从50年前宇航员阿姆斯特朗踏上月球，到今天为世人津津乐道的中国“玉兔”号月球车和美国“好奇”号火星车，太空探索已进入了人类和机器人协作的新阶段。

作为一个极端环境，太空对人类极不友善，真空、辐射、寒冷，以及遥远的距离都将人类拒之门外。如果人类在进入太空后既不穿防护服，也不搭乘运载工具，就必然面临被冻僵、烧死或者爆炸的结局。太空是一个遥不可及、充满敌意的世界，而且暗藏着极高的政治风险。在航天飞行于20世纪刚刚兴起时，就提出了何种形式的存在、哪种机器最能传递人类体验的问题。

近50年前，载着尼尔·阿姆斯特朗登陆月球的登月舱中既有平视显示器，又安装了自动着陆系统。平视显示器采用的是一种早期的无源设计，就是在登月舱的窗户上刻出一系列角度标记。机载电脑通过显示屏（好像是LED显示屏）给出一个角度数字。如果阿姆斯特朗的头部处于正确的位置，他就能以窗户上标示的那个角度，透过窗户看到月球上的一个点，这个点就是计算机确定的着陆点。

如果指定区域有岩石或者环形山，阿姆斯特朗可以随时推拉手中的操纵杆，在登月舱的前后或者左右位置“重新确定”一个登陆点。计算机会重新计算引导登月舱着陆的轨线，并给宇航员提供一个新的观察角度。只要他愿意，阿姆斯特朗可以无数次地重新确定着陆地点，直到人和机器达成一致意见，确定一个理想的着陆地点。最终，自动着陆系统就可以操控登月舱成功地安全着陆。

图5–1 阿波罗11号在着陆的过程中，尼尔·阿姆斯特朗在月球上方几十米的高度透过窗户观察和寻找着陆点。图中，阿姆斯特朗伸出右手，准备关闭自动瞄准和自动着陆系统，切换至半手动模式。请注意观察右下方的导航计算机。该计算机可以给出一个角度，供阿姆斯特朗透过无源平视显示器（即刻在窗户上的十字线）观察和寻找着陆点

图片来源：图片由约翰·科诺根据本书作者的构思完成，在收集资料的过程中得到了保罗·费耶尔德的帮助。

但是，阿姆斯特朗根本没有使用自动着陆系统。他不愿意接受计算机为阿波罗11号选择的着陆地点，因为那里有环形山，还有岩石。在月球上方几十米的高度，阿姆斯特朗没有让计算机重新选择着陆地点，而是关掉了阿波罗11号的自动化系统，选择用手动着陆方式。（这与电影《星球大战》里的卢克·天行者的做法不谋而合。卢克也关掉了计算机，依靠原力瞄准并摧毁了死星。）

在这次以及随后5次阿波罗登月行动中，所有指挥官都在差不多的高度处关闭了登月舱的自动着陆系统。他们中的大多数人说，尽管计算机功能强大，允许他们重新选择登陆地点，但由于计算机建议的登陆地点有岩石或者环形山，因此他们决定关闭自动着陆系统。

航天飞机也装有自动着陆系统。由太空重新进入地球大气层之后，航天飞机的温度会变得非常高。随后，它会沿着一束特别设计的微波，在计算机的导引下着陆。在这个过程中，宇航员只需在一旁监控，根本不需要触碰控制开关（不过，他们仍然需要以手动方式放下起落装置，打开减速伞）。1981~2011年，这些航天飞机一共执行了135次任务。每次飞行时，航天飞机指挥官都会在着陆之前就早早地关掉自动化装置，以手动方式让航天器着陆。

在航天飞机执行第三次飞行任务时，自动着陆系统差一点儿就完成了着陆。当时，为了做一个实验，宇航员杰克·洛斯马直到航天飞机离地37米时才关闭了自动着陆系统。在新墨西哥州的白沙国家保护区着陆时，由于风速过大，控制进近的软件出了问题，以致在由自动控制切换到手动控制模式时出现了一些意料之外的动作，比如一个高难度的“后轮平衡特技”——航天飞机只有两个后轮着地。虽然设计人员更新了软件，但随后的航天飞行再也没有用过自动着陆系统。

人们难免认为，出现这种情况的原因是飞行员倾向于使用手动控制技术，而拒绝使用自动化装置，这与工会组织反对技术革新的情况非常相似。毫无疑问，职业自豪感是原因之一，但如果过于强调这个原因就会蒙蔽我们的眼睛。

我问过一些航天飞机指挥官，既然他们用模拟器进行过相关训练，也在练习机模拟着陆中使用过自动着陆系统，为什么还要在实际飞行中关闭自动着陆系统呢？他们回答道，如果自动着陆系统出现问题，手动干预的难度将会非常大，甚至还会导致破坏性后果（而且，所有航天飞机备用着陆机场都没有引导自动着陆系统的高灵敏度地面设备）。在只有一次机会的情况下，你很可能会选择手动着陆吧。想想看，在法航447号航班的机器出现故障后，飞行员不是立即惊慌失措吗？

不过，就像前文中提到的欧航飞行员一样，航天飞机的飞行员也在接受引导提示和飞行航径矢量的指引。事实上，自动着陆系统还在提供这些数据，因为飞行员并没有完全关闭自动着陆系统，只不过不让它向航天飞机发送操控信号。在飞行员手动操控航天飞机时，自动着陆系统的算法还在通过引导提示向飞行员发出各种指令。

身系祖国财产安全与自身安全的阿波罗号宇航员及航天飞机指挥官，在处理人与机器的关系时做出了与欧航飞行员一样的选择，即选择了有视觉回馈的富交互，而不是“控制链路顶端”的自动监控系统。

航天飞行给人类带来了无数意想不到的困难，被航天飞机放弃的自动着陆系统不过是其中微不足道的一部分。2011年，航天飞机的退役引起了人们的无限想象，也把美国人推到了一个转折点。此时，人类进入太空已有40年的历史，而且无论是在虚拟世界还是在现实世界中，人类的太空飞行都取得了蔚为壮观的成绩，尽管其中也伴随着一些灾难性事故。

展望未来，观察家们提出了一系列问题：人类是否需要继续进行太空冒险呢？是否可以在地面上通过远程方式实现太空探索的目标呢？在思考航天飞机留给人类的遗产时，人们发现值得关注的不仅是科研上取得的巨大成就，人类的作用同样不容忽视。哈勃空间望远镜的修复和国际空间站的建造，似乎为重建传统的人类临场方式注入了活力。

与此同时，一个又一个小型机器人漫游车登上了火星。尽管数据带宽有限、时滞较长，但这些机器人漫游车为科研团队和大众提供了去往火星的强烈临场感。这些科研人员在地球上是如何产生“亲临火星”的感觉的？人类在火星上又是如何工作的？

