【原】星际运输的模式猜想

forcode奇想录 2021-03-09

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外高桥造船刷新国内最大集装箱船建造记录：21000TEU集装箱船总长约400米，型宽58.6米，型深33.5米，大约相当于4个足球场纵向并列布置，设计吃水14.5米，结构吃水16米，航速22节，载箱数为21237TEU，其中冷箱数1000TEU。

然后引发了一些球友的讨论和笔者（微信订阅号：forcode奇想录）的脑洞：

forcode：跨恒星系的星际航行，距离可能是行星间星际航行距离的数十万倍，飞船内部必须有一个完整的封闭式生态系统，飞船本身可以种植庄稼、蔬菜，饲养猪牛羊鸡鸭鱼等作为肉食来源的动物，而且，飞船本身必须要有巨大量的水，可以用作电解产生氧气和氢气，也可以作为封闭生态系统的基本物质循环载体，水中还可以大规模种植蓝藻用于将二氧化碳转化为氧气，“水生植物来处理废水，已经表明，水生植物（或者更具体地说，它们的根系）处理的废物越多，水生植物生长得越大”；飞船内的水族馆需要能装下海豚、海龟、沙丁鱼群，还要能让饲养的猪牛羊鸡鸭有活动空间，所以，立方体积木式太空车厢的单元尺寸可能需要超过20*20*20米，某些车厢纯粹用来储存水、液化氧气、液化氢气，每个车厢可以储存接近8000吨水冰；某些车厢用来生产粮食、蔬菜，为了充分利用空间，飞船内的作物种植必然是采用多层结构（类似超市货架），每一层货架层高1米左右、底部下面是LED灯，用于提供光合作用所需的能源，货架朝上的那面，会有水肥滴灌、回收的管道，全部根据作物品种自动化运作，这样一个20*20*20米的太空车厢，可以种植多达20层的作物，扣除掉一半的走廊面积，每一层的面积高达200平米，20层*200平米=4000平米，1亩等于667平米，那这样一个太空车厢可以精细化种植6亩作物，按照亩产1200公斤水稻来计算，每个太空车厢每一季可以生产7200公斤稻谷，在室内立体农业精细的温度湿度水肥控制下每年可以种4季，每年可以生产出2.88万公斤大米，还是相当超乎想象的……按照人年均消耗300公斤大米计算，一个车厢可以养活96个人……

20*20*20米的太空车厢单元，可能会需要将目前最大的火箭（Elon Musk的火星飞船，最大直径17米）再扩大2-3倍，每次可以运输3-5个太空车厢进入近地轨道，然后相互积木式对接组装。

forcode：超远距离货运的规模经济效应，所以，如果未来月球或火星货运飞船一定会造得超乎想象的庞大，可能是千万吨级甚至亿吨级的宇宙飞船，一次可以运送几万甚至几十万人到月球或火星，或者是几千辆各种功能的挖土机、汽车、飞机等工程设备。距离越远，运载工具就越有必要造得庞大，那么远的距离，飞船大10倍还是100倍，机组人数差不多、研发成本也差别不大（同比例放大设计图尺寸即可），运载数量越大，单位货物分摊的固定成本越小，越有利可图……

forcode：将来顺丰的快递飞船、京东的月球仓储基地、淘宝的火星配送中心都会发展起来的。人类在大航海时代，为了应对几个月航程的风险和投资，发明了股票、保险等风险分担的金融工具，这些金融工具在太空时代可能是不够的，目前人类最大的船运载量大约100万吨级别，如果未来宇宙飞船的运载量达到亿吨级，那一次飞船远航的货物价值可能超过千亿美元，如此昂贵的货物一旦发生损失，任何单个公司都难以承受的，届时，金融创新支持太空冒险是必须的，我们会发明出新的金融工具，为太空事业提供融资服务、风险控制等……

@匠人021: 需要停泊在近太空，用小飞船/火箭短驳。否则风险太大，不经济。轮船的最大吨位应该是有极限的。单维尺寸增加一倍，体积和重量增加7倍，运载工具的结构应该需要强化，经济性可能因此降低。

