低成本机器人在未来航天中的作用

低成本机器人可以实现其他方式无法实现的空间探索，并已在低地球轨道（LEO）中迅速普及，但需要进一步支持以释放其在深空应用中的潜力。这些低成本机器人主要由小型卫星和可部署的二级有效载荷组成。虽然这些系统无法复制宇航员或昂贵的旗舰级机器人系统所能完成的一切，但在航天器设计中它们占据了一个有价值的利基市场。

与典型的无人任务相比，较低的财务投资使空间机构和任务规划者能够接受更高的风险，从而承担大胆的新科学和探索机会。尽管有这些令人兴奋的机会，这一新的低成本空间机器人领域也伴随着一些限制。由于规模较小和范围有限，低成本任务通常需要搭载更大的任务进入深空或通过进入、下降和着陆（EDL）过程到达地外表面。这在缺乏通常航空航天所需的标准化和飞行历史的低成本系统与被要求适应搭载低成本航天器的昂贵且风险规避的任务之间造成了冲突。

低成本系统（即成本在数十万而非数千万美元的数量级）和对失败的更高容忍度，使得任务设计师能够针对新类型数据的收集。它们的低成本允许制造并发射多个相同系统的副本。这对需要监测大面积区域或将来自多个不同位置的传感器读数结合起来的科学家来说是有益的。这些优势推动了低成本卫星在低地球轨道（LEO）的采用，但也面临特定区域的挑战。此外，通过支持灾难响应等需求驱动或响应式任务，低成本系统可以在极端环境中发挥作用，例如洞穴内部或悬崖壁沿线。最后，较低的成本可以实现基于需求或响应式的新型任务。例如，观察NASA洞察号着陆过程中的低成本设计。

成本节约来自三个相互关联的属性：体积小、使用商用现成（COTS）部件以及对工程或任务失败的风险容忍度。小型发射成本降低了设计和制造成本。风险与成本之间的关系可以产生正反馈效应，使任务变得更昂贵或更便宜。低成本使得任务设计师能够接受更多风险。例如，MarCO卫星之所以发射成本低廉，部分原因是因为它们被放置在火箭的后部。另一方面，较低的风险容忍度需要更多的测试，这可能导致测试成本更高。这可以导致：低成本、商业利益和公共利益推动了低成本卫星在LEO的采用。

同样，低成本空间探测面临额外的挑战。鉴于有限的商业活动，这些机器人必须在国家航天机构内寻找资金和飞行机会。此外，随着距离的增加，运输质量成本上升，同样需要用于通信和电力的航天器质量也会上升。这些方面结合起来限制了飞行机会。由于体积和质量限制，低成本任务通常需要将次要系统的体积和质量纳入任务设计中，这一点尤为重要。对于着陆器和漫游车来说，这种效应更为复杂，因为EDL所需的复杂性和成本超出了低成本任务所能支持的范围。NASA过去对小型或次级有效载荷的计划支持非常受欢迎，包括CubeSats、“GAS”以及搭载技术有效载荷的任务。

对于寻求注入新空间技术的机构来说，这提供了几个教训：首先，确定新技术的“正确”客户，他们可能与当前客户不同；然后，将颠覆性技术置于一个认可小胜利的自主组织结构中；在不施加过度限制发展过程的情况下提供所需资源；最后，尽早并经常失败，以识别正确的技术。

对于专注于空间探测的机器人学家来说，另一个教训可能是如何通过考虑创新技术如何增强旗舰任务来成功瞄准飞行机会。具体而言，任务负责人出于必要会对主要任务保持风险规避，以确保主要任务实现其核心目标。次级有效载荷可能会承担更多风险，但不能危及主要任务。这种对主要任务的安全性必须是一个顶级要求，并且必须是可测试的。新的移动平台或算法最有可能在小规模上被采用，或者作为备份系统。这可以被看作是迅速发展的例子，其中小型有效载荷可以在不危及旗舰空间任务的情况下增强，这可能是释放未来空间机器人全部潜力的关键。