为了回答这些问题，我们先看一些著名的载人和遥控航天飞行吧。哈勃空间望远镜的维护与修复工作，以及通过机器人漫游车完成的火星远程探索，都凸显了人类在太空的临场感，但是人类在这两项活动中所起的作用截然不同。在前一项活动中，人类是修理工或者建筑工，需要发挥能工巧匠的技艺；而在后一项活动中，人类是探索者，需要做出科学的判断。

在这两项活动中，随着人类走出大气层，在地球以外的环境开展工作，人类的经验和技术也在庞大的星际网络中不断延伸。机器人技术的兴起对哈勃空间望远镜的修理和空间站的建造产生了深远的影响。登陆火星的遥控漫游车使科研人员和工程师“置身”于另一个星球，并开展日常性的科研工作。

哈勃空间望远镜进入其太空轨道绕地球运行已有20多个年头了。在其中16年的时间里，人类在航天飞机的机舱外，通过自己的双手对它进行了5次维修工作。乍一看，这似乎充分地展现了宇航员的技艺。不过，这些任务的完成与机器人技术也有着密不可分的关系。因此，在深入研究人类在火星以及更遥远星球的远程临场能取得哪些突破性成果之前，我们有必要先思考“载人”航天飞机与机器人之间的密切关系，以及同机器人合作对于人类宇航员的重要意义。

空间望远镜的发展史，本身就是天文学家工作体验的演变史。从本质上讲，天文学家从事的是远程探索工作，虽然不会亲自前往他们所研究的环境，但他们的确是在偏僻的环境（例如，夏威夷莫纳克亚山以及类似的荒郊野岭，或者在夜深人静的时候登上世界各地的建筑物屋顶）中对研究对象进行认真观测的传统。如今，天文学家常常进行远程观察。他们坐在办公室里，提交望远镜观测时间申请，然后就可以通过互联网接收观测图像和数据。空间望远镜不过是天文学家远离观测场所的一个极端例子。

建立空间望远镜的想法由来已久。早在1923年，德国的火箭技术先驱赫尔曼·奥伯特就首次提出了这个建议。1952年，他的弟子韦纳·冯·布劳恩与艺术家切斯利·邦艾斯泰合作，在《科利尔杂志》上发表了一系列有影响力的文章和图片，展望了人类探索太空的前景。冯·布劳恩提出，轨道空间望远镜可以通过机器人操控，而宇航员会定期前往更换胶卷。冯·布劳恩没有预测到电子成像技术的进步，但他认为人类可以远程为望远镜提供服务的理念却成为现实。

图5–2 切斯利·邦艾斯泰绘制的未来空间操作示意图（1952年）。图的左侧是航天飞机，右侧是空间站，中间是空间望远镜，一名宇航员正在为空间望远镜更换胶卷

不过，在早期的哈勃望远镜维修项目中，人们就提出了由机器人完成空中维修的设想。航天飞机与哈勃望远镜会和之后，宇航员通过操作机械手抓取望远镜，然后把它放到有效载荷舱里的一个刚硬的支座上（这与实际的维修方式十分相似）。

不过，这个设想并不要求宇航员穿上宇航服，直接动手维修望远镜上的仪器，而是由机械手自动完成模块更换。机械手会麻利地卸下并回收需要更换的模块，然后安装好新模块。人们事先对所有零部件都有了充分了解，而且这些零部件都被加固过，即使20世纪70年代的机器人技术也能胜任这项与装配线自动作业非常相似的任务。

人类将在航天飞机内部参与维修工作，由一名宇航员操控机械手按照预设程序完成各项任务。美国航空航天局的“卫星维修之父”弗兰克·塞波琳娜回忆说：“宇航员的工作就是坐在舱内，按下按钮，操控机械手更换模块化的仪器。为了完成这项工作，人们制作了一个大型的实体模型，练习使用机器人拆卸、更换其中的仪器。在这个设想的激励下，加拿大开发出遥控机械手，并在航天飞机研发项目进行到后期时把它安装到了航天飞机上。

这个最初的设想有很大一部分被哈勃望远镜修复方案所吸纳，包括望远镜的维修支座、由人坐在航天飞机里操控的机械手。但是，修复方案还增加了一个关键性内容：宇航员身穿宇航服，进入有效载荷舱开展工作。通常，他们的身体会被绑在机械手的一端上，有时几乎整个人都要爬到仪器里面。

哈勃望远镜是美国国家航空航天局设计的第一颗由人类手动维修的人造卫星，在1990年进入太空轨道之后不久，就出现了维修问题。由于一系列计算错误和操作失误，地面工程师在建造望远镜的主镜面和用来测试评估主镜面时，留下了一些瑕疵。

当人们发现哈勃望远镜不能取得预期效果时，这台超出当年和随后几年预算的造价昂贵的望远镜仿佛成了一个毫无用处的蹩脚货。宇航员杰夫·霍夫曼回忆说：“哈勃望远镜几乎成为第二个‘兴登堡’号飞艇，是美国国家航空航天局的一个灾难。”这项计划遭到无数的嘲讽和指责，例如，1990年7月9日的《新闻周刊》在封面上刊出了“时运不济：美国国家航空航天局耗资15亿美元铸成大错”的大标题。

随着一些光学元器件发生故障，引人注目的哈勃望远镜修理任务就此拉开序幕。美国航空航天局召集有丰富航天飞行经验的人成立了一个维修小组，并把舱外的主要工作交给了航天员杰夫·霍夫曼和斯多里·马斯格雷夫。霍夫曼是一名天体物理学家，拥有哈佛大学博士学位，参加过前三次航天飞行任务。马斯格雷夫的阅历十分丰富，曾经是海军陆战队的机修师、飞行员、医生。由于马斯格雷夫当过外科医生，因此在精密性手工操作方面是小组中的权威人士。就像治病一样，他们也会给哈勃望远镜“做手术”，更换零件，修复有问题的地方，完成一些重要的升级工作，在“缝合”之后再把它送回太空轨道。

在任务开始之前，美国航空航天局局长丹尼尔·戈尔丁把维修小组叫到他的办公室，告诉他们美国航空航天局的前途全系在他们的工作表现上了。建立空间站的申请正在等待美国国会的审议，到底有多少人支持还不得而知。美国航空航天局必须证明自己可以弥补自己在哈勃望远镜项目上所犯的错误，在哈勃望远镜沿轨道运转的同时完成复杂的高风险维修工作。建设空间站需要大量体力劳动，但如果美国航空航天局不能在维修哈勃望远镜的行动中弥补自己的过失，美国国会不会再将更大型的项目交给他们。尽管这明显是一项机械修理工作，但由于需要修理的是探索宇宙起源的仪器，所以它对于人类社会而言具有深远的政治意义。