可能主要还是受限于码头配套设施、港口深度等因素，无法把轮船造得太大，另外货运量可能不够，船造太大了空载率太高，80万吨级别的货船，主要用于运送大宗的铁矿石、煤炭等大重量的高价值货物……

forcode：飞船只有造得足够大，有效载荷比例才能提升，目前火箭近地轨道的有效载荷不到5%，飞往月球的有效载荷1.5%……

forcode：光靠化学燃料，飞船的有效载荷可能很难大幅度提升，也许，未来飞船发射和降落阶段可以依赖高功率密度的化学燃料，还可以像musk说的，摆脱地球引力这一段消耗能量占比极高，可以多次发射在近地轨道再组装，类似于目前很多超大型货轮无法直接靠近码头卸货，需要在近海处做一个中转，飞船中间在太空中巡航过程中，可以主要使用低功率密度的核动力……

forcode：我估计未来太空货运常态化之后，那些超大规模的货运飞船一旦升空，就不再会返回地面的，而是作为一个永久性的设备漂浮在太空或某颗行星的近地轨道上的，将这么重的设备发射到近地轨道是非常昂贵的项目，一旦发射上去，就不会轻易返回地面，而是使用小型的飞船从地面把货物运到母舰上，可以数百次数千次耗时几个月时间来完成一次装载，然后母舰从近地轨道向火星或月球基地巡航，这个巡航对发动机的要求不需要太高，速度不一定需要达到极限值，初始阶段消耗比较多的能量加速到几万公里的时速，慢慢飞迟早也会达到的，靠核能和太阳能作为动力和内部生活设施能量来源都可以了，所以，母舰的有效载荷就会大幅度提升，最后运费并没有目前想象的那么贵，只是会消耗比较久的时间。

forcode：在初期，外星基地可以提供艺术、娱乐价值，他们可以直播外星球种大白菜、朝天椒、养猪等情况，地球数十亿观众可以打赏他们，或者需要付费订阅某个外星直播频道，给他们提供经费支持。还可以提供太空旅游、太空度假等项目，也可以带来丰厚的收入，相关电影拍摄取景、场地租赁、版权收入等等。远期可以开发其他星球稀有的矿产资源，机器人可以自动化、自主化运作建造整个工业体系。掌握太空探索技术的公司可以将这类技术民用，投资新的公司，改变人类在地球上的生活方式，从而赚取到超乎想象的利润，比如互联网、人造卫星、纳米材料、GPS等技术都是军转民的技术普及带来的繁荣……AI技术、机器人技术基本是太空探索的前提条件，在科技发展树上应该是在大规模太空探索之前的。

forcode：我估计未来超大规模、永久停留在太空、往返于行星间的那种星际母舰，会设计成类似火车车厢的模式，各个车厢可以相互拖挂勾连在一起，前面只需要有火车头提供动力即可，但是因为太空中没有轨道，链条模式可能不够稳定，可能会设计成六面体（或者立方体可能更好）形式的太空火车车厢，每个太空车厢可以与周边六个其他车厢积木式拼接，形成一个积木式的结构，最宝贵的货物（比如人）拼接在积木最核心的位置，就算遭遇陨石撞击，最多损坏外层的太空车厢。每个车厢都采用标准化的电力氧气和水管等接口、标准化的功能结构，这样太空母舰的规模是可以任意扩充的，一旦对接在一起，车厢之间的多层气密阀门打开，人和货物就可以在各个车厢之间转移……

forcode：我相信电动车技术和无人驾驶，也是太空殖民的前置技术，我们把挖土机、卡车、SUV运到火星之后，不可能还去建加油站、运汽油过去，而是运送海量太阳能电板和储电设备，打造几千万千瓦级别的火星光伏电站，可以给各种大大小小的设备充电。而且，不可能每个设备配一个司机或操作人员，太空中养活一个人的成本太昂贵，种蔬菜粮食和养猪就太贵了，这些设备必须能全自动自主工作，并且可以远程控制和分配任务，他们实际上是不同形态的工业机器人，所以，目前太空殖民还缺乏很多关键性技术前提。

