轰动一时的电影《火星救援》（the Martian）向我们展示了在这个星球上航行在我们的想象中是多么具有挑战性，而对火星的真正探索涉及的思考和计划超出了我们最疯狂的梦想。你相信火星任务成功的一个最小的细节就是知道火星车的轮胎是否正常工作吗？了解火星表面的细节可能需要美国宇航局花费数年的时间和精力来确定。
Heather Oravec博士
Heather Oravec博士是阿克伦大学（UA）的机械工程研究副教授，在美国宇航局克利夫兰格伦研究中心的地表移动团队工作，她的任务是确定火星的适当地形要求。她的研究将有助于设计轮胎性能测试的相关地形条件，以用于一项潜在的任务，即取回由美国宇航局火星2020漫游者收集并留下的土壤样本。
奥拉维茨说：“我将对我们目前对火星表面状况的了解进行深入的审查，并对目前存在的火星模拟物进行审查。“具体来说，我需要看看这些模拟物的岩土或机械特性，看看它们对火星地形的模拟程度，尤其是在我们知道难以穿越的地区。风吹过的区域和带有松散沙质土壤的涟漪等都可能导致漫游者陷入困境。”
这是美国宇航局从太阳返回第四颗行星计划的重要组成部分，距离地球约3400万至2.5亿英里，具体取决于轨道。奥拉维克所在的“地表移动团队”（Surface Mobility Team）正在为穿越火星的探测车开发专用轮胎。他们的目标是在明年年底之前建成一个配备地形模拟器的测试设施。
你怎么开始创造一个人类从未踏足的星球的地形模拟？
“为一个人类从未踏足的星球开发土壤一直是一个挑战，”奥拉维克说。“我们从以前的火星任务中获得的信息有限，我们可以离开。因此，尽管我们没有任何实际的火星土壤样本可供研究，但多年来我们已经收集了大量其他信息。我们从过去的经验中吸取教训，并从那里开始我们的设计。”
例如，在研究流动性时，研究人员将分析土壤颗粒的大小范围和形状，这将很好地指示颗粒如何相互作用和整体行为。他们将利用地球上的土壤，如沙子、粘土、鹅卵石和岩石，制定出一套土壤的“配方”，旨在与火星土壤的岩土技术特性相匹配。
以前火星车的轮胎不再使用，因为过去的任务表明，旧的火星车轮胎设计不是最耐用的。对于2020年火星探测器，美国宇航局修改了设计，使轮胎的外壳更厚，车身更窄，以减少质量。未来的探测车将配备无气轮胎，其中有许多承重弹簧。这将有助于减少质量和增加牵引性能。
这个潜在的火星土壤模拟物正在准备进行土壤强度测试或厚度测试，在滚轮测力计中测量其机械性能。将时间拖过土壤，以消除以前测试中产生的任何应力或应变的历史，然后在表面上运行一段平地以平整土壤。这张照片是在卡内基梅隆大学的机器人研究所拍摄的，该研究所为火星样本返回项目提供了支持（图片来源：NASA）。
文献对火星土壤的典型描述类似于干燥的沙漠和火山熔岩地，分别有松散的沙子、露出地面的岩石和高原。根据过去的任务，风成沉积物区域由大气尘埃组成。然而，“勇气号”和“机遇号”却观测到了沙丘、涟漪和由沙子和少量灰尘组成的河床。
如果模拟结果不好，最终的结果可能是任务失败。虽然勇气号火星车在其设计寿命之后存活了很长时间，但它最终还是被困在了火星上松散的沙质土壤中。
奥拉维茨说：“我们可以从地球上的火星土壤样本中学到很多东西，因此这次任务的成功对未来的太空探索至关重要。”
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