为了模拟失重状态，维修小组在美国航空航天局的水下训练池里进行了长时间的练习。维修程序异常复杂，马斯格雷夫和霍夫曼的腕带任务清单根本没办法写下所有步骤，届时会由坐在航天飞机里的其他宇航员读出指令，并通过无线电发送到他们的耳中。霍夫曼和马斯格雷夫对制造商开发的任务程序进行了完善、改写，针对操作说明上没有提到的意外情况，精心设计每一个动作。

1993年12月，“奋进”号航天飞机点火升空，开始执行有史以来最有野心的一项太空任务：宇航员将要完成5次太空行走，如有必要，还会进行第六次和第七次太空行走。起飞后的第二天，“奋进”号进入轨道，并且慢慢逼近哈勃望远镜。与此同时，维修小组对自己的设备进行了检查。找到受损的哈勃望远镜之后，他们发现还需要解决另外一个问题：望远镜的太阳能电池板不能正常工作，明显受到了物理损伤。第二天，为了维修太阳能电池板，位于马里兰州的地面控制台通过远程操作，关闭了哈勃望远镜，并把天线收了起来。

在计算机的控制下，航天飞机迅速向望远镜靠近。随后，指挥官理查德·科维接管了控制权，以手动操作的方式让航天飞机飞到了距离哈勃望远镜约9米的地方。此时，哈勃望远镜看上去似乎纹丝不动。在霍夫曼的记忆里，这台望远镜“无比神奇……你向外看去，这台巨大的望远镜就漂浮在有效载荷舱的上方，一动不动。但实际上，它和我们都在以每小时28 968千米的速度运动”。

图5–3 正在执行修理任务（1993年）的宇航员杰夫·霍夫曼（裤脚有横纹）和斯多里·马斯格雷夫。注意观察，霍夫曼的双腿被绑在航天飞机遥控操纵的机械手上

图片来源：美国航空航天局约翰逊航天中心。

在瑞士宇航员克劳德·尼科里埃尔的操控下，“奋进”号的机械手抓住哈勃望远镜，向航天飞机货舱里的一个固定工作台处移动。科维在无线电里喊道：“我们正在和哈勃先生的望远镜亲密握手。”随后，机械手将望远镜放到了货舱。维修小组通过机械手末端的遥控摄像头对“猎物”进行了一番详细检查。

第三天，马斯格雷夫和霍夫曼穿上宇航服，开始进行第一次太空行走。他们把工具挂在胸前的口袋和“鱼串钩链”（这个工具有多个钩子，仿佛钓鱼人用来挂鱼的钩链）上。

他们身上挂着各种各样的工具和配件，来到航天飞机的货舱，开始在真空的空间里布置工作区。他们把货舱变成了修理工的工作台，工作台上整齐地摆放着一排工具。有的工具是必需的，有的工具则是为了满足不时之需。马斯格雷夫回忆说：“我们准备了锤子、弓锯、撬棍等。幸运的是，我们并不需要使用这些笨重的家伙。不过，我们仍然做好了使用它们的心理准备。”

接着，霍夫曼在机械手的末端装上了一个脚限位器，固定住自己的两只脚。仍然坐在航天飞机里的尼科里埃尔操控着机械手，带着同事霍夫曼一起绕着望远镜走动，以便对望远镜做进一步的检查。在任务刚开始时，霍夫曼需要告诉尼科里埃尔如何移动。随着任务的进行，尼科里埃尔逐渐可以预见到霍夫曼的行动意图，两人的配合十分默契。

突然，一颗小螺丝钉从工具袋里“逃”了出来，漂浮在货舱的外面。这个突发情况引发了众所周知的“螺丝钉大追捕”行动，因为这颗螺丝钉对哈勃望远镜或者航天飞机的精密机械来说都是一个潜在的危险。在尼科里埃尔操控的机械手的协助下，霍夫曼来到远离货舱的外部空间，试图抓住这颗螺丝钉。但是，机械手的运动速度太慢，霍夫曼根本追不上这颗螺丝钉。于是，航天飞机飞行员、机械手后备操作员肯·鲍尔索克斯走到计算机旁边，修改了几个参数，加快了机械手的速度。最后，霍夫曼终于抓到了那颗螺丝钉。

很快，马斯格雷夫和霍夫曼打开了望远镜一侧的门，就像机修工爬进汽车里一样，霍夫曼也爬到了哈勃望远镜里面。他拆卸了几个发生陀螺仪故障的组件，并换上了新组件。

在这一天的任务快要结束时，马斯格雷夫转身去完成另外一项任务，霍夫曼准备关上这扇门。他在训练池里练习过关门这个动作。霍夫曼回忆说：“于是，我合上门，转动门闩，然后准备插上插销。”但是，门关不上了。听到霍夫曼的呼叫，马斯格雷夫走了过来，他也发现无法插上插销。霍夫曼至今还记得他们当时的沮丧心情：“这项工作基本上需要5只手才能完成，但是我们俩加起来才有4只手。”

为了解决这个问题，他们开始呼叫求助，并且把这个难题向地球上的工程师做了说明，还拍摄、上传了照片。最终，他们想出了一个办法：利用有效载荷约束装置（一种货物捆绑绳）把门向下拉。最后，门终于关上了。这次太空行走持续了近8个小时，是美国航空航天局历史上第二长的太空行走。霍夫曼发现，太空行走对体力的消耗并不是很大，但却让人的精神备感疲惫。

第四天，宇航员托马斯·埃克斯和凯西·桑顿为哈勃望远镜更换了损坏的太阳能电池阵列，还小心翼翼地安装了COSTAR——可以弥补哈勃望远镜核心光学器材缺陷的光学矫正组件。

第六天晚上，霍夫曼和马斯格雷夫在航天飞机有效载荷舱聚光灯的照射下，更换了哈勃望远镜的广角行星相机。霍夫曼的双腿再次被绑在由尼科里埃尔控制运动方向的机械手的末端，在马斯格雷夫的帮助下，从望远镜上拆除了这台仪器，它的大小与钢琴类似。霍夫曼将这台仪器放入航天飞机货舱里的一个特制的运载工具，然后装上了新相机。他清楚地知道，如果相机稍有摇晃或者有任何污迹，都会影响望远镜的成像质量。

之后，他们又花了三天时间，通过采取杂技表演般的行动，更换了太阳能电池阵列的驱动电子器件以及其他一些零部件。经过一番测试，尼科里埃尔再次操纵机械手抓起望远镜，把它放回太空轨道。

在描述这次任务时，马斯格雷夫使用了“舞蹈设计”、“芭蕾”等词语，来凸显这次维修任务的精细、完美和重要性。他认为，宇航员是耦合这个大型的人–机器人系统的关键，“我们是任务控制台的延伸，是控制人员的眼睛和手”。航天飞机飞行员肯·鲍尔索克斯说，这次任务是“飞行员与航天工程师的艺术创作和手工制作”。由于随时随地都有可能发生错误，导致代价巨大、令人难堪甚至非常危险的后果，因此现场气氛非常紧张。