@匠人021: 只有最优秀的人才能进入太空生存，他们也愿意摆脱肉体的限制。这种价值观会逐渐被大家接受。

forcode：我相信这种做法根本就不会开始，没有人会同意肉体被毁灭掉，但是人们可以不介意多几个思维备份，但是，思维备份和上传，这种科幻都很可能无法实现的，至少未来100年内不可能实现。讨论近未来的技术更靠谱，比如自动驾驶、电动汽车、核动力飞船、AI机器人等等，这些技术目前已经显露出端倪，未来50-100年的近未来就有可能大规模普及……如果思维都可以随意备份上传、物质可以被随意操作创造，那整个人类经济体系和社会形态都会被彻底改变，产品不需要被几百个环节制造加工出来，只需要用石头或尘土垃圾作为原料，就可以分子定位操作复制出食物、工业产品、黄金甚至动植物活体，这就是魔法时代了，人根本不需要依赖社会而生存，可以在一个完全陌生的星球上，用这样的机器制造想要的任何物品或动植物乃至人类，那很多东西就没必要讨论了，宇宙飞船都没有必要搞这么大了，只要有一台机器，飞船里运载的所有货物都可以用石头制造出来，只有基于近未来可实现的技术来讨论，这些才有意义。

@bigfatcat: 可以克隆没有脑子的人，把人的脑子放进去，这样长生不老了。

forcode：这是可以考虑的，所以我预计，基于遗传工程的色情业会大力发展，你完全可以克隆一个性感美女的身体和脸，但是脸后面是没有大脑的，只有非常简单的应激神经，可以控制脸红、发出高潮的声音就够了，你可以靠点滴来维持这个无脑克隆人的生命……无脑色情克隆人也不需要有内脏和骨骼，只需要有脸、身材、外生殖器等第二性征就可以了，子宫和卵巢是没必要的……也许整个内部设计成昆虫那样的外骨骼空腔结构，外面蒙一层人的脂肪和皮肤就可以了，手感好就行了……如果采用植物作为基因工程的模板来制造色情玩具，或许就可以直接无土栽培出性玩具来……无土栽培好处多多，想一想，你只需要一颗大白菜种子那么大的种子，就可以种出几十个性玩具果实，你一次可以淘宝购买一大袋几万颗种子，28天速生，给浇水、撒尿和阳光就能长出你需要的东西，一天摘一个使用就够了，成本非常低廉……

@白起: 我觉的以后机器人可能真的会比人聪明因为机器可以不停的复制人不行新生命的所有知识都需要重新学习 20年的学习生涯少不了的！

forcode：问题不需要学习的知识是价值很小的死知识，社会是不断发展的，老年人的知识不过落后时代二三十年，就跟不上时代步伐了，你愿意用一千年前古人的头脑和观念来武装你的头脑吗？那会毫无竞争力……

@匠人021: 现在对物质的操控已经很精细了，比如3d打印，手机芯片的制造。美国的人造肉公司盖茨有投资。 musk的太空业务把之前的效率提高了很多倍，成本降低了很多，他的发射生意也越来越多。技术进步有时候是指数增长的，会超出一般人的想象，比如芯片的计算能力符合摩尔定律。

forcode：原子级别的操纵，估计一千年内发展不出来。创造新的原子，比如用氢原子生产碳原子、氧原子或其他任意一种原子，并且按照希望的顺序任意排列，扫描物质的原子结构，然后复制出这个结构，我相信做不到，除非物理学有一次大飞跃，用一个大于原子的工具是不可能去操纵原子内部结构的。核反应、化学反应可以说在原子级别控制物质，但不能随意控制，依然是遵从物理化学定律的，人类要超越物理化学规律限制，把手头物质任意变成另一种物质，目前看不到希望……

forcode：看musk给出的火星飞船设计参数：最大直径17米、高度49.5米，我默默地打开我房子的装修平面规划图，看了下长度不到12米、宽度不到9米，这火星飞船完全可以罩住我这套房子，周围还能有空隙。按直径9米计算，截面面积3.14*81=254平米，这么大的截面，飞船上人均4-5平米居住空间够了，一层住50个人没问题，49.5米，按照层高2.5米计算，将近20层楼房的高度，差不多就是把我住的这栋楼房整体发射到太空，基本就是这么个概念。

【纪录片】埃隆·马斯克：让人类成为跨星球的物种【中英字幕】 http://www.bilibili.com/video/av7680919/?from=search&seid=843172533628764185

