加州大学伯克利分校的太空科学家格雷格·德洛里小时候痴迷于卡尔·萨根的书;如今,他正在太阳系中搜寻地外水——以及生命。
杰夫·格里森曾在加州理工学院向理查德·费曼本人学习开锁;如今,他正在用自己加州火箭公司制造的引擎燃烧液氧。
亚历山大·波列舒克曾在和平号空间站度过了改变人生的六个月;如今,这位俄罗斯前宇航员沉迷于国家宏伟的太空目标——以及其支付不起的困境。
三个人,三种太空探索的愿景。当美国国家航空航天局(NASA)努力从哥伦比亚号灾难中恢复之际,太空飞行的下一阶段已经开始。这是一个以新理念和新议程为标志的时代——据太空前沿基金会(Space Frontier Foundation)的太空旅行倡导组织成员里克·图姆林森(Rick Tumlinson)称,也是由三种太空探险家构成的时代。有萨根主义者(Saganites),他们渴望理解外层空间;有奥尼尔主义者(O’Neillians),他们想要殖民太空;还有冯·布劳恩主义者(von Braunians)——他们只想争先抵达。欢迎来到他们的世界。
萨根主义者:问题多得数不清
当世界上第一艘太阳帆动力飞船“宇宙1号”(Cosmos 1)预计于2004年末发射时,事件应该会大致如下展开:
一枚改装过的冷战时期洲际弹道导弹从潜艇中发射,刺破了巴伦支海的海面,上面载有俄罗斯制造的太阳帆飞船。火箭在西伯利亚上空加速,然后向太平洋方向飞行。在其弹道轨迹的顶端,一枚引擎将飞船送入高轨道,在那里,距离地面约500英里,气动管展开了它八个巨大的
三角形帆,这些帆如同魔术师帽子里的丝巾般伸展开来。这些帆长44英尺,宽33英尺,由铝化聚酯薄膜制成,厚度是人类头发的1/20。当它们完全展开时,这艘飞船看起来不像一艘天体帆船,倒像一朵巨大的雏菊。
飞船绕地球飞行五、六、七、甚至十次。然后,加州大学伯克利分校太空科学实验室的遥测天线探测到了它的存在。在太空 operations 中心,格雷格·德洛里和同事们锁定了飞船的坐标:它就在应该在的位置。数据流涌入,出现在一台个人电脑的屏幕上。德洛里是追踪飞船位置的科学家之一,他现在正与MOM和POP保持着持续联系——MOM是莫斯科任务控制中心,负责建造和操控飞船的俄罗斯工程师总部;POP是行星协会(Planetary Society)的项目运营帕萨迪纳总部,该协会是资助这次实验飞行的太空倡导组织。这是一个重要的时刻,预示着有一天——现在是“何时”而非“是否”——一艘类似设计的飞船将离开地球轨道, venturing into the cosmos。
德洛里,35岁,穿着工装裤和黑色T恤,身材健壮紧凑,像孩童时期拥有的孩之宝动作模型(需另配飞船),看起来有点像年轻时的约翰·格伦。他是加州大学伯克利分校的一名实验地球物理学家,那种天生的神童,高中科学项目被选中搭乘航天飞机(德洛里确实如此,1991年),而且从不回头。他的本职工作包括开发低频传感器,这些传感器将被送入太空,用于探测地表深处的水以及火星和其他行星上的太阳爆发效应。“超级技术宅”可能是个恰当的称呼,如果他不是同时还持有黑
带空手道的话。
德洛里对太阳帆航行的概念着迷,谁不会呢?你从一种古老的技术开始,这种技术曾是开拓全球的关键——航行——然后,正如天文学家卡尔·萨根的遗孀安·德鲁扬所说,你“学会了驾驭光,就像我们学会了驾驭风一样”。太阳帆飞船依靠阳光——光子——驱动前进,光子撞击帆并反弹。光子的动量变化会将能量传递给帆船,并赋予其“推力”。(由于阳光的强度随着距离太阳的增加而减弱,一些科学家提出了,对于长途旅行,可以在轨道上部署一个太阳能激光器,并指向后退的帆。)理论上,太阳帆飞船的速度会像储蓄账户的复利一样增长——最终比核动力旅行者1号(Voyager 1)还要快,旅行者1号自27年前发射以来,已飞行了80亿英里,超出了我们太阳系所有行星的轨道,现在是宇宙中最遥远的人造物体。一些天文学家认为,太阳帆动力对于深空任务(例如将人员和货物运往火星,甚至进行星际旅行)具有最大的潜力。
“宇宙1号”飞船已经占据了航空史的一席之地:去年夏天,它的其中一个帆在纽约市洛克菲勒
中心举行的飞行百年纪念展览中展出。莱特飞行器、阿波罗13号和红石火箭的复制品也陈列在旁边;而太阳帆却让它们相形见绌。
然而,这种“封圣”可能为时过早。自从俄罗斯火箭科学家弗里德里赫·赞德在20世纪20年代首次撰写关于太阳帆航行以来,包括NASA在内的任何人都未能证明它有效。在近乎真空的环境中,“宇宙1号”将变得极其敏感,太阳耀斑引起的湍流,甚至飞船自身材料的释气——可以说是飞船自身的“呼吸”——都可能以不可预测的方式扰乱它。而且,其基本原理是否可靠也未可知。“理论上,帆的压力应该是阻力的10倍,”德洛里说。但至少有一位科学家——康奈尔大学著名的天体物理学家托马斯·戈尔德——认为这是胡说八道。戈尔德认为太阳帆的概念违反了热力学熵定律——这是物理学的基本定律之一。在他看来,光子不会推动飞船前进。