这次任务完成得十分顺利，使哈勃望远镜成为美国航空航天局历史上最富有成果的科学项目。哈勃望远镜不仅可以让人类直接观察早期的宇宙，而且它对宇宙大小与年龄的测算、对太阳系的形成以及其他现象的观察结果改写了天文学课本。

第一次修理工作不只是对哈勃望远镜做了一次“外科手术”，也不只是精密的手工操作，更是人与机器人之间的一次协作。固定在机械手末端的人起到了“末端执行器”的作用，是人–机器人系统的眼睛和耳朵。

这是一个引人注目的组合。维修小组有5名成员坐在航天飞机里，通过语音、数据和视频同休斯敦建立联系；尼科里埃尔一面精准地操纵机械手完成各个动作，一面盯着窗外宇航员的工作进展情况；霍夫曼、马斯格雷夫和埃克斯、桑顿分成两组，在美国另一个地方的另一组人员的远程指挥下，轮流作业。弗兰克·塞波琳娜一直认为：“在完成维护任务的过程中，人和机器人缺一不可……机器人技术和人类一定要密切配合才可以。”这次任务的顺利完成，证明他的观点是正确的。

在第一次修理任务完成之后，宇航员们又在随后的三次修理任务（分别于1997年、1999年和2002年实施）中完成了哈勃望远镜的后续升级工作。他们为望远镜加装了照相机和光谱摄制仪，更换了出故障的传感器和电池，让望远镜的电子元器件基本达到了最新的技术水平。根据当初的计划，在2004年对哈勃望远镜进行最后一次维修之后，宇航员将于2010年再次去往太空，将退役的哈勃望远镜带回地球并陈列在博物馆中。

然而，2003年1月，“哥伦比亚”号航天飞机在进入大气层时失事，7名宇航员全部遇难。在美国航空航天局调查这次事故并重新评估“哥伦比亚”号的使命时，所有的航天飞机都暂时停飞了。

“哥伦比亚”号事故发生一年之后，美国航空航天局局长肖恩·奥基夫宣布美国将不再利用航天飞机完成哈勃望远镜的修理任务。在陈述理由时，奥基夫指出了其中的风险。由于哈勃望远镜的轨道交角非常大，因此安排宇航员进入空间站是不安全的。如果出现一个与“哥伦比亚”号相类似的问题，返航时就会有危险。但是，奥基夫做出这个决定的时机引发了人们的猜测。就在两天之前，当时的美国总统小布什宣布了他的“太空探索远景计划”（Vision for Space Exploration），该计划关注的核心问题是重返月球。近地轨道已经失去了吸引力，空间观测家认为，哈勃望远镜成了小布什新政的第一个“受害者”。

支持这项任务的人四处活动，试图说服美国航空航天局和国会改变这个决定。与此同时，美国航空航天局戈达德航天中心的专家们开始考虑用机器人完成哈勃望远镜的最后升级工作，并着手进行任务设计。为了解决这个问题，从2004年3月开始，1 000多人（其中包括来自美国航空航天局其他航天中心和承包商的人员）聚集在戈达德航天中心，用了一年时间，为2008年实施这项任务制订计划，还完成了该项目的初步评估。

2005年接任美国航空航天局局长一职的迈克尔·格里芬对利用机器人完成该项任务的可行性持怀疑态度。后来，美国国家研究委员会的一项研究发现，使用机器人完成维修任务的风险极高，并且认为由人工完成维修工作是一个更好的选择。这项研究令格里芬的态度更加谨慎，他立即取消了机器人计划，并在不久之后宣布启动SM4任务（即“第四次维修任务”）。SM4是一项基于航天飞机的任务，最终被安排在2009年由STS–125号航天飞机来执行。

戈达德航天中心的机器人计划最终未能实施，不过，它仍然值得我们关注，因为它与人–机器人维修任务形成了一个鲜明的对比。而且，尽管原本计划由机器人完成的这些任务最终由宇航员来完成，但是这个计划还是产生了某种影响，是人与遥控系统共同演化的又一个实例。

戈达德团队发现，机器人执行维修任务的设计工作异常复杂，更何况维修对象还是哈勃望远镜。根据哈勃望远镜的设计，它的维修应该由人而不是机器来完成。以哈勃望远镜的陀螺仪为例，这些精密的陀螺仪都位于望远镜内部很深的位置。在之前的三次维修任务中，6名宇航员爬进望远镜内部，蜷缩着身体，更换了其中8个陀螺仪。而且，每次更换都遇到了一些麻烦。

在机器人计划和SM4任务中都担任系统工程师的阿瑟·惠普尔发现，尽管他们在机器人计划上绞尽脑汁，“但是因为设计的问题，这个界面特别难安装，无论你怎么努力，想完成任务都不是一件易事”。难以想象机器人可以像霍夫曼那样爬进哈勃望远镜的内部，于是戈达德团队另辟蹊径，决定在一组相机的外部加装一些陀螺仪。他们还发现，适合用机器人完成维护任务的那些设备，都具备优秀设计的普遍特点：被安装在航天器的外部，伸手可及，便于拆卸。适合机器人的设计同样适合人类，人类难以处理的设计对于机器人来说难度就更大了。

戈达德团队为机器人设计了一组奇特的工具，用来实现打开舱门、挡住舱门不让它关闭以及放置其他工具等用途。后来，这些工具的使用者变成了人类。在执行SM4维护任务时，7名维修小组成员使用了前几次任务中用过的66件工具，以及原本是为机器人设计的100多件全新的工具。

在这些奇特的工具中，有一件工具的功能非常简单，就是收纳螺丝钉。美国航空航天局希望更换哈勃望远镜里边的电路板。这些电路板与那些可置换的部件有所不同，当初在设计时就是无法修理的。更换这些电路板需要松开几十颗小螺丝钉。在为机器人完成该项任务进行设计工作时，戈达德团队的工程师们准备了一个可以用螺栓固定在哈勃望远镜外部的特制回收盘。在SM4任务中，维修人员用这个回收盘收纳螺丝钉。它可以有效地防止螺丝钉飘走，从而避免“螺丝钉大追捕”的事件再次上演。有了这件工具之后，执行任务的人就可以对哈勃望远镜实施“大手术”，拆卸100多个这样的小螺丝钉，然后把这些螺丝钉放到回收盘里，包起来收好。惠普尔发现：“为机器人执行任务而设计并接受过测试的特制工具，在人类执行维修任务时也可以有效地发挥作用。”