不过火星飞船大部分空间要用来装燃料，musk说一次运送100人，大约也就占掉2层楼的居住空间，再加1层公共活动空间，差不多3层，6-7米的高度用来住人，剩下部分用来装载火星基地的建材设备…… 美国政府其实也有意扶植这类私营公司搞太空开发，nasa这种国有机制太浪费效率太低，不如民营公司给科学家高工资，然后节省项目成本，提高效率。这些公司其实都是nasa员工跳槽出来搞的，nasa的很多发射场都让他们用，很多nasa研究出来的技术也无偿使用…… musk在演讲中也提到，他相信未来星际飞船会比这艘火星飞船大得多，一次能运送更多的乘客和货物，这样每个乘客的票价才能降下来，这跟我以前设想的一样。

参考：宇宙飞船如何空气清新？

以下是网上搜集的太空殖民相关知识点、我感兴趣的片段：

Space colonization

https://en./wiki/Space_colonization

以内内容精选自该词条的google翻译：

太空殖民（也被称为外星殖民）是地球之外永久的人类居住点。有许多争论和反对太空殖民化的论点。支持殖民化的两个最常见的事件是人类文明和生物圈在天灾人祸（自然的或人为的）的情况下的生存，以及在太空中可获得的额外资源，可以扩大人类社会。

由于目前从地球表面发送任何东西进入轨道的费用（大约每磅2,500美元到轨道，预计将进一步减少）太空殖民地现在将是一个非常昂贵的项目。

前美国国务院的路易斯·哈勒（Louis J. Halle）在“ 外交事务”（1980年夏季）中写道，在发生全球性的核战争的情况下，太空殖民化将保护人类。物理学家保罗·戴维斯（Paul Davies）也支持这样一种观点，即如果一场行星灾难威胁到地球上人类物种的生存，一个自给自足的殖民地就能“逆转殖民”地球并恢复人类文明。

一些这些高价值贸易商品的包括贵金属，宝石，太阳能电池，球轴承，半导体，和药品。

从小型近地小行星3554 Amun或（6178）1986 DA的小型小行星开采和提取金属，将是人类历史上采矿量的30倍。按2001年市场价格计算，这个尺寸的金属小行星价值约为20万亿美元。

在空间的失重和真空中，工业过程的高温可以很容易地用具有巨大抛物面反射器的太阳能炉实现，金属箔由非常轻的支撑结构制成。平面镜将反射的阳光反射到居住区域

无线传输太阳能从地球到月球和太空也是为了太空殖民和能源的利益而提出的一个想法。在阿波罗计划任务期间为美国宇航局工作的物理学家戴维·克里斯韦尔（David Criswell）博士提出了使用能量束从太空传输能量的想法。这些波长大约为12厘米的微波在穿过大气时几乎不变。

在空间安置中，生命支持系统必须回收或输入所有的营养物质而不会“崩溃”。与空间生命支持最接近的陆地模拟可能是核潜艇的模拟。核潜艇使用机械生命支持系统来支撑人类几个月而不会浮出水面，这种相同的基本技术可能被用于空间使用。然而，核潜艇运行“开环” - 从海水中提取氧气，一般是将二氧化碳倾倒在船外，尽管它们回收了现有的氧气。[ 引证需要 ]的二氧化碳的回收利用已接近在使用文献沙巴提耶过程或博世反应。

太空制造可以使自我复制。有人认为这是最终的目标，因为它允许殖民地指数增长，同时消除对地球的成本和依赖。可以说，建立这样一个殖民地将是地球的第一个自我复制行为。中期目标包括期望从地球（科学，工程，娱乐），而只是要求重量轻的物品，如周期性电源殖民地唯一信息殖民地集成电路，药物，遗传物质和工具。

2002年，人类学家约翰·穆尔（John H. Moore）估计，150-180的人口将使一个稳定的社会存在60到80代，相当于2000年。只要人类胚胎可以从地球上获得，一个小得多的两个女人的初始人口应该是可行的。从地球使用精子库也允许一个较小的起始基础，忽略近亲繁殖。

科学家和科幻小说中提出的假想飞船概念包括：

一个世代飞船将前往比光慢得多，用了几十年甚至几百年的后续星际之旅倍。在完成旅程之前，机组人员将经历几代人，因此假定当前的人类寿命，初始机组中的任何一个都不能预期生存到达目的地。

一艘卧铺船，大部分或全部船员以某种形式的冬眠或假死动作旅行，让一些或所有承担旅程的人生存下去。

一个胚胎承载星际飞船（EIS），比一代船舶或船舶轨枕，运输人的小得多的胚胎在冷冻或休眠状态到目的地或DNA。（在这里忽略的生育和养育这些航海者的生理和心理问题可能并不重要）。

