一位航天器工程师关于“火星 2020”任务和灾难岛的智慧

《太空技师》阐释了在家中和数百万英里外承担风险的重要性。
NASA Perseverance rover being readied indoors for launch for the Mars 2020 mission
2020 年 6 月 18 日,火星 2020“毅力号”火星车在佛罗里达州肯尼迪航天中心的有效载荷设施中准备封装。NASA/KSC

节选自 《飞向星辰的男孩:回忆录》 作者:Elio Morillo。由 HarperOne 出版。版权所有 © 2022 HarperCollins。

2017 年 9 月 20 日,5 级飓风玛丽亚袭击了我深爱的波多黎各,并在接下来的 48 小时内笼罩着该岛,拔起树木,造成停电和电话中断,并在整个地区造成了灾难性的破坏。在那段可怕的时期,我们与身处这场

灾难中的亲人在一起的人们只能希望和祈祷他们平安无事。在我们等待任何消息时,我那善于修理的头脑开始运转——我需要做些什么来将我的无助转化为行动。我与一位在 NASA 喷气推进实验室另一团队工作的波多黎各人联手开始收集捐赠品,以便在可能的时候尽快运出去。当充满担忧的沉默终于被打破,我们与各自的家人和朋友取得联系时,我们都松了一口气。最重要的是,他们的房屋和周围的街道遭受了物质损失,但我们圈子里的人其他方面都安好。Rosa 和 Sonia 将这次经历描述为一台开启的喷气发动机,将一切吸入空中。

随着关于人们遭受的损失程度的新闻报道越来越多,我和我的朋友继续在洛杉矶组织捐赠活动。这是当时我们唯一能做的事情。我必须带着我的担忧继续工作。我被分配负责航空电子设备和热功能测试。简单地说,火星车有两个大脑:一个主要的日常大脑,和一个我称之为爬行动物大脑的东西。爬行动物大脑一直在后台运行,随时准备战斗或逃跑。它会检查主计算机或主大脑是否工作正常。如果主大脑出现问题,那么爬行动物大脑就可以进入特定的状态,将系统维持在基本安全水平,让火星车进入部分自主配置,这样我们就有时间找出如何安全地重新配置其硬件。

火星车的散热特性有助于在火星夜晚维持其生命,届时火星温度会根据季节降至 -100°F 或更低。有些特定仪器和机制只能在特定的温度范围内运行。

如果它们变得太冷,我们必须能够加热它们。如果它们太热,我们就必须停止使用它们,或者主动将它们冷却到我们想要的运行范围内。随着我们逐渐进入“全力以赴”的阶段,为我们 2020 年 7 月的发射日期做准备,我知道,如果我要成为团队中高效且成功的成员,我就需要有意识地决定将工作放在首位,但在那之前,我必须完成我最重要的“进站”,与家人共度圣诞节。

我们正在开发能力、硬件,以及所有一切,以实现一项技术演示,测试火星上的首次动力飞行,但 NASA 总部尚未批准将其添加到火星 2020 任务中。

这次我们在佛罗里达州见面。我的祖父母从纽约赶来,他们不常旅行。我得以与 Sonia 和 Robert 重聚,他们暂时住在那里,同时处理波多黎各的玛丽亚飓风造成的破坏。当我的祖父确保电视和音乐设备都已准备好供我们聚会使用时,我的祖母则忙于厨房,她忙着用她著名的“casuela”或“caldo de bola”以及一些额外的配菜来让大家吃饱、吃好、开心。我的姑姑和叔叔们会帮她们的忙,同时互相开玩笑,嘲笑我的表兄弟们。而总是少不了来一轮 Telefunken(一种类似于拉米的游戏),每人每轮的赌注高达两美元。

这次休息的亮点不仅仅是与我的亲戚和“选择的家人”共度美好时光;我还得以有机会带我 91 岁的祖父和我哥哥去肯尼迪航天中心——这是我们三个人第一次去。走进中心,突然置身于所有这些古老的硬件之中,让我惊叹不已。展示土星五号运载火箭的展览让我觉得自己很渺小。我被 1950 年代团队仅凭有限的技术就设计出我面前这些精美的硬件的能力所着迷,与我们现在拥有的技术相比。当然,他们有相对更大的预算,有成千上万的人致力于解决一个问题,这不是我们能享受到的奢侈,但他们没有我们的软件和自动化程序,而且他们是第一次做这一切。就好像看到这一切还不够一样,作为一名 NASA 工程师,我陪着祖父走遍整个中心,由我担任我们的导游,解释我们面前的每一个部件,这对我来说是一个无与伦比的“圆满”时刻。我停了几次,看了看祖父,低声问道:“阿布埃洛,你还好吗?你想坐一会儿休息一下吗?”但他断然拒绝了任何休息,这很可能是出于他对行走能力的自豪感,以及我们所有人被这历史性的设备所吸引的惊奇感。这无可equivocally地提醒了我,我正在通过火星 2020 任务帮助建立的遗产。