SM4任务是最富有成效的哈勃望远镜维护任务。它之所以如此成功，部分原因就是这些为机器人设计的工具。在任务执行过程中，他们也遇到了一些机器人难以处理的意外情况。有一次，宇航员迈克·马西米洛在拆卸一个扶手时，发现一个螺栓滑丝了，用手工工具根本无法拆除。在考虑了一会儿之后，他选择用暴力拆除的方法卸下了这个扶手。

在比较人和机器人执行维修任务的优劣之处时，戈达德团队对两者在时间上的差距进行了量化分析：机器人完成这项任务的计划时间是73天，其中维修工作需要61天；如果由人类来完成这项任务，那么从航天飞机发射到着陆一共只需要13天，其中维修工作需要6天。

惠普尔最后断定，由人完成维修工作耗时少、效率高，由机器人完成维修任务，耗时较多但时间限制少。交互的时滞使遥控机器人的“行动–响应”周期变得特别长。惠普尔面对着一个微妙的难题，必须在成本、复杂性、时间、人的临场感等因素中做出取舍。

哈勃望远镜的维修任务引人注目，但这些任务与冯·布劳恩最初提出的更换胶卷的任务并没有多大的不同，从本质上讲，它们都是机械维修任务。人类特有的能力来自灵巧的双手和人体对物理环境的充分了解。不过，戈达德团队提出的时间问题将空间维修任务与远比它广泛的人类探索活动联系起来了。

火星探索漫游车（MER）任务的首席科学家斯蒂芬·斯奎尔基斯，经常因为任务进展缓慢而不胜烦恼。他说：“野外考察一周的工作量，火星漫游车需要4年的时间才能完成。它的进度慢得让人无法忍受。”惠普尔关于哈勃望远镜维修任务的发现引起了他的共鸣，他也认为机器人动作缓慢，而且远程空间作业不可避免会有时滞问题（哈勃望远镜维修任务的时滞为几秒钟，而火星探索任务的时滞为20分钟）。科学家们（确切地说，野外地质科学家们）认为，人类在同周围环境进行内容丰富的实时交互时，所表现出来的特殊洞察力是值得称道的。

因此，在考虑人与机器人在空间探索中到底应该扮演什么角色这个问题时，月球和火星探索活动中凸显的时间问题让我们把关注的焦点再次投向野外地质学，也就是罗勃·巴拉德利用“阿尔文”号与遥控水下机器人进行的科学研究。

亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的创立者基普·霍吉斯是一位研究成果丰硕的野外地质学家。在谈到自己的工作时，他说“最好由一两名地质学家独自在野外开展工作”。地质学家的足迹应该遍及整个地球，还需要提出多种假设。随着研究人员停下来认真研究所遇到的情况并对研究计划做出相应调整，这些假设也应该随之变化。霍吉斯在工作中追求的首要目标是制作一幅地质图，大致表现出研究地域可能的地质演变历程。他强调，从职业特点来看，地质学这门科学“对创造性思维的依赖程度更高，循规蹈矩的执行力相较之下并不重要”。霍吉斯认为，野外地质学研究“似乎离不开自主机器人的辅助”。

令人意想不到的是，地质学的研究区域分布最广，但是在20世纪却引发了激烈的论战。历史学家内奥米·奥利斯克斯指出，美国地质学家在几十年的时间里拒不接受“板块构造学说”的部分原因是，这个理论对他们钟爱的野外地质研究方法构成了威胁。支撑“板块构造学说”以及类似理论取得浩大声势的基础是，一些基于实验室研究、量化程度更高的科学研究取得了迅猛发展。对于野外地质学家而言，选择接受哪种理论其实就是在两种不同的人生道路中做出取舍。罗勃·巴拉德利用“阿尔文”号对水下野外地质学研究的成功干预（以及地质学家后来抵制更抽象、数据量更大的远程临场），就是在这种情况下做出的一种选择。

尽管野外地质学是一门依赖直觉、默默无闻的学科，但是在阿波罗计划中却占据了主导地位，宇航员与为他们培训的地质学家之间合作得也十分成功。在完成了着陆月球的早期任务之后，阿波罗宇航员的注意力发生了转移，开始考虑他们需要在月球表面完成哪些工作。他们迫不及待地参加地质学培训，同地质学家与行星科学家密切合作，学习野外研究的方法。在拥有了跟野外地质学硕士研究生差不多的经历之后，宇航员们在从事科学研究时态度都十分认真。

这种变化得到了美国航空航天局的认可。在做阿波罗17号登月舱的最后飞行准备时，美国航空航天局将从未去过太空的地质学家哈里森·施密特的名字加进了机组人员名单，让他取代了一位有经验的宇航员。在阿波罗17号机组人员中加入一名科学家，这似乎是对科学家的一种恩惠，是对他们重要价值的一种认可，科学研究的质量也可能会因此有重大提升。的确，积极游说改变机组成员结构的美国国家科学院等组织对于施密特出现在任务名单中的现象，是持支持态度的。

但是，并非所有科学家都持有相同的立场，至少有一位参与程度很深的地质学家认为这是一场灾难。这位地质学家认为，施密特在月球表面做出的一些判断过于草率。他更倾向于用宇航员，因为他们都接受过地质学硕士水平的专业培训，举手投足就像一位实验室技术人员。他们严守纪律，老老实实地充当地面科研人员的眼睛和双手，而不会在科研方面做出一意孤行的判断。这位地质学家说：“接受过良好地质学专业培训的宇航员在言谈举止方面并不亚于受过训练的地质学家。其他宇航员则会更严格地遵从计划安排，更愿意按指示和指令行动。”

在这位地质学家看来，这些宇航员与那些被绑在机械手末端、执行哈勃望远镜维修任务的宇航员没有多大区别，都是各种专业人员延伸出来的可以移动的“眼睛”和“手”。事实上，现在仍然与施密特合作开展研究的霍吉斯认为，阿波罗项目“其实就是远程机器人技术”，因为“这项工作的实质是将宇航员当作工具，努力生成数据并传送回地球上的科研实验室，供分析研究之用”。

布朗大学的吉姆·海德为准备执行阿波罗15号野外考察任务的宇航员戴夫·斯科特进行了培训。海德强调，有必要放松对宇航员的限制，让他们也可以做一些决定。时间是一个非常重要的稀缺因素，而且科研任务在进展上经常面临压力，这些情况意味着人必须拥有足够的知识，才能在月球表面快速移动。（当然，这么快的节奏也是人亲临现场造成的结果，因为他们拥有的维持生命所需的资源非常有限。）

如果我们把宇航员看成太空探索系统的一个部分，而不是在月球表面冒险的一个个孤立的人，就能更好地了解他们的状况。登上阿波罗号之后，他们可以通过无线电与月球轨道上的一名同事以及与休斯敦的地面控制台取得联系。在登上漫游车之后，漫游车上安装的电视摄像头会把实况信号发回地面。在后期任务中，地球上的操作人员可以操控相机的云台，追踪拍摄宇航员的活动（就连宇航员乘登月舱升空返航的实况视频也被传送到了地球上）。

