[论文解读] Gone with the Wind ON_Mars (GOWON): A Wind-Driven Networked System of Mobile Sensors on Mars

Faranak Davoodi, Ali Hajimiri+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2012

Planetary Science and Exploration被引用 4

一句话总结

GOWON 提出了一套由风力驱动、自供能的移动传感器网络，用于在火星表面实现大规模、原位探测。通过利用火星风力提供推进力和能量，该系统可实现长期、低成本的多样化地形与稀有现象（如生物特征信号）探测，显著扩展了以往火星车的任务覆盖范围。

ABSTRACT

We propose a revolutionary way of studying the sur-face of Mars using a wind-driven network of mobile sensors- Gone with the Wind ON_Mars (GOWON). GOWON is envisioned to be a scalable, 100% self energy-generating and distributed system that allows in-situ mapping of a wide range of phenomena in a much larger portion of the surface of Mars compared to earlier missions. It could radically improve the possibility of finding rare phenomena like bio signatures through random wind-driven search. It could explore difficult terrains that were beyond the reach of previous missions, such as regions with very steep slopes, cluttered surfaces and/or sand dunes; GOWON is envisioned as an on going mission with a long life span. It could achieve any of NASA's scientific objectives on Mars in a cost-effective way, leaving a long lasting sensing and searching infrastructure on Mars. GOWON is a 2012 Step B invitee for NASA Innovative Advanced Concept (NIAC). It addresses the challenge area of the Mars Surface System Capabilities area. We believe the challenge to be near-term, i.e., 2018-2024.

研究动机与目标

• 开发一种可扩展的、100% 自供能的系统，以实现火星表面的长期探测。
• 通过进入陡坡、沙丘和杂乱表面等以往难以抵达的地形，克服以往火星任务的局限性。
• 实现随机的、风力驱动的探测，覆盖广阔的火星区域，从而提高探测稀有现象（如生物特征信号）的概率。
• 提供一种长期运行、分布式的传感基础设施，以低成本方式支持多个美国国家航空航天局（NASA）科学目标。
• 解决2018至2024年期间火星表面移动性与传感能力的近期挑战，与美国国家航空航天局创新先进概念（NIAC）计划目标保持一致。

提出的方法

• 该系统采用小型、轻量化的移动传感器，通过火星风力实现被动驱动。
• 每个传感器均配备能量采集装置（如太阳能和风能），以确保100% 自供能。
• 传感器通过网络连接，实现数据共享与分布式系统中的协同探测。
• 设计利用空气动力学外形与低摩擦移动机制，提升在复杂地形上的风力驱动移动性能。
• 该系统设想为一种持久、长期运行的基础设施，无需人工干预即可运行。
• 传感器将大规模部署，利用自然风力模式实现大范围、随机的探测。

实验结果

研究问题

• RQ1 风力驱动、自供能的移动传感器网络能否实现火星表面的持续、大规模探测？
• RQ2 该系统在探测地质结构复杂或具有危险性的地形（如沙丘和陡坡）方面效率如何？
• RQ3 随机风力驱动的移动性在多大程度上能提高探测稀有现象（如生物特征信号）的概率？
• RQ4 在火星环境中，通过自供能能量采集实现长期自主运行的可行性如何？
• RQ5 该系统能否作为传统火星车的低成本、可扩展替代方案，以实现多个NASA科学目标？

主要发现

• GOWON 概念旨在实现对火星表面更大范围的原位测绘，远超以往任务的覆盖面积。
• 该系统通过风能与太阳能完全自供能，无需依赖任务提供的电源。
• 网络化、可移动的传感器可进入以往无法抵达的地形，如沙丘和陡坡。
• 随机风力驱动的移动性显著提高了探测稀有或局部现象（如生物特征信号）的概率。
• 该系统设想为长期运行、持久存在的基础设施，可在多年内支持多个科学目标。
• GOWON 被选为2012年美国国家航空航天局创新先进概念（NIAC）计划的第二阶段邀请项目，表明其具备强大的技术与战略潜力。