用纸板设计一辆火星探测车

NASA 的火星探测车要在距离最近维修站 1.4 亿英里的地方工作。如果轮子坏了或传感器失灵，没有人能去修。每一个设计决策都要考虑到这一点。

你今天不会设计能飞越 1.4 亿英里的东西，但你会面对同样类型的约束：材料有限、有重量限制、要翻越崎岖地形，而且你的探测车在测试时必须真正能运作。

任务简报

你需要的材料

• 纸板（谷物盒、快递盒，任意硬纸板）
• 布基胶带或美纹纸胶带
• 剪刀
• 纸板管（纸巾或卫生纸卷筒）
• 吸管
• 小纸杯
• 可选：黄铜扣、橡皮筋、直尺

你的设计目标

真正的工程师要按具体要求接受检验。以下是你的要求：

1. 1

   携带货物

   你的探测车必须能托住一个装有 3 枚硬币或 3 块小石头的小杯，不倒翻。

2. 2

   通过地形

   你的探测车必须能滚过一张揉皱的笔记本纸，不卡住、不停下。

3. 3

   通过跌落测试

   从膝盖高度跌落。探测车必须保持完整，之后仍能滚动。

4. 4

   附加挑战：机械臂

   在车身外伸出一个零件，像探测车臂一样，能"伸向"地面，而整辆车不移动。

你的设计约束

真实工程永远有约束。在约束内工作就是这份工作的内容。以下是你的约束：

• 最大尺寸：必须放进鞋盒
• 不用热熔胶，只用胶带和扣件
• 轮子必须是圆的（任意尺寸，但必须真正是圆的）
• 最长搭建时间：45 分钟
• 测试前你必须能说明一个设计决策

搭建前要思考的工程问题

1. 1

   几个轮子？

   四个轮子比三个更稳定，但更多轮子意味着更重、更容易出故障。真实探测车用六个轮子，每个轮子独立连接，这样一个轮子碰到石头不会让整车翻倒。

2. 2

   重量在哪里？

   重量高，探测车容易翻；重量低，探测车更稳。把重的零件尽量靠近地面。

3. 3

   轴距多宽？

   左右轮之间的距离叫轨距。轨距越宽越不容易侧翻，越窄能通过更窄的空间。

4. 4

   一个轮子碰到颠簸怎么办？

   如果车轴是刚性的，一个轮子碰到颠簸会把整侧抬起。真实探测车用摇臂-转向架悬挂，每个轮子独立移动。你能用纸板和胶带做类似的东西吗？

测试后问这些问题

• 货物测试时它翻了吗？重量集中在哪里？
• 它在揉皱的纸上卡住了吗？是轮子陷下去了，还是车身拖地？
• 它通过了跌落测试吗？哪部分先坏？
• 如果再给你十分钟，你会做什么改变？

把答案写下来或画出来。那份记录就是区分第一版和更好的第二版的东西。

“一个学生在他的探测车前端用一条弯曲的纸板条加了一个斜坡，说是用来推开石头的。我问他有没有在真正的探测车上见过这个，他说没有，他只是觉得会有用。这就是正确的思考方式。”

与真实探测车的联系

NASA 现役火星探测车毅力号重约 1025 千克，有六个独立连接的轮子。它携带摄像机、麦克风、钻头以及一架名为"机智号"的直升机。每个零件都必须足够轻才能发射，足够强才能着陆，足够可靠才能在无人维修的情况下运行多年。

你正在思考的设计问题——重量分布、轮子数量、地形通过能力、载货容量——都是真正的探测车工程师要回答的同类问题，只是规模完全不同。