有了远程控制摄像头之后，我们只需稍微发挥想象力，就能想象地球上的人员通过同一个界面指挥漫游车执行任务的情况。20世纪70年代，苏联就是通过地球上的控制台操控两台月球漫游车的，整个活动持续了近一年时间。对从地球到月球这样的距离而言，远程操作的时滞非常短，仅为几秒钟，因此具有非常高的价值。不过，美国航空航天局从来没有将遥控漫游车送到月球上（尽管目前有一些个人资助的项目瞄准了这个目标）。

面对由从事探索活动的科学家、从事技术工作的宇航员和准实时遥控漫游车构成的月球地质研究体系，人们不禁要问：在其他行星上从事探索和科研活动时，到底需要什么样的临场方式呢？

为了回答这个问题，我们不妨做一个思维实验，想一想阿波罗17号宇航员的月球行走距离：22个小时（分三次），行走距离约为35千米（22英里）。如果将其画成一个完整的圆，它的面积约为100平方千米。

现在，我们考虑月球探测机器人“跳跃者”的情况。从宇航员队伍退休后在麻省理工学院任教的杰夫·霍夫曼就在从事这种机器人的研究工作。用脉冲电流发动一台小型火箭引擎，就可以让这些机器人在月球表面“跳跃”行走。由于月球的万有引力很小（约为地球的1/6），因此这些跳跃可以跨越几千米的距离。

在我们的这个思维实验中，探月任务从地球开始，将两台“跳跃者”机器人送到月球上。在月球着陆之后，专门负责绘制地图的第一台“跳跃者”机器人就会给自己松绑，然后以跳跃的方式圈出100平方千米的勘测区域，并利用高清晰度相机、激光雷达、分光仪以及其他传感设备为整个区域绘制一幅地图。地图上标记有地形以及其他测量数据，精确程度非常高，可以达到毫米级。机载电脑处理完这些数据后，通过遥测线路发送回地球。随后，位于休斯敦的数字制图员就可以根据这些数据，娴熟地绘制出一副毫米精度的勘测区域地图。

之后，这些数据被转交给一组地质学家。在接下来的几个月时间里，这些地质学家通过电脑显示器研究这些数据集、地形图和整个勘测区域。他们利用虚拟现实头戴显示器设备或者特殊的拟真室，模拟在该环境下驾驶月球车的体验。由于数据集的比例尺非常小，因此在他们感兴趣的地方，他们几乎真的可以“停下来”认真勘查（当然，他们不会踢到石头）。科研人员一起探索，不时地停下来，就展现在他们眼前的情况以及下一步计划展开深入讨论。

几个月之后，地质学家们会汇总他们的研究成果，在勘测区域里选出有价值的地点。最后，他们会提出一个采样计划，并交由一群工程师改编成一组指令和路线，由一直在月球表面待命的“跳跃者”二号付诸实施。

“跳跃者”二号的功能不是拍摄图像，而是钻孔、刮擦、锤打和采样。假设地质学家根据“跳跃者”一号制作的地图确定了100个点位，那么在接下来的几天里，“跳跃者”二号就会有条不紊地收集样品和石块，然后送到实验室仪器中。

实验室仪器可以分解、分析样品。如果这套仪器足够先进，它甚至还可以把样品分类，放进标本袋，然后装到一个小型火箭上。随后，这个火箭会从月球起飞，回到地球（20世纪70年代，苏联的登月计划就采取了这种做法）。

整个过程的进展速度远比为期三天的阿波罗17号登月活动缓慢，需要3~6个月的时间才能完成。

我提出这个思维实验的目的并不是倡导设计一个类似的任务，尽管这对现有技术而言并不是一件难事。我希望通过这个实验强调一个问题：宇航员的哪些行为，是地质学家在地球上通过研究超高精度的3D图像所无法实现的？研究土壤？获得“情景意识”和“临场感”？与周围环境进行实时交互？火星探索漫游车项目产生的真实体验有助于回答这些问题。

2003年，两辆移动式机器人——“精神”号与“机遇”号，从地球发射升空，并于2004年分别抵达火星的两极。两台机器人各携带一套照相机、仪器和工具，因此它们可以在火星上穿行几千米的距离，并完成绘制地图、钻孔及岩石分析等工作。这次科研活动的首要目标是寻找火星早期有水存在的证据，终极目标是寻找地球以外的生命。

尽管按照最初的计划，这次活动的持续时间仅为90个火星日，但是两辆探索漫游车在火星上的实际工作时间延长了许多倍。2009年，“精神”号陷入了泥土，并于2010年失去联系，而“机遇”号则在计划截止日期之后又工作了10年。截至2014年，“机遇”号的行走距离（40.25千米）比阿波罗17号月球漫游车和苏联的Lunokhod二号月球漫游车的行走距离（分别为35.7千米和39千米）都长，创造了一项地外行星漫游车行驶里程纪录。

多年来，这些漫游车一直由美国航空航天局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室控制。实验室的工程师和科研人员坐在没有窗户的房间里，通过向漫游车发出指令、审阅数据，进行对火星的全面探索（在刚开始的几个月里，这些科研人员都需要“按计划”执行一些科研任务。之后，很多人都会返回自己所在的研究所，通过互联网参与后续工作）。

漫游车需要太阳能电池板为其提供动力，因此大多数操作都需要在火星上的白天进行。火星日比地球日长约40分钟，有时候两者正好同步（此时，这些科研人员上的是白班），但有时候火星日和地球日相反，导致科研人员总上夜班。有的佩戴多块手表，分别显示火星时间和地球时间。这种不规律的作息时间，或者说“行星时差”，会对人的工作表现造成负面影响，长此以往，就会影响到漫游车的科研产出效率。

不过，在21世纪的头10年，已经有为数不多的科研人员适应了这种生活。他们早晨开车去上班，但他们的工作对象却在另一个星球上。在与他们相距不远的地方，“捕食者”无人机的机组人员也过着类似的生活：早晨开车去上班，从事的工作则是参与远程战争。

图5–4 亲临火星的感觉。参加火星探索漫游车科考活动的科研人员正在查看地图和科考计划

图片来源：威廉·克兰西的《火星探索》。

这是一种异乎寻常的工作。地质学家进入这一行的原因有可能是他们喜欢从事户外考察活动，但现在，他们却被关在有空调的房间里，整天不是盯着显示屏，就是开各种各样的会议。与传统的野外地质考察有所不同，他们需要通过架设在两个不同行星之间的有时滞、带宽有限的链路，协调人和机器人，让他们进行更密切的合作。

