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  耗资25亿美元之后,NASA终于把太空史上最大的火星车“好奇号”送到了目的地。在预算受限的情况下,“好奇号”所取得的非凡成功掩盖了一个关于太空探索的重大真相:它需要狂热的信仰和对失败的超高容忍度。

  文_Jeffrey Kluger 编译_卢晓菲

  就在“好奇号”登陆火星前的几分钟内,美国国家航空航天局(下称“美国航天局”)喷气推进实验室任务控制中心的人们吃掉了一堆花生。在喷气推进实验室,每当有航天器准备登陆,花生都是必不可少的东西,这个习惯始于1964年7月31日,彼时“徘徊者7”号无人探测器正在准备登陆月球。“徘徊者号”探测器的任务很简单:撞击月球表面,在撞毁前拍摄几千张图片传回地球。纵使这样,在它之前的六颗“徘徊者号”探测器都未能成功完成任务,喷气推进实验室的工程师们知道他们快要没机会了。“徘徊者7”号最终打破了一连串失败的困局,而在它着陆的时候恰好有人在吃花生。因此,喷气推进实验室的导弹人觉得花生好像是个护身符,吃花生这个惯例也就没有人敢打破。

  但是让“好奇号”安全着陆,需要的不仅是运气和花生。美国东部时间8月6日凌晨1点25分,这个跟一辆SUV同样大小的探测器,以每小时20920千米的速度闯入火星大气层。在火星地面上空11千米处,飞船减速到每小时1450千米的时候,隔热板会弹出,然后降落伞将打开。制动火箭会把探测器和流动站带到离地面只有两层楼高的地方并悬停在那里,然后用缆绳把这个造价25亿美元的“好奇号”轻轻地放到红色的土地上,就像外太空牵线木偶那样。

  在芝加哥,阿德勒天文馆主办了一个深夜睡衣派对,方便追踪登陆直播。在纽约,人们齐聚时报广场,盯着那个平时只放广告的大屏幕。美国航天局网络直播了这次登陆,访问量如此之大—在着陆前后的四个小时里,有2300万人在线收看—以至于服务器都崩溃了。

  人们在直播中看到的不是宇宙飞船靠近火星,而是一屋子穿着蓝衬衫的控制人员,嘀咕着数据收集、成像激活、浮锚部署等等。尽管这些内容大部分都难以理解,但很显然有些好事情正在发生。随着飞行动力学工程师埃伦·陈喊道:“空中吊车准备”,整个屋子瞬时变得鸦雀无声。不到一分钟之后,他宣布:“着陆确认!我们安全着陆火星了!”随之寂静被轰地一下打破。

  “太震撼了!”项目副经理理查德·库克在随后的新闻发布会上这样惊呼道。

  事实上,制动火箭能把“好奇号”直接放在表面,但是那会扬起太多的尘土,也许会在它开始工作前就弄脏它。所以工程师们选择了这种困难、创新和危险的解决方案,因为简单,也因为它是最佳方案。

  两艘美国航天局的宇宙飞船—“火星全球勘探者号”和“火星奥德赛号”—帮助“好奇号”传输信号到地球并迎接新来的姐妹号登陆。尽管“好奇号”刚着陆开始工作,但已经有超过八个美国航天局的探测器在太阳系运行,正在探索或者准备去探索——月亮、水星、木星、土星、冥王星、小行星谷神星,以及这些行星以外的星际空间。

  然而,“好奇号”也许是探索的最高境界。它携带了十台仪器,总重量比之前登陆的高尔夫球车大小的火星探测器“勇气号”和“机遇号”重十五倍,它将研究火星的地形、化学和可能的生物,在这个数十亿年前温暖且充满水的星球上寻找碳、甲烷和其他有机体的踪迹。之前的探测器和着陆器都强烈暗示了火星上可能存在生命—或现存或远古,科学家期待“好奇号”能够给出定论。

  跟着水走

  火星今天可能只是个被陨石撞击后的荒漠,但它以前可能非常不一样。它的表面有干涸的河床、空荡荡的海盆和尘土飞扬的海洋。把地球的大气层抽掉99%,然后蒸发掉它所有的水分,它看起来就会很像这个毫无生气的表兄。火星在它45亿年的生命里最多有10亿年是湿润的,但正如地球所证明的,那已经足够创造生命。