但行星协会执行主任路易斯·弗里德曼认为,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪60年代就已证明了太阳压力,并且在许多太空任务中都被测量和考虑过。因此,即将进行的“宇宙1号”测试。这艘飞船不会走太远,也没有特定的目的地。它是一个实验,旨在表明阳光照射到“宇宙1号”上会产生足够大的力来改变其轨道。“人们认为‘宇宙1号’会像在公海上巡航一样,但实际上更像是置身于风暴中的橡皮艇,”德洛里说。“你会比漂流时稍微快一点到达岸边。就像哥伦布出发时一样——只是我们不会离开港口。”德洛里可能最出名的是他领导了制造火星麦克风的设计团队——一个香烟盒大小的传感设备,它跟随“火星极地着陆器”一起消失了五年前。如果着陆器没有丢失,该设备将把火星上第一个声音传回地球——为我们“体验”红色星球提供另一种感官维度。(1999年12月,着陆器在接近火星南极时,在触地前瞬间毫无理由地沉默了。)
在太空爱好者的三分法划分中,德洛里属于萨根主义者,一个受到卡尔·萨根——这位通过他的书籍、电视节目《宇宙》和电影《接触》普及太空的天文学家——的太空探索精神感染的人。萨根认为,冒险不在于国旗和脚印;而是一种存在主义的探索,一种试图回答宏大问题的尝试。萨根主义者的货币是好奇心:他们相信为了探索而探索,并且不赞成为了人类利益而掠夺宇宙。
“如果没有利润在背后驱动,我们不可能走到今天,”德鲁扬说,她正在继承她已故丈夫的遗产(她的公司Cosmos Studios正在为“宇宙1号”提供400万美元的资金)。“你必须资助那些没有即时或甚至明显回报的项目,因为,正如任何对科学略有了解的人都知道,很多时候当你寻找一样东西时,你会发现另一件东西。”
“宇宙1号”项目充满了萨根主义的元素:国际合作、环保推进,以及数百万人通过网络追踪其动向来获得虚拟探索体验。特别是“化干戈为玉帛”的元素(载有“宇宙1号”的俄罗斯火箭
曾瞄准美国城市)本会让萨根非常高兴。然而,最终,即使“宇宙1号”成功了,在它提供的答案背后,仍然会有更多问题,多得数不清——而萨根主义者,作为萨根主义者,无疑会拥抱每一个问题。
有一天使用太阳帆飞船运载配备齐全的载人有效载荷进行星际任务的设想伴随着许多问题——其中一个不小的难题是需要如此巨大的太阳帆,以至于它们容易被宇宙碎片撕碎。但这并不能阻止德洛里,因为对他来说,人类大规模冲进太空并非当务之急,至少在短期内是如此。
在大多数情况下,萨根主义者倾向于无人太空旅行,认为它更安全、更便宜、更实用。正如天体物理学家詹姆斯·范·艾伦在1992年的一次演讲中颇具争议地说的那样,载人飞行任务“效果可疑,很可能只在特定子领域是首选技术”。
“总有一天我们会去这些地方,”德鲁扬说。“但目前,不派机器人去是很愚蠢的。我们在这方面还是新手。我们都是一群初学者、业余爱好者。为了吸引公众而冒生命危险的想法,在我看来,带有太多的角斗士式的对生命的蔑视。”
德洛里认为我们还没有完全发掘虚拟探索的潜力。“看看‘火星探路者’(Mars Pathfinder),”他说。“他们使用3D眼镜让一个人操控火星车。如果我们有足够的时间和金钱,我们可以增加一个麦克风系统,真正模仿人耳及其对声音的反应——包括我们感知声音方向的能力。如果你从表面录音,并使用3D串行相机,你就可以回放一个虚拟现实体验给地面用户。”
“人类探索的支持者往往会忽视机器人,”他补充道。“它们很笨,很慢,必须被告知该做什么。我认为这低估了它们。”德洛里设想未来的太空计划,人类团队和机器人系统协同工作,高效地探索太阳系。这种人机协同作用将最大化科学回报:机器人将充当侦察兵,提供行星环境的数据,然后人类将在后续任务中进行详细研究最有趣的目标。他确实认为人类将超越月球,但前提是机器人已经奠定了科学基础。他会去吗?也许——事实上,他已经申请了NASA的宇航员候选人计划。但在某些方面,把握宏大图景的最佳视角就在这里,就在无法估量的未知数的中心。
“我们是谁?”他反问道。“我们是一个独特的偶然事件的一部分,还是一个更宏大计划的一部分?”他的目光落在桌上的火星地球仪上。“你知道,我宁愿在周日发现火星上有个微生物,而且它与我们的DNA非常接近,也不愿去教堂。然后你看看那些星星,你会意识到,这里有一个更大的目的。”