比尔·克兰西是计算机和认知科学家，研究过科研人员在与世隔绝的北极环境中使用机器人的情况。后来，他的注意力转移到了喷气推进实验室的工作人员身上。在研究这些工作人员所做的火星探索工作时，科研人员产生的对遥远行星的临场体验激发了他的兴趣。

公开描述和媒体报道（包括美国航空航天局发布的资料）常常把火星探索漫游车称作“机器人探索者”。但是，这种叫法显然是不对的。机器人无法自主探索，无法做出判断，也无法完成任何科研活动。因此，它们不能被称作“机器人探索者”，而更像遥控水下机器人——二者唯一的区别是指令与响应之间的20分钟时滞。

克兰西说，漫游车是人们“当作工具使用”的机械装置，是人类延伸到地球以外的“眼睛”和“手”。他认为，漫游车不像科学家，而更像可编程的移动实验室；它不是认知代理人，而是物理替代者。他在相关论述中描绘过科研人员“化身为漫游车”的体验。用“捕食者”无人机飞行员的话来说，科研人员想象着“自己置身于漫游车的景象”，结果发现自己好像真的亲临其境了。想看漫游车后面的情况，就会转身朝自己的身后看；想看石头四周的情况时，就会拼命伸长脖子向一侧看。一位科研人员说：“这是一种人机合一的奇怪感觉。漫游车变成了我们的一部分，我们也变成了漫游车的一部分。”还有一位科研人员说：“我的整个身体都变成了漫游车。”

既然有这样的感觉，把漫游车称作“机器人探索者”又有什么意义呢？

在这个问题的引导下，克兰西闯进了野外科考与远程临场的研究领域。他发现，一些任务报告不断地“把机器人在远程控制下做出的行为视为它们的自主行为”，例如“‘精神’号又采集了一些右前轮图像”。

首席科学家斯蒂芬·斯奎尔斯称，为了生计，他“在另一个世界里从事地质研究”，而“行星探索、机器人技术和管理等因子构成了一个非常奇怪的组合”。在谈及团队的研究工作时，他常常称他们的团队就在火星上。比如，他会说“我们在平原地区勘查的时候……”，还会说“我们已经到达‘耐力’号陨石坑……”（意思是“我们眼前是斜坡”）。与“杰森”控制车内部环境相似的是，克兰西发现火星探索漫游车工作小组也有一种强烈的临场感，仿佛置身于所研究的地形地貌。“通过漫游车，我们仿佛全部来到了现场！”

火星与地球的平均距离是1.4亿英里（约2.25亿千米），这意味着从地球上发出的指令要以光速传播约12分钟之后才能到达漫游车，漫游车根据指令完成的动作要在约12分钟之后才能被地球上的人看到（实际所需时间为3~22分钟）。在实际操作中，这意味着研究团队的工程师们向漫游车发出指令并看到执行结果的频次大约为每天一次。

密切关注这些任务的人常常认为，如此长的时滞会彻底破坏人们对火星探险的临场感，但克兰西的研究发现情况正好相反。时滞催生了每天循环一次的交互周期，“增强了协同作业的感觉，进而让人们产生了亲临火星的体验”。在使用“杰森号”的过程中，机器人科学家逐渐把“杰森”的控制室变成了海底世界实时研讨会的会场。而在火星项目中，人机交互的日循环使人们深入地沉浸在机器人发送回地球的数据之中，临场感实际上得到了加强。

“精神”号与“机遇”号不会自主工作，而是成了科研人员身体和感官的物理替代品。从认知角度看，研究工作仍然是在帕萨迪纳完成的，只不过在空间与时间上发生了一些变化（空间上是上亿千米的距离，时间上是周期一天的日循环）。“捕食者”无人机操作人员的临场感对他们所处社会环境有很强的依赖性，与之相似，科研人员因为自己的感知、团队合作、星际系统和漫游车而产生了身处火星的感觉。地球上的团队可以看到火星的物质，分析所接收的数据和图像并做出决定，将指令发给漫游车，然后监控漫游车根据指令采取的行为。用克兰西的话说，这些行为构成了“远程机器人的活动、评估和编程的日循环”。至于说整个循环过程需要一天，而在地球的沙漠里用地质锤敲打岩石只需要几毫秒，从长远来看，两者之间的差别几乎可以忽略不计。

现在，我们回想一下斯奎尔斯在评价漫游车工作进展缓慢时经常说的那句话：“野外考察一周的工作量，火星漫游车需要4年的时间才能完成。这种进度慢得简直让人无法忍受。”这个观点似乎有点儿奇怪，因为它会让人误以为派宇航员登上火星的主要原因是人的速度比漫游车快。几乎没有人认为这个理由站得住脚，因为将人送上火星，哪怕只在那里停留几个月的时间，也需要耗费大量财力。借助漫游车，火星上的研究工作已经持续了10多年的时间了，但其代价仅相当于一次航天飞行的成本。

克兰西解释说，从斯奎尔斯对漫游车速度的评论可以看出，科研人员的心中有一定程度的对火星临场感的需求。远程机器人技术可以提供临场感，但是需要付出一定的代价。克兰西说：“科研人员希望可以亲自前往考察现场，但机器人技术却让他们远离现场。”远程机器人取得的成功，反而让科研人员意犹未尽。就像“捕食者”无人机的飞行员所感受到的有限临场感一样，漫游车给科研人员带来的临场感也是“不尽如人意”。

科研人员认为，“地质学家一分钟的工作量火星探索漫游车需要花费一天的时间才能完成”的观点是一个“根本性的谬误”。事实上，等待时间有利于研究者分析数据、认真思考，并且方便科研小组集体商讨下一步活动。像“杰森”的控制小组一样，地球上的科学家们在执行下一个步骤之前可以先深入讨论，然后做出决定——在空间和时间两个维度上做出新的工作安排。

漫游车被称作“机器人探索者”的一个原因是，人们认为这些机器人可以自主作业。但是，20分钟时滞造成的远程环境浸入感有更丰富的内容，可以帮助我们在具体环境中实现漫游车的自主性。在等待地面指令的时候，“机遇”号应该可以利用漫长的时滞执行本地指令。而且，“机遇”号也确实完成了无数的本地反馈循环和维修工作，在没有人类干预的情况下，控制所有仪表并保证漫游车处于健康稳定的状态。

但是，在实际情况中，漫游车的自主性所发挥的作用是，为人类工程师操控漫游车提供了一个便利条件。举个例子，漫游车在遇到一堆岩石或者障碍物时，可以根据自带相机拍摄的图像，利用AutoNav程序自主地设计行进路线。但是，在这个过程中，漫游车每10秒钟就要停下来一次，对着眼前的地形观察20秒钟。因此，这样的自主性非常费时。如果人类事先规划好前进路线，漫游车的速度就可以提高三倍。在另外一种自主模式下，漫游车可以根据科研人员设定的标准自动选择岩石目标。在所有模式下，自主性都能让机器人完成人类操作员设定的特定任务，但也会涉及一个平衡问题。例如，要让漫游车更快速地到达指定位置的话，地球上的人就需要花费时间完成大量的分析、规划工作。