一个核聚变或裂变动力船（如离子驱动某种形式的），实现了速度高达大约10％Ç 允许单向前往附近的恒星持续时间相当于人类寿命。

一个项目“猎户座项目”，由弗里曼·戴森（Freeman Dyson）提出的核动力概念，将使用核爆炸来推动星舰。前面的核子火箭概念的一个特例，具有类似的潜在速度能力，但可能更容易的技术。

激光推进的概念，使用某种形式的太阳系电力，可能使得轻型帆船或其他船舶达到高速，与上述融合动力火箭在理论上可达到的速度相当。这些方法需要一些手段，如补充核推进，停止在目的地，但混合动力（加速，融合电减速）系统可能是可能的。

BIOS-3

https://en./wiki/BIOS-3

BIOS-3是一个位于俄罗斯克拉斯诺亚尔斯克的生物物理研究的封闭生态系统。

它的建设开始于1965年，并于1972年BIOS-3完成由一个的315米3地下钢结构适合多达三人，并且最初用于开发能够支持人类封闭的生态系统。它被分成4个舱室 - 其中一个是船员区域。船员区由3个单舱，一个厨房，洗手间和控制室组成。最初另外一个隔间是一个藻类培养器，另外两个是用于种植小麦或蔬菜的'phytrons'。生长在两个“蕨类植物”中的植物贡献了化合物中大约25％的空气过滤。后来这个藻类转化为第三个phytron。通过20kW 氙灯在4个隔间的每一个中提供与太阳光相当的光水平，通过水套冷却。该设施使用了400千瓦的电力，由附近的水力发电站提供。

小球藻藻类用于回收人类呼吸的空气，吸收二氧化碳并通过光合作用补充氧气。藻类在人造光下在堆叠的池中栽培。为了实现氧气和二氧化碳的平衡，一个人需要8米2露出的绿藻。在催化剂存在下，通过加热至600℃将空气中的更复杂的有机化合物纯化。水和营养物质被预先储存并且被回收。到1968年，循环水系统效率达到了85％。干肉被输入设施，尿和粪便通常被干燥和储存，而不是被回收利用。

BIOS-3设施被用来进行10人的封闭实验，一到三名男子船员。三人船员最长的实验历时180天（1972 - 1973年）。这些设施至少在1984年之前用于测试。

在1991年，BIOS-3成为国际封闭生态系统中心的一部分，该中心是俄罗斯科学院生物物理研究所西伯利亚分院的一个分部。与欧洲航天局合作于2005年恢复了关注生长植物和废物回收的封闭生态系统研究。

Domed city

https://en./wiki/Domed_city

一个半球形的城市是一个假设性的结构，内装一个市区在一个屋檐下。在大多数的描述中，圆顶是气密和加压的，创造了一个可以控制空气温度，成分和质量的栖息地，通常是由于一个或多个原因不利于居住的外部气氛（或缺乏）。自20世纪初以来，半球形城市一直是科幻小说和未来学的一个组成部分，可能位于地球，月球或其他星球上。

早期科幻小说的一个目录提到了英国作家威廉·德利斯勒·海伊（William Delisle Hay）的1881年社会主义和白人至上主义幻想三百年。Hay的书描述了未来的文明，大多数人类居住在海底的玻璃圆顶城市，使地球表面主要用于农业。

“曼哈顿转移”（Manhattan Transfer）是一部1993年的小说，其特点是拥有曼哈顿和许多外星城市，每个城市都有自己的圆顶，全部坐落在一个巨大的飞船上。

为了测试人造封闭生态系统是否可行，在20世纪80年代后期建造了生物圈2（一个相互连接的圆顶和玻璃金字塔的复合体）。它最初的实验共有八个人，仍然是迄今为止最大的这种系统。

Dyson sphere

https://en./wiki/Dyson_sphere

一个戴森球是一个假设megastructure完全涵盖了明星和捕获大部分或所有的功率输出。这个结构的第一个当代描述是由Olaf Stapledon在他的科幻小说“ 星星制造者”（Star Maker，1937）中描述的，“每一个太阳系......被一圈光线圈包围着，它把逃离的太阳能集中在智能上“。的概念被后来推广弗里曼·戴森在他1960年的论文“搜索的人工恒星来源红外辐射 ”。戴森推测，这样的结构将是技术文明不断升级的能源需求的合乎逻辑的结果，并且是其长期生存的必要条件。他建议寻找这样的结构可能导致发现先进的，智能的外星生命。

