套热防护措施，那么它就可以去。实际上，就是让它来代替人去一些无法达到的地方，或者是有危险的地方。

　　笔者：我们现在是通过什么来控制这个模型？

　　丁：通过两台地面的计算机。

　　笔者：还有什么其他功能吗？

　　丁：主要是探测，它的机械臂也不是机械手，而且它是现场分析而不是取样。

　　投资仅20万人民币，现场展览怕露怯"……由于投资的问题我们没办法买高可靠度的元器件，到时候机器有了意外，会不会现眼呢？我们也有很多顾虑……它包括声光、机、电、美学四方面要素的综合体现……"

　　笔者：我们做的这个实物模型，现有经费是多少？

　　丁：20多万人民币做这么一个东西，条件很艰苦，很多东西我们没办法选高可靠度的元器件。比如：它的转向电机。

　　笔者：现在我国是否有探索外太空的科研项目？换个说法，火星车是否有它的实用意义？

　　丁：应该从几个大的计划来看还没有火星探索的计划，但是，更重要的是，我们希望国家有一天有会有这种需求。登月是有了，而这个火星车从实用上来看，即便是月球上也可以应用。而且在地球上人类达不到的区域，像大沙漠等也可用它来进行探索，而我们在工作室里就可以控制它--这个的用处还是很多的。一些探险等都可以用到。

　　笔者：这会不会涉及到什么专利问题？

　　丁：不会，我们在展览会上会明确地说这是仿NASA的作品。

　　笔者：可我们技术都是自己开发出来的。如果乐观估计，将来这个项目列入国家计划，那我们会不会还继续走仿NASA这条路？

　　丁：不会。本来这就是我们自己搞的。只不过借鉴了NASA的思路。而且我们现在还有些改进，左右轮的差速器，控制什么的也完全是我们自己做的。还有就是样子的问题，这也是可以改造的。

　　笔者：在设计过程中特别难忘的经历？

　　丁：总体是我院博士生导师高老师在做，还有我们带的两个博士后，一个博士，几个硕士，再加上四、五个本科生，通过完成设计制作一个很大的感受就是协作，因为这个是一个机、电、光一体化的产物，靠任何一个人都不够。通过这个为汽车系锻炼了一次队伍。北航的汽车系成立比较晚，是98年成立的，所以通过这个实实在在的项目，把我们的战斗力体现出来了。下一步再搞什么我们也比较有把握了。

　　笔者：5月12日在科展会上会展出这一成果，您估计一下，火星车在科展会上会引起什么样的效果？

　　丁：这个……不敢做估计。预期的效果，我想从展览的角度看应该是不错的。而且，它和地面的配合--现在投资方的公司正在做火星地面的模拟。到时候会搭出火星地面的实景后，我们的车放在上面就漂亮了。现在火星地面场景还没有定。地面的布景要求其实也是很高的，它要跟车子配合，地面太平了就看不出车的优势了；必须得有能反映车子的通过能力--从车辆的角度讲叫通过性。

　　笔者：现在我们唯一知道的火星地面景象就是根据"奥德赛"从火星传回来的照片资料吧？

　　丁：对。就是根据那些资料，然后选取一些典型的。

　　笔者：会使用什么材料做布景？真正的石头？

　　丁：下午我就到投资方去看这个布景的制作情况，到时候就知道了。其实，说句心里话，我们也觉得很紧张，压力很大？

　　笔者：为什么说会很紧张呢？

　　丁：怕露怯。展览和实验室的感觉完全不同。由于投资的问题我们没有办法买高可靠度的元器件，到时候机器有了意外，会不会现眼呢？我们也有很多顾虑。再有一个做展览我们就得考虑它的外形要具有视觉冲击力，人家会不会一看就喜欢，一看就被吸引，它包括声光、机、电、美学四方面要素的综合体现。像场景设置上就很要讲究美学上的原则。

　　实物布景模拟火星地面，"火星之家"车旁安家

　　届时，那里将布置一个70平米的半圆形的展台。展台是以沙盘为底座搭建的，沙盘上用其他材料仿制出颜色、感觉与火星地表相近的地形地貌。而制造火星地表沙石的材料还没有定下来，因为对这种材料的要求比较高，既需要耐得住50公斤的承重，又得造价低廉，投资方承受得起。所以比较难找。由于要方便运输的关系，拟定将这个展台分割成一块块地分部分制作，到时候再运到现场进行拼装。为了防止有裂缝，表面上还将现场进行一次处理。火星车模型就将在展台的40平米的范围里，在崎岖不平，布满了大小岩石的"火星地表"上进行功能演示。还将有几台计算机现场演示火星车的虚拟现实功能。由"火星车"展区的地理位置可以看出，在这次中华世纪坛的科展会上，火星车的展示将作为最精彩、最重要的一部分呈现给大家。

　　据透露，在70平米展台的另外30平米左右的区域，将布置出一个神秘的"火星之家"，这部分的主题将设定为展望火星未来。原定计划是将日本设计师设计的"月球之家"搬用到这次展览中，但是举办方考虑到"月球之家"是针对月球设计的，"火星之家"还应该体现出火星环境的特殊性，因此"火星之家"的模型也在研究和设计中。

　　火星小资料：

　　飞往火星是人类多年的愿望。自1960年以来，人类已向火星发射了30艘无人飞船，对火星进行了详细的研究，总成功率为40%。前苏联在1960年10月10日向火星发射了世界上第一艘无人飞船，但未到火星即失踪。到1988年为止，前苏联共发射了15艘飞船，失败了11次，只有4艘飞船成功到达火星并取得了一些数据。俄罗斯只在1996年发射了一艘"火星96"飞船，刚发射完即坠毁。美国自1964年11月以来发射了13艘无人飞船，其中5艘在到达火星后或在途中出了问题，其他8艘均成功到达，并送回了大量数据资料。"海盗"1号和"海盗"2号以及"火星寻路者"则成功地在火星表面登陆。日本在1998年7月4日发射过一艘火星探测飞船，由于推进器问题推迟了到达火星的时间，随后便围绕太阳运转，成了一颗在太空长期漂泊的小行星。火星面貌仍然扑朔迷离。1999年美国火星探测船接连两次失败更是给火星探索计划蒙上一层厚厚的阴影，甚至失去了美国政府的支持，直到这次美国宇航局花了整整3年时间，投入2.97亿美元研制成功的"火星奥德赛"于2001年4月8日发射升空，10月飞抵火星轨道。"火星奥德赛号"获得成功。火星有冰的最新发现必将进一步推动原定的火星探测计划。以欧洲宇航局和意大利宇航局为主、美国宇航局参与的"火星快车"飞船将于2003年6月发射。它将携带一个"甲虫"2号登陆器和1996年因搭载俄罗斯"火星96"而坠毁的火星地震仪；2003年5月至6月美国将发射"2003火星探测漫游器"；2005年发射"火星再认识轨道飞行器"；2007年发射"灵巧登陆器"和"长期漫游器"。完成在火星表面取样的飞行任务，第一次大约在2014年，第二次大约在2016年(现在据说要提前到2009年)。

　　饱受失败之苦的美国宇航局更是备受鼓舞。美国宇航局官员透露，如果2008年向火星发射新飞船的计划能够实现，下一步将是向火星发射载人飞船，实现人类在火星着陆，甚至在火星定居的千年梦想。就连美国宇航局局长丹尼尔·戈尔丁也乐观地预测，20年内，人类的足迹可以踏上火星。

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