机器人深入熔岩管，助力建设月球基地

机器人深入熔岩管——未来月球基地的测试

2026年2月2日，一个欧洲研究财团公布的结果显示，自主机器团队可以对熔岩管黑暗、陡峭的入口进行侦察和绘图——这一能力被简称为“机器人深入熔岩”。在兰萨罗特 (Lanzarote) 火山岛的实地试验中，科学家们演示了一个由三台机器人组成的协作系统，它们共同为天窗绘图、投放传感器包、通过绳索将侦察漫游车降入洞口，并生成内部的高密度3D模型。这项实验描述在2025年的一篇 Science Robotics 论文中，由包括马拉加大学 (University of Malaga) 空间机器人实验室和德国人工智能研究中心 (DFKI) 在内的合作伙伴领导，将月球和火星上的熔岩管定位为未来隐蔽栖息地的现实目标。

机器人深入熔岩：任务架构与阶段

该概念在概要上走简约路线，在执行上则极具科技含量：任务分为四个自主阶段，将不同的异构机器人连接在一起。首先，地表车辆协作建立天窗或洞口周围地形的勘测地图，并识别安全的锚点。其次，一个小型传感器化载荷立方体被投放入开口，以记录温度、灰尘、地震噪声和照明情况——这是一种在不投入重型车辆的情况下获取一手环境数据的轻量化方式。第三，侦察漫游车通过系绳或绳降装置降入竖井内部；最后，团队进行深入的内部探测，生成通道的厘米级3D重建模型。

每个阶段都应对不同的危险：地表侦察将主着陆器的风险降至最低；传感器立方体减少了将轮式车辆送入致命环境的可能性；绳降侦察机能够应对垂直落差和狭窄入口；而协作式多机器人绘图比单台漫游车覆盖的范围更广。这种方法依赖于现代自主技术——即时定位与地图构建 (SLAM)、协作路径规划和容错行为——因此，当通信延迟或中断时，系统可以在没有地球持续监督的情况下运行。

机器人深入熔岩：兰萨罗特岛实地测试

团队在兰萨罗特 (Lanzarote) 的熔岩管模拟环境中验证了这一系列行为。兰萨罗特是一个火山岛，其洞穴模拟了工程师预期的月球上的许多特征：脆性玄武岩、锋利的碎石、天窗入口和陡峭的落差。2023年的实地行动及随后的实验室工作表明，整体架构可以端到端运行。机器人绘制了入口边缘地图、放置了锚点、部署了传感器立方体，并将侦察漫游车降入天窗。试验展示了在低光照、高粉尘条件下的可靠3D绘图，并突出了系绳管理、锚点设置以及当传感器数据不一致时自主决策的实用性。

去年发表的结果报告了该系统仍需改进的地方：地表与地下节点之间的通信、内部任务的长期供能，以及在具有磨损性的类月粉尘环境下，机械绳降硬件的鲁棒性。这些都是可以解决的工程问题，但实地测试完成了其既定目标：将实验室计划转化为可以适应月球或火星机器人先导任务的现实序列。

熔岩管作为天然避难所和资源目标

熔岩管已从地质奇观转变为战略优先事项，因为它们在宇航员与恶劣的太空环境之间提供了现成的、厚实的天然屏障。在没有大气层且仅有零星磁屏蔽的月球上，地表人员面临着来自太阳和银河宇宙射线的慢性辐射，以及持续不断的微陨石雨。熔岩管——由过去的玄武岩流雕琢并封顶的隧道——提供了数米至数十米的岩石屏蔽，大幅减少了辐射暴露，且无需从地球运送大量的屏蔽物质。

类似百科全书的地质背景有助于解释这些隧道存在的原因：大规模月海玄武岩喷发产生低黏度熔岩，这些熔岩可以流向远方并形成有顶盖的通道。形成月海的这些相同过程，也能产生工程师们现在想要利用的长形地下空腔。在内部，温度比被阳光炙烤的地表更稳定，风化层覆盖降低了微陨石撞击和热循环的风险，而热循环会损坏设备和宇航服。

除了避难所功能外，熔岩管在资源方面也大有可为。它们可能收集并保存挥发物——包括永久阴影区或深处的水冰——其内部地面可能提供适合建造栖息地或安装设备的固结材料。对于火星，熔岩管还有望抵御该行星稀薄的大气层、频繁的沙尘暴和地表更高的辐射剂量。

技术障碍与赋能技术

让机器人深入熔岩并在内部可靠运行面临多项严峻的工程挑战。天窗通常是垂直的、狭窄的且布满巨石；洞穴内部没有 GPS；通信断断续续或被岩石阻挡；粉尘具有磨损性且带静电；剧烈的温差对电子设备提出了极高要求。实地试验暴露了所有这些局限性，并指导了目前正趋于成熟以用于行星探测的赋能技术的选择。

关键赋能系统包括融合了激光雷达、立体视觉和惯性数据的高性能 SLAM；用于初步科学观测的轻量化、耐辐射传感器立方体；结合了光纤数据链路和机械强度的系绳供电与通信系统；以及具有自动锚点检测和冗余绞车的绳降机构。协作软件允许地表漫游车根据传感器立方体的读数做出保守的“继续/停止”决策，从而预防多种故障模式。此外，抗辐射处理器和耐粉尘执行器延长了任务寿命，而模块化硬件允许受损单元被跳过或由另一个机器人同伴替换。

熔岩管如何支持生命维持、能源供应和长期运行

如果经过仔细的绘图、特征表征和选择，熔岩管可以托管有人照料的栖息地或物流枢纽。地下空腔提供的屏蔽降低了栖息地墙壁的发射质量要求，其热稳定性也减轻了热控制系统的负担。电力可由地表的太阳能电池阵列提供，电缆通过天窗引入管内，或者由放置在稳定位置的小型核反应堆或放射性同位素发电机提供；这两种方法都在“阿尔忒弥斯 (Artemis)”和其他月球架构的背景下进行研究。机器人侦察兵发现的水或结合态挥发物可以供应闭环生命维持系统，为推进剂提供氢和氧，或者通过电解产生呼吸用氧和火箭燃料。

操作层面上，绘制过地图的管腔将允许前哨站横向扩展，在只需极少额外屏蔽的情况下容纳工作间、温室和存储空间。机器人在第一阶段至关重要：它们可以在人员抵达前对管腔进行侦察、采样和认证，铺设锚点、枢纽和电力节点等基础设施，甚至预先部署物资储备。简而言之，机器人先导降低了风险，并使人类对天然受保护空间的利用比单纯的地表方案更加雄心勃勃。

2025年的 Science Robotics 论文和马拉加大学领导的兰萨罗特岛实验表明，行星熔岩管不再是一个理论上的栖息地构想，而是近期机器人技术的一个切实目标。接下来的步骤是使系统能够耐受月球真空和辐射，对系绳和锚点硬件进行飞行鉴定，并将绘图输出与轨道侦察相结合以选择最佳目标。如果这些步骤按计划推进，对天窗的协作机器人侦察可能成为下一个十年月球探测的常规组成部分——这是建立隐蔽人类基地的务实先导。

来源

• Science Robotics（研究论文：“行星天窗地表及熔岩洞穴的协作机器人探测”）
• 马拉加大学 — 空间机器人实验室（实地活动材料和新闻稿）
• 德国人工智能研究中心 (DFKI) — 机器人财团贡献