用克兰西的话说，这里的自主性其实就是“人、技术和任务环境之间的相互关系”。事实再次证明，只有在特定背景下，自主性才有意义。火星探索漫游车项目的一位机器人技术工程师发现，他帮助设计制造的机器人在野外勘查现场并不是一个可以自由行动的智能体，而更像一名“合作伙伴”；不像一个技术型机器人，而更像人类的合作者。对于这个发现，他感到非常“惊讶”。很显然，这位工程师之所以感到惊讶，是因为他在实验室里建立的自主机器人概念与机器人在现实世界中的应用发生了冲突。

有人指出，人类亲临火星将会提升野外勘查的效率。但是，为什么要追求效率呢？花更少的时间，做更多的工作，到底有什么好处呢？他们的回答是，因为野外勘查的时间非常宝贵、稀缺，所以人们一直梦寐以求在尽可能短的时间里获得尽可能多的数据。但是，火星探索漫游车项目的野外勘查持续了至少10年。而且，在火星日的间隙里，科研小组抓紧时间厘清思路、达成一致意见、制订后续计划，因此这些时间并没有被浪费掉。

阿波罗号宇航员常常谈及他们在执行任务时赶时间的情景。由于人类的存在，他们必须在限定时间内完成大量工作。在他们看来，既然科学研究是一种智力活动，那么将认知结果及时传播出去肯定很重要，不是吗？

我询问过一些野外地质学家，他们的工作为什么需要与周围环境发生实时交互？如果放慢进度，将会造成什么损失？经过一番讨论，最后，基普·霍吉斯说：“我一直认为，野外地质勘探在等待时间长短这个方面没有任何要求。”

别忘了，我们讨论的是地质学。海洋深处以及地球、月球和火星表面，这些环境成千上万年来都没有发生太大变化，研究它们的时间足够充裕。

当然，瞬息万变的现象俯拾即是，在研究这些现象时，科研人员必须实时掌握相关情况。比如，泥浆和熔岩的流动，或者在“阿尔文”号造访的深海热液喷口区生物的生活习性。但是，即便是观察这些生物，大多数生物学家也不愿意打扰它们的生活。因此，简单的高速摄录装置可能是较为合适的观察工具。在行星探索活动中，研究对象的变化速度都非常慢。对于岩石而言，由人类在两周内完成勘查任务（成本为1 000亿美元），还是由机器人耗时10年完成这项任务（成本为10亿美元），两者之间没有多大的差别。

美国得克萨斯大学的天文学家丹·莱斯特认为，我们应当反思传统的探索概念。他指出，尽管人类科学家和他们的火星漫游车显然是在从事探索工作，但美国航空航天局仍然将“探索”一词仅用于指人类的航天飞行，美国国会在立法时则使用了更笼统的“人类（在太空中的）临场”。莱斯特说：“如果美国国会在审批一个价值170亿美元的计划时使用‘人类临场’这个词，就说明这个词值得我们加以关注。”

既然“精神”号和“机遇”号提供的这种远程临场感足以满足人们的需求，那么为什么还要求人类“亲临现场”，去往火星这样一个陌生的环境呢？

莱斯特警告说，在他看来，太空探索“与类地行星远程机器人研究是大不相同的”。他指的是等待时间，即通信过程中信号和数据的延时传输。莱斯特认为，这些等待时间让人在火星上的临场感变得“无比糟糕”。在他看来，临场感要求等待时间必须处于人类反应时间（约200毫秒）的范围内，而火星到地球的距离是无法满足这样的要求的。

在200毫秒之内，光传播的距离约为3万千米（约1.8万英里）。莱斯特把这个距离称作“认知地平线”。在这个距离以内，我们可以产生远程临场感，反之则不能。月球的距离比认知地平线远6倍，火星到地球的距离是这个距离的几千倍。

莱斯特与美国航空航天局的哈利·特洛森认为，即使无法去往火星，人类也必须实现在火星环境中的实时临场感。如果从地球发射一个质量体，让它到达围绕火星的运行轨道上，与代价昂贵、危险性高、发射至火星表面的质量体相比，二者对质量体的质量有不同要求，前者可以接受的质量仅为后者的1/2。莱斯特和特洛森支持“在轨机器人技术”，让宇航员在围绕火星或其他星体的运行轨道里操控星体上的机器人。他们指出：“由人类临场衍生的探索活动可能不需要人类亲临现场，尽管它可能需要人类待在附近的某个位置……这样做的意义其实就是将人类的感知从某个可能不是很友好的地点传递至另一个比较友好的地点。”

这种认知延迟的观点比认为远程临场并不真实的观点更值得赞赏，但它也会导致另外一个错误倾向，让人们以为有时滞的临场感不是一种真实的临场感。飞行员在操控“捕食者”无人机时，时滞比莱斯特和特洛森的认知地平线要长近10秒钟，我们可以询问他们是否体验到了临场感。比尔·克兰西对火星探索漫游车团队的研究，以及他收集的大量经验与系统数据，都与这个错误假设完全相反。时滞为什么会破坏临场感？如果我们的数据是几分钟甚至几个小时之前获取的，难道我们就无法产生临场感了吗？

如果研究对象成千上万年来都没有发生变化，那么我们等待20分钟又有什么问题呢？莱斯特和特洛森可以接受人类临场感在空间上的变化，但却不愿意接受它在时间上的变化。

我的目的不是支持或反对人类的航天飞行。无论在过去还是将来，证明航天飞行有重要意义的理由总是与工程示范、民族尊严和国际竞争有关，而与认知或行为任务的优点则关系不大。事实上，航天飞行突出地体现了空间、时间、任务复杂性、机器人技术与人类体验之间的关系。在近地轨道，等待时间比较短，直接操控远程机器人系统可以完成很多任务。在时滞稍长一点儿的月球上，远程操作展现了美国航空航天局尚未发现的巨大潜能。火星上的时滞长得多，人类的行为和作用必须通过工作实践和自主机器人等技术分布到时间这个维度上，创造出新的工作方式。所有这些并不意味着我们从此以后可以体验在火星地表的临场感，而是为我们带来一个新的合作方式，赋予我们新的科研方法以及探索我们这个世界与太阳系的新方法。

在太空中，由于距离遥远，传播认知结果需要耗费时间，但也便于我们了解自主机器人作为人类的合作伙伴是如何为整个太阳系绘制地图的。在下一章，我们将讨论如何在地球表面将人类对世界的理解编写到自主型系统的程序之中。