月球洞穴：宇航员的天然避难所？

在地球保护层之外执行任务时，保护宇航员和设备，是太空探索能否成功的关键。月球是一个充满敌意的环境：强烈的太阳辐射毫无遮拦地打在表面。

月球的温度变化是整个太阳系里最极端的，白天最高可达 121 ℃，夜晚最低可达 -146 ℃。在一些极地位置，温度甚至常年维持在 -240 ℃ 的“永久冰窟”状态。

除此之外，还有微流星体。由于月球没有大气层，它们会以高达70公里/秒的速度直接撞击表面。研究显示，月球每天可能要承受多达1万公斤的微流星体冲击。

宇航员必须抵御这些威胁。月球轨道器的图像表明，月球上分布着大量熔岩管道——这是远古火山喷发时形成的地下空洞，它们可能成为宇航员的天然庇护所。当熔岩管顶端坍塌，就会形成“天窗”，在照片上表现为一个个黑洞。

在月球表面，还能看到一些蜿蜒曲折的沟槽（sinuous rilles），它们就是部分熔岩管的“印迹”。虽然许多已经塌陷殆尽，但仍有一些保存相对完整。例如位于月球近地面的夏普月谷（Rima Sharp），全长可达 566 公里，是目前已知最长的月谷之一。

夏普月谷（Rima Sharp） 可能是月球上最长的月谷，全长达 566 公里，不过也有研究者认为它其实是两条彼此独立的月谷。 Credit：NASA/GSFC/Arizona State University

科学家早就提出利用这些洞穴建造基地的设想，供宇航员居住和工作。但要实现这一目标，首先必须对其进行实地探查。那些“天窗”被视为进入洞穴的入口，如何安全进入并探索其中，成为研究的重点。

一支欧洲科研团队设计了三台功能各异的机器人，它们能够协作探索月球洞穴并评估利用潜力。研究团队在西班牙加那利群岛的火山岛——兰萨罗特岛上进行了测试。相关成果发表于 Science Robotics，论文题目是《行星天窗和熔岩洞穴的协作机器人探测》。

虽然月球在未来仍是各国航天员争先恐后涉足的地方，但该研究在火星探索时同样重要。火星也存在塌陷天窗与熔岩洞穴，这些结构既能提供防护，还可能保存潜在的生命迹象。正如作者所言：“探索地球附近行星天体上的熔岩洞穴，对于科学研究和太空探索都具有重要意义。这些天然洞穴能有效屏蔽辐射和微流星体，非常适合保存外星生物学信号，并保护人类设施。使用机器人团队探索这些难以进入的洞穴，是最安全、最高效的方式。”

这张图片展示了在加那利群岛兰萨罗特岛进行测试的机器人团队三名成员。 Credit：Dominguez 等人，2025，SciRob

研究人员采用多轮测试以验证探测器在各阶段的稳定性，并找出需要改进的地方。尽管受到天气和其他条件限制，他们没能像预期那样多次重复所有步骤，但仍取得了不错的成果。

“在 MP-1 阶段，SherpaTT 和 LUVMI-X 协作生成了一份数字高程模型（DEM），其精度足以识别天窗，并在后续阶段把探测车放到正确的位置。”

“在 MP-2 阶段，研究人员通过投放传感方块探索了天窗，并利用滑轮系统模拟月球重力下的自由落体，展示了它在三维重建天窗方面的能力。”

MP-3 也很成功，Coyote III 被自主、安全地放入洞穴，没有受到损伤。

MP-4，即洞穴三维建模阶段，也得到了验证。“Coyote III 能够在复杂的地形中移动，并通过遥控采集点云数据，从而验证了它的运动能力和数据采集方式。”作者写道。Coyote III 成功穿越了洞穴中的多种地形，但由于摩擦力过大，它无法在“坚硬不平的岩石表面”执行原地转向。

研究人员指出，“由多种机器人组成的异构自主团队，是探索月球和火星熔岩洞穴的一种很有前景的方式。”他们写道：“此次类比野外测试在大多数预设的任务阶段都表现出了可靠而高效的性能。然而，这一任务构想仍需进一步研究，才能真正推广到行星实地探索场景中。”

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