  正如1990年代所发现的,火星表面的化学物质跟一个曾经被水覆盖的星球是一致的。“勇气号”和“机遇号”探测器用刮削器、钻机和磨蚀工具发现了丰富的矿物质,而那些矿物质只能存在或通常存在于有水的环境里—包括盐、石膏、硫酸钙和一种叫赤铁矿的矿物质。火星勘测轨道飞行器发现一个火星斜坡上有一些季节性的条纹形成又消失—标志着地下藏有水源,这些水在火星的春天融化和流动,然后在冬天凝结和收缩。

  “好奇号”的着陆地点是一个叫做“盖尔环形山”的地方, 宽达155千米。它位于火星的南半球,有着38亿年历史—古老到经历过火星可能的气候湿润时期,因此那里可能曾是个大湖泊。盖尔环形山的正中是一个叫做“夏普山” 的4800米高的山峰,它被暴露在外的层状沉积堆环绕。环形山的坑壁和盆地都有像水蚀形成的通道,一个冲积扇—定义地上三角洲的放射状的通道—就在最初着陆点附近的泥土里。这些都促使地质学家不得不去搜寻生命存在的基本条件。地质学家和项目科学家格罗辛格说:“我们希望找到和水相互作用的矿物质。”他说,早期的着陆器做过一些土壤分析,“但这次我们会找到实际的化学物质。”

  “好奇号”将开展一系列的搜索活动。这个探测器的手臂将挖掘一些泥土样本,然后传送到流动站的分析室,在那里将用气相色谱仪、质谱仪和激光光谱仪来分析他们,寻找标志性同位素、气体和元素。化学嗅探器将采集火星空气标本以寻找碳化合物—特别是甲烷—这是生命体的构成元素和副产品。它能向7米外的岩石发射100万瓦的激光束,蒸发这些岩石,然后用光谱仪分析残留物的化学组成,从而研究火星的地质状况。流动站的X光光谱仪也会对探测器附近的岩石做类似的研究。项目副科学家克瑞斯普说:“通过X射线衍射,我们才能真正确定那些矿物质是什么,以及那些岩石是怎么形成的。”

  对工作人员来说,最吸引人的莫过于“好奇号”配置的17部相机。他们能在24.7米外分辨出高尔夫球大小的物体,可以多角度捕捉到百万像素的彩色图像。这些相机中最敏锐那部安装在探测器顶部的垂直桅杆上,它现在可以升到离地2.1米高。任务系统经理迈克·沃特金斯说:“除非你是NBA球员,否则你无法平视她。”

  打科学牌

  这种把“好奇号”变得感性的冲动—像对待一个宇航员一样来对待它—是很难避免的。任务经理特洛斯佩在探测器着陆后的先期新闻发布会上说:“探测器已经准备好在一个新地方开始她的第一天。”而描述科学小组的工作日程则会是这样的,沃特金斯说:“探测器的一天大概在下午三点或四点结束。探测器告诉我们她今天做过什么,然后……让我们计划她明天的工作。”

  这种拟人化一直是太空探索不同于其他科学探索的地方。今年夏天早些时候确认的希格斯玻色子是比“好奇号”登陆更重大的科学发现,但是很少有人会对它倾注如此多的情感。没有人会把一个粒子称作“她”。

  美国总统奥巴马—与从肯尼迪到小布什的每一任总统一样—马上利用了这个来自太空的好消息。他在一个官方声明中说:“今晚,在火星上,美国创造了历史。它证明,只要具备智慧和决心,即便是最艰难的逆境也一定会被克服。”美国航天局局长查尔斯·博尔登—正如他的每一位前任一样—迅速向任命他的总统表达了敬意:“总统奥巴马已经制定了一个宏伟的愿景,那就是在二十一世纪三十年代中期把人类送往火星,今天的着陆标志着为实现这一目标迈出了重要的一步。”

  预计未来几个月会听到更多博尔登和奥巴马的豪言壮语,特别是随着大选的临近,航天工业州佛罗里达也很活跃。但是奥巴马在航天上的记录是混乱的。当初输送货物和宇航员到近地轨道私有化的构想曾经饱受质疑,但自从今年5月伊隆·马斯克的太空探索技术公司(SpaceX)成功完成了国际空间站的补给任务之后,这个提议看起来靠谱多了。SpaceX和其他几间公司将为美国航天局执行很多有偿的载人以及无人飞行任务,但迄今为止到底私有化到什么程度还很难说。美国航天局已经把一部分研发费用分给这些候选公司,甚至在他们证明自己能胜任这个工作之前就跟他们签署了利润丰厚的合约—总计超过40亿美元,都是纳税人买的单。