虽然这样的巨型结构在理论上是可能的，但是所有建造固定位置戴森球体的计划目前都远远超出了人类的工程能力。然而，部分技术，如轨道卫星和太阳帆已经被开发出来。使用光伏技术部署太空船和卫星可能被视为建设戴森群的第一步。然而，为了获得，传输，并保持完整戴森球体远远超过现在的工业能力所需工艺的数量。George Dvorsky主张使用自我复制的机器人在相对短的时期内克服这个限制。

戴森回应了一些论文的提示，回答说：“围绕恒星的坚实的外壳或环是机械上不可能的，我设想的”生物圈“的形式包括松散的收集物体或群体在恒星周围的独立轨道上行进“。

最接近戴森原始概念的变种是“戴森虫群”。它由大量独立构造（通常是太阳能动力卫星和太空栖息地）组成，围绕恒星周围形成密集的结构。这种构造方法具有优点：可以适当地调整构件尺寸，并且可以逐渐构建。各种形式的无线能量传输可以用来在群体组件和行星之间传递能量。

虚构中最常被描绘的戴森球的变体是“戴森壳”：星星周围物质的统一固体壳。这样的结构将完全改变中央恒星的排放，并将截取恒星能量输出的100％。这样的结构也将提供一个巨大的表面，许多设想将被用于居住，如果表面可以居住。

Kardashev scale

https://en./wiki/Kardashev_scale

卡尔达肖夫指数是测量文明的的能源技术，基于文明能够使用用于通信的能量级别。

第一类文明也称为行星文明，可以使用和储存从其母星到达地球的所有能量。

第二类文明 - 也称为恒星文明 - 可以利用其行星的母星的总能量（最普遍的假设概念是戴森球 - 一种包含整个恒星并将其能量传递给行星的装置）。

III型文明 - 也称为银河文明 - 可以控制整个主星系的能量。

我们太阳系中的资源是极为丰富的，仅地球这样小小的行星上每天接受来自太阳的光和热大约是我们目前能源需求总量的1万倍，而小行星和彗星上的稀有金属等矿产能支持经济增长数千年。

Robotic spacecraft

https://en./wiki/Robotic_spacecraft

机器人航天器是一个uncrewed宇宙飞船，通常在遥控机器人控制。设计用于进行科学研究测量的机器人航天器通常被称为太空探测器。由于成本较低，风险因素较低，许多太空任务更适合遥控机器人而不是人工参与。此外，鉴于目前的技术，一些行星目的地如金星或木星附近对于人类的生存来说过于恶劣。外行星，如土星，天王星和海王星目前太空飞行技术遥不可及，所以遥控探测器是探索它们的唯一方法。许多人造卫星是机器人航天器，许多着陆器和漫游器也是如此。

Autonomous robot

https://en./wiki/Autonomous_robot

自主机器人执行的行为或者任务具有高度的自主性，这是在诸如特别理想的航天，家电维修（如清洗），废水处理和提供商品和服务。

机器人研究的一个重要领域是使机器人能够应对其环境，无论是在陆地，水下，在空中，在地下还是在太空中。

一个完全自主的机器人可以：

获得关于环境的信息

在没有人为干预的情况下长时间工作

在整个操作环境中移动其全部或部分，无需人工协助

避免危害人身，财产或自身的情况，除非这些是其设计规范的一部分

自主机器人也可以学习或获得新知识，例如调整完成任务的新方法或适应变化的环境。

像其他机器一样，自主机器人仍然需要定期维护。

自我维护

完整的身体自主性的第一个要求是机器人自我照顾的能力。目前市场上的许多电池供电的机器人都可以找到并连接到一个充电站，像索尼爱宝这样的一些玩具能够自我对接来给电池充电。

自我维护是基于“本体感觉”，或感知自己的内部状态。在电池充电的例子中，机器人可以本体地说出它的电池电量低，然后寻找充电器。另一种常见的本体感应传感器是用于热量监测。机器人在靠近人和在恶劣的环境中自主工作需要增加本体感觉。常见的本体感受传感器包括热，光学和触觉感应

