最近，NASA在佛罗里达州的沼泽工厂实验室演示验证了火星原位资源利用系统。这个火星“燃料工厂”的设想是：将全部仪器装入一个“小盒子”运往火星并启动任务（很久之后人类探险者才会到达火星）。人类的火星登陆任务将依赖于这家工厂，其可以自行生产和储存燃料。尽管长期计划是前往火星，但NASA希望将月球作为中期目标。大多数设备将首先在月球表面进行试验并进行微调，以降低直接前往火星的风险。

在火星表面挖掘土壤需要解决两个问题：1.火星表面遍布硅酸盐层，其密度和成分因地点而异；2.火星表面重力加速度比地球小，难以使用普通的重型挖掘设备挖掘土壤。因此，科学家必须找到一种轻便的设备在火星上开展工作。

一、“燃料工厂”的主要设备

风化层先进表面系统操作机器人（RASSOR）是一种可在低重力条件下挖掘风化层的自动采矿车辆。RASSOR的驱动系统由电动机、变速箱和其他机构组成，在系统的最终质量中占很大比例。NASA工程师使用了无框电机、电磁制动器和3D打印钛外壳等，以缩小体积，并将机器人的重量减少到现有挖掘机的一半。

RASSOR有两个相对的滚筒，每个滚筒的边缘都装有几把小型挖掘铲。当滚筒开始旋转时，支撑它的机械臂向下倾斜，铲斗缓慢前进。每把铲子只会刮起少量的表层土，在地表形成浅沟槽。桶是中空的，可收集和保存挖掘的土壤。RASSOR的另一个重要特征是，在挖掘时，两个滚筒向相反的方向旋转。这抵消了大部分的挖掘力，使RASSOR能够在低重力下进行挖掘。

一旦RASSOR的滚筒装满了，它就会抬起手臂，向加工厂驶去。卸货时，机器人只需反向旋转滚筒，通过挖掘铲倒出土壤。另一件设备——机器人升降机臂负责处理下一个任务。它将大量的风化层提升到工厂的甲板上，并将其转移到烤箱中，烤箱会自动密封并开始加热。附着在风化层上的任何水分子都由干燥的气体吹风机排出，然后用冷凝管“指形冷冻器”收集。排净水分后，土壤就会被倾倒在地上，由RASSOR机器人把它铲起并拖走。利用NASA正在开发的3D打印方法，这种材料可以用来建造保护结构、道路和着陆平台。

二、“燃料工厂”的具体工作流程

开采：轮式机器人通过旋转外部装有铲斗的滚筒挖掘风化层。

运输：反向旋转滚筒，机器人将收集到的风化层倾倒入升降机臂中。

加工：炉子加热风化层以提取水，水被电解成氢气和氧气。Sabatier反应器将氢气与从大气中收集的二氧化碳结合，产生甲烷燃料。

转移：机器脐带臂将流体输送到移动贮箱中。脐带臂两端均配备气密门以防止灰尘进入。

交付：贮箱机器人将水、氧气和甲烷输送到人类居住区和长期储罐中。

使用和储存：宇航员消耗水和氧气（也用于种植植物），而燃料则在低温液态下保存以备将来使用。

三、需要克服的问题

在任务正式实施之前，NASA还需要克服许多技术挑战。其中一个最关键的问题是火星表面系统的子系统是否可以扩展以满足载人火星任务的需求和吞吐量。NASA最近的研究表明，这样的系统需要在大约16个月内生产约7吨重的液态甲烷和约22吨重的液氧。研究人员还必须确定在哪里着陆和挖掘以使产量最大化，需要多少台RASSOR挖掘机，每天需要运行多少小时；还必须确定二氧化碳冷冻机和Sebatier反应器的大小及功率。更重要的是，需要识别哪些潜在的单点故障可能中断表面挖掘任务并延迟随后的载人任务，以便为系统添加适当的重复和冗余。

研究人员还需要知道风化层表面下的土壤与冰的混合物的坚硬程度，以设计适当的挖掘工具。RASSOR机器人所使用的铲子在挖掘土壤与大冰块的混合物时效果最佳，但它不适合分解巨大坚固的冰块。为了设计出最合适、最有效的挖掘设备，NASA需要明确火星表面下的冰和风化层的构成，以设计更复杂、更强大的工具，可以处理各种土壤密度和冰密度。

此外，NASA还需要解决长期储存超冷液体的挑战。压力容器、绝缘技术和材料不断改进，但目前的技术是否能支持火星表面的长期工作，还不得而知。

在未来几年里，NASA将调查上述所有挑战。NASA将继续提高所有原型组件的功能和成熟度，使RASSOR机器人更强、更轻，并在类似于火星的环境中进行测试；NASA还将继续测试和集成烤炉和电解槽，尝试扩大二氧化碳冷冻机和Sebatier反应堆的规模，等等。一系列工作将继续向前推进，最终使火星“燃料工厂”成为完全可以在火星上运行的系统。

（本文来源：搜狐新闻）