  至于无人驾驶的项目,维持预算实际上是种进步。火星探测任务的资助将从2012年的5.87亿美元降到2013年的3.608亿美元,导致美国放弃了已经计划好的跟欧洲空间局的两个合作任务,其中一个还将从火星表面带回样品。美国航天局的一架新航天飞机已经在筹备中并准备在2013年发射的,但是在削减预算之后,一直到2018年或者2020年它都不会有任务安排了。宇航员格伦斯菲尔德说:“我们只是勉强负担得起这些任务而已。”

  太空项目不是免费的,美国航天局的预算仅徘徊在每年150亿美元,换言之是联邦财政总预算的0.47%,它也算不上是个烧钱的东西。相比之下,国防部得到了7160亿美元的预算,占联邦财政总预算的18.9%。更何况,美国航天局的研究还支付红利。“好奇号”项目雇佣了7000名高科技人员,覆盖了50个州里的大部分。正如格伦斯菲尔德所指出的,探测器的化学嗅探器—灵敏到单个的有机分子—也可能应用到港口和机场保护国家安全。

  但是“好奇号”所取得的非凡成功掩盖了一个关于太空探索的重大真相:它需要狂热的信仰和对失败的超高容忍度。喷气推进实验室的花生,以他们自己的方式,提醒了人们这一事实。在“徘徊者”1号到6号的多次失败之后,还会出现“徘徊者7”号,这在今天注意力缺失的政治气候下是不可想象的。但是在我们掌握无人驾驶软着陆之前,必然也会经历无人驾驶的坠毁。也是在经历了无人驾驶软着陆之后,尼尔·阿姆斯特朗—距离“徘徊者7”号自杀式坠入月球的云海差不多5年之后—才能够踏足在那片宁静的海上。

  那就是科学进步的方式:循序渐进,坚韧不拔,最终一鸣惊人。

  武装“好奇号”

  从降落那一刻起,武装到牙齿的“好奇号”开始展示自己的高科技装备。

  “好奇号”有一个目前最大、最复杂的隔热板和防护罩,这个防护罩就像一个胶囊将它密封。因为在以20000公里/小时的速度坠落时,它会被完全包裹在火焰之中。

  接近着陆地面时,最新的秘密武器—“天空起重机”就会派上用场。它将开启8台反冲推进发动机,和降落伞配合起来,空吊着好奇号以每秒0.75米的速度匀速下降。当下降到一定高度时,连接“起重机”和火星车的绳索会自动切断,完成着陆。

  这是一个完全需要预判的过程,每个信号传回地球都要14分钟之后,而整个降落过程只有一半的时间,任何一个纰漏都可能导致数十亿美元的损失。所以宇航局也称降落过程为“恐怖七分钟”。

  着陆以后,“好奇号”将正式开始火星冒险,这会考验到它的续航能力。其核化电池组可以让它续航14年,而官方制定的工作时长是一个火星年(约687个地球日),在这枚动力心脏面前,这个任务实在是没难度。

  在“好奇号”身上,配备了潜望镜式的桅杆相机,视野能做到360度,负责高解析度彩照的拍摄和传输;而一个“超级放大镜”能拍摄到只有12.5微米的特征彩照,而化学样本分析仪、辐射探测器等装置也随着“好奇号”一同登陆到了这颗赤色星球上,它发回来的不再只是样本,而是分析数据。

  “好奇号”周身装备了11个摄像头,像素被压低在了200万,为的是快速传回所拍实景照片。就在这种清晰度下,完成一次单向传输也要14分钟左右,如果自转到了背面,它的传输还得借助于绕火星轨道上的人造卫星来完成。在这个过程中,火星车环境监测站会24小时不间断工作。它能够检测、评估火星表面的风速、风向、气压、相对湿度、地面温度、紫外线辐射程度等环境要素。

  在“好奇号”所有的装备中,最有实力的一个就是火星样本分析仪,它堪称是好奇号的心脏装备。其重量约为38千克,占了好奇号科学仪器总重量的一半左右。整个设备包括了三个独立运作的仪器:质谱仪、气相色谱仪和激光光谱仪,它们的共同目标只有一个:寻找碳化合物,这是确定火星上有无生命迹象的第一要素。 (文_王硕)