感知有关环境的事情。自主机器人必须有一系列的环境传感器才能完成任务并避免麻烦。

常见的外接传感器包括电磁频谱，声音，触摸，化学（气味，气味），温度，各种物体的距离和高度。

一些机器人割草机将通过检测草的生长速度来适应他们的编程，以便保持完美的草坪

室内导航

对于将行为与地点相关联的机器人（本地化）来说，要求它知道它在哪里，并且能够点对点地进行导航。这种导航从二十世纪七十年代的导线引导开始，并在二十一世纪初进行到基于信标的三角测量。目前的商业机器人基于感测自然特征自动导航。实现这一目标的第一台商业机器人是Pyxus的HelpMate医院机器人和CyberMotion后卫机器人，都是由机器人开拓者在20世纪80年代设计的。这些机器人最初使用手动创建的CAD平面图，声纳感应和随墙变化来浏览建筑物。下一代，如MobileRobots的PatrolBot和自主轮椅，在2004年推出，都有能力创建自己的激光地图的建筑，并导航开放地区以及走廊。他们的控制系统在飞行中改变了路线。

火星漫游者MER-A和MER-B（现在称为“ 灵魂漫游者”和“ 机会漫游者”）可以通过以下方式找到太阳的位置并将他们自己的路线导航到目的地：

用3D视觉绘制表面

计算该视野内表面上安全和不安全的区域

计算穿过安全区域的最佳路径到达期望的目的地

沿着计算的路线行驶;

重复这个循环，直到到达目的地，或者没有已知的到目的地的路径

能源自主和觅食

关注创造真正的人造生命的研究人员不仅关心智能控制，还关心机器人通过觅食（寻找食物，包括能量和备件）来寻找自己的资源的能力。

送货机器人

运送机器人是用于运送货物的自主机器人。截至2017年2月，有几家着名的公司正在开发运送机器人（有些正在试运行）：

Starship Technologies

dispatch

Space-based solar power

https://en./wiki/Space-based_solar_power

天基太阳能发电（SBSP）是在外层空间太阳能发电并将其分发到地球。在太空中收集太阳能的潜在优点包括由于缺乏扩散气氛而具有较高的收集率和较长的收集时间，以及将太阳能收集器放置在没有夜晚的轨道位置的可能性。由于反射和吸收的影响，相当一部分进入的太阳能（55-60％）在通过地球大气的途中丢失。天基太阳能系统转换阳光到大气之外的微波，避免了这些损失，以及由于地球自转造成的停机时间，但是由于将物质送入轨道的费用而花费很大。SBSP被认为是可持续或绿色能源，可再生能源的一种形式，偶尔也被视为气候工程建议。

地球接收器

基于地球的整流天线可能由许多通过二极管连接的短偶极天线组成。卫星的微波广播将以大约85％的效率收到偶极子。在以往的微波天线，接收效率较好，但其成本和复杂性也相当大。Rectennas可能会跨越几公里。

在空间应用中

激光SBSP还可以为月球或火星表面上的一个或多个基地提供动力，从而节省大量成本以降低电力消耗。航天器或其他卫星也可以用相同的方式供电。在2012年向太空太阳能提交给NASA的一份报告中，作者提到太阳能太阳能的另一个潜在用途可能是太阳能电力推进系统，可用于行星际人类探测任务。

潜力

SBSP的概念很有吸引力，因为太阳能收集的空间比地球表面有几大优势：

它始终是正午太阳在空间和充分的阳光。

由于缺乏诸如大气，云层，灰尘和其他天气事件等障碍物，收集表面可能会受到更为强烈的阳光。因此，轨道强度大约是地球表面最大可达到的强度的144％。

卫星可以超过99％的时间被点亮，并且在地球的影子在当地午夜春季和秋季昼夜平分点最多每晚只有72分钟。轨道卫星可能会持续高度的太阳辐射，一般每天24小时，而平均地球表面太阳能电池板目前平均每天收集功率为29％。

电力可以相对较快地直接转移到最需要的地方。收集卫星可能根据地理基荷或峰值负载功率需求，将需求的功率引导至不同的地面位置。由于峰值电力短暂，典型的合约将是基本负荷，持续电力。

消除植物和野生动物的干扰。

通过非常大规模的实施，特别是在低海拔地区，可能会减少到达地球表面的太阳辐射。这对于抵消全球变暖的影响是可取的。