受到肯尼迪中心所见历史的启发,并带着重振的目标,我比以往任何时候都更渴望深入了解这项重要任务。2018 年 2 月,我第一次接触了“机智号”直升机,更具体地说,是它的基站,这是直升机系统的一个组成部分,它将安装在火星车上。这部分硬件将与火星上的直升机进行通信。我们正在开发能力、硬件,以及所有一切,以实现一项技术演示,测试火星上的首次动力飞行,但 NASA 总部尚未批准将其添加到火星 2020 任务中。所以我们怀着希望继续前进,祈祷这个绿灯最终会被批准,我们继续在火星车方面努力,考虑如何携带直升机,如何与之通信,如何通过这个基站进行操作。起初,火星车集成方面很多人都反对将直升机作为一个单独的系统集成进来,因为这意味着它将有自己的独立电池。如果它的电池在太空中巡航或在火星表面时起火怎么办?这对火星车本身会造成多大的损害?一种想法是:“直升机根本不可能成功。”另一种想法是:“根本不可能及时完成所有这些工作。”第三种想法是:“这架直升机将分散火星车其他科学任务的注意力。”为一架可能永远无法发射的直升机做这么多工作是否存在风险?是的,但这是我们中的一些人愿意承担的风险。


随着夏天的临近,我的思绪飞向了波多黎各,以及飓风玛丽亚袭击他们的海岸时他们被迫承担的风险和牺牲。该岛远未从不到一年前遭受的破坏中恢复过来,我和我的同事(后来成为女友)仍然渴望尽我们所能提供帮助。我决定利用我的社交媒体联系波多黎各的老师,看看我们这个夏天能提供什么帮助。我很快收到了来自一位密歇根大学朋友的回复,她妈妈的一位同事 Marisa 需要一些帮助。在社区的支持下,她和丈夫决定接管 Vega Baja 附近 Dorado 的 Los Naranjos 社区一所废弃的学校,并将其改造成一个社区中心。当地居民在飓风中损失惨重,她决心要做出改变。现在他们正在寻找志愿者来启动这个中心。我和我的女朋友为 8 至 15 岁的孩子们创建了一个为期三天的 STEM 项目,名为“Ingenieros del Futuro”(未来工程师)。我们计划的活动向孩子们介绍了基本的工程概念,并围绕三个主题展开:机器人、电力和火箭。我设置了一个 GoFundMe 来帮助支付一些材料费用,而其余的一切则由我们自掏腰包。

当我们到达时,亲眼目睹的破坏让我感到震惊,并暂时将我推入了无能为力的虚空。当我艰难地开车穿过因停电而交通信号灯熄灭的十字路口时,我慢慢地看到了散落在该区域的像巨大树枝一样的树木、移位的屋顶、被砍断的电缆,并试图将这些令人痛苦的数据存入我大脑的一个角落,以便我能找到回到我们主要关注点——孩子们——的道路。我将在回家后给自己时间来处理这种情感波动。

The Boy who reached for the Stars book cover. Silhouette of a NASA engineer in front of a blue starry sky. Text is in white with Mars replacing the "o" in "boy."
由 HarperOne 提供

我们立即让孩子们动手制作了几个项目——一个基本机器人、一辆使用太阳能电池板供电的电动汽车、一个卫星模型和一个风力涡轮机——来展示机器人、可持续能源和太空探索。我们还安排了户外活动时间,让孩子们的大脑休息一下,并和我们一起踢足球消耗一些精力。在他们三天的旅程的最后一个项目,我教他们如何用一个两升的塑料瓶和其他一些容易获得的部件制作一个火箭。我还购买了一个火箭发射系统,可以给火箭充气,并且有一个触发器,让每个孩子都能将自己的火箭发射到空中。

一旦它达到一定高度,一个他们亲手制作的降落伞就会展开,安全地着陆他们的创作。在每一次发射、下降和着陆时,他们对进一步接触技术和追求 STEM 机会表现出的兴奋,让我对波多黎各人民充满了希望。该岛目前大部分食物需要进口,尽管曾经完全依赖自己的农业部门。随着农用技术变得越来越容易获得,再加上水培、垂直农业等的蓬勃发展,我认为这对波多黎各来说将是一个潜在的蓬勃发展的行业。但他们需要敬业的 STEM 工作者来实现这一目标。同样的情况也适用于一直存在争议的电网。随着储能、太阳能、水力和风力发电越来越容易获得,微电网将蓬勃发展,与这些可再生能源系统相关的就业机会也将如此。

Sinergia Los Naranjos 社区中心仍然活跃。Marisa 成功开办了一个厨房,供人们经营餐饮业务,她的丈夫 Ricardo 则负责一项珊瑚礁修复项目,许多孩子都参与其中并接受潜水培训。工作坊通过当地大学的学生团体合作举办,主要通过基层资助和努力。这些孩子们有能力建设一个更美好的未来,我希望能够继续与他们同行,并通过外展、慈善和政策影响力来鼓励这些发展。


到 2019 年春天,我正与几位团队成员一起测试我们的火星车在穿越太空时通过其基站为直升机电池充电的能力。电池,包括电脑和手机中的电池,如果长时间不充电,会失去其性能,无法恢复全部充电潜力。

同样,电池过充并长时间储存会缩短其寿命。我们必须找到直升机电池的最佳充电点,然后找到测量该电荷的方法,并根据此方法,通过火星车电池为其充电。

一旦我们通过测试和失败找到了解决方案,并最终验证了有效的方法,我们就必须制定出在太空中飞行时为直升机充电所需的步骤顺序。这是一系列复杂的测试,耗费了我们大量时间,但对于直升机的功能和安全至关重要。

那个夏天,我开始编写和执行直升机部署系统的集成程序,这是火星车底部的组件,用于容纳直升机并将其部署。该系统包括一个带有电机的微型机械臂,可以使直升机保持直立,以便成功地降落在火星表面。在测试了这项能力并收集了必要的参数后,我们确定了确实可以在火星上进行部署。不久之后,JPL 终于批准了将直升机添加到火星 2020 任务中。我们得到了绿灯。像我生命中的大多数时候一样,事实证明这个风险是值得冒的。

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