谁杀死了深空气候观测站?

近十年前,美国宇航局建造了一颗能够监测地球变暖的对地观测卫星。但随后,该机构将其储存在马里兰州的一个仓库里,至今仍在那里。
“深空气候观测站”为何未能升空?政府对气候科学的重新关注是否最终能将这颗卫星从仓库中取出?马特·达特福德

一切都始于美好的希望。1998 年,阿尔·戈尔在麻省理工学院的国家创新峰会上提出了建造这颗卫星的设想。这位副总统从讲台望向天空,描述了一艘航天器,它将飞行一百万英里,到达一个被称为 L1 拉格朗日点的引力中性点,在那里它将固定不动,面向我们星球被阳光照射的一半。它将向美国宇航局传回我们球形家园的视频,这些画面将通过网络持续播放。

戈尔承诺,这颗卫星不仅能提供“对我们世界更清晰的视野”,而且通过搭载两台用于研究气候变化的仪器,它还将提供“巨大的科学价值”:EPIC,一款用于测量云反射率和气溶胶、臭氧及水蒸气大气含量的多光谱成像相机;以及 NISTAR,一台辐射计。NISTAR 尤其重要:它将在深空中完成一项科学家至今仍无法直接持续完成的任务——监测地球的反照率,即我们星球反射到太空的太阳能与吸收的太阳能的比例。

我们对地球的反照率有所了解。我们知道,地球上的每个地方,无论是新罕布什尔州的 the granite mountaintops 还是沙特阿拉伯的 desert dunes,都会吸收和反射太阳辐射。我们知道,云层也会反射一部分。我们还知道,目前由于二氧化碳和其他温室气体的浓度增加,地球吸收的太阳能比以往任何时候都要多。但我们仍然知之甚少,因为我们无法直接、持续地在全球范围内监测反照率——也就是说,无法直接观测到全球变暖的一个关键指标。

为了了解地球气候的变化,科学家们依赖于对降水量、温度、气溶胶和臭氧含量以及各种其他测量数据的多次、频繁的读数,其中许多数据是由美国宇航局、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)以及欧洲空间局等机构运行的对地观测卫星收集的。但这些航天器都相对较近——比 L1 点近至少 50 倍——因此它们的效用有限。目前还没有任何一个空间机构发射过能够将整个地球视为一个单一的、处理太阳能的球体的航天器。

Million Mile Stare
Kevin Hand

这正是戈尔的卫星旨在做到的。他将其命名为 Triana,以纪念克里斯托弗·哥伦布船队中第一个发现新大陆的水手罗德里戈·德·特里亚纳。1998 年,美国宇航局聘请了一位 62 岁的物理学家弗朗西斯科·瓦莱罗来领导 Triana 的设计。

该机构加快了项目进程,目标是在三年内完成从概念到发射,而不是通常的五到六年。Triana 的机械系统总工程师朱利奥·罗萨诺瓦回忆说,为了激励他那 15 人的团队在周末加班,他周五会带来意大利香肠卷。“我们很兴奋,”罗萨诺瓦说。

那时,美国宇航局地球科学部门充满了乐观情绪。在一段宣传视频中,该机构表示,其行星监测任务将超越 Triana——后续将发射一颗姊妹卫星到距离地球 930,000 英里外的 L2 点,在那里它将能够持续监测地球的暗面。这两颗卫星将能够持续观测整个地球。

然而,在 2001 年,乔治·W·布什就职仅几个月后,Triana 的发射计划被悄悄搁置。“当我们得知消息时,我们正准备将其运往发射场,”罗萨诺瓦说。取而代之的是,他们将这颗价值 1 亿美元的卫星送进了仓库。

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凯文·汉德/NASA

该任务进入了官僚主义的停滞状态。大约在 2003 年,美国宇航局将 Triana 更名为“深空气候观测站”(DSCOVR),但卫星仍留在地面。在布什政府执政期间,由于与戈尔的关联,它变得政治上容易受到攻击。当时的德克萨斯州共和党众议员迪克·阿姆伊说:“这个想法据说是源于一个梦想。好吧,我曾梦到钓到一条 10 英尺长的鲈鱼。但我并没有打电话给鱼类和野生动物管理局,要求他们花费 3000 万美元来确保它实现。”尽管独立科学家(包括大气化学家、诺贝尔奖得主保罗·克鲁岑,他在 2006 年的一封信中写道:“浪费如此有意义的任务将是科学努力和机会的巨大浪费”)提出了抗议,美国宇航局还是无限期地推迟了发射。

如今,美国宇航局官员都不愿多谈此事。当我去年夏天第一次写信给美国宇航局时,我收到的回复让我觉得自己问了一个不受欢迎的问题。“目前 DSCOVR 是一个没有所属机构的任务,”美国宇航局公关人员莎拉·德威特写道。“美国宇航局至今仍未接到任何关于执行此任务的指示,因此目前我们无法对它的未来做出任何确切的说明。”她建议我联系 NOAA,这是另一个参与该任务的机构。当我联系 NOAA 时,那里的公关人员建议我写信给美国宇航局。

我的“运动”就这样开始了。接下来的八周里,我给多个机构的各种联系人打电话、发邮件,并采取各种方式进行骚扰,似乎徒劳无功地想亲眼看看美国宇航局建造但从未发射过的唯一一颗卫星。

自 1999 年以来,美国宇航局和 NOAA 一直在呼吁建立一个综合性的对地观测系统——一个卫星网络,用于持续测量地球气候的变化等。但一份 2010 年的政府问责办公室报告称,这项工作“进展缓慢”,并且“未来的卫星覆盖存在重大空白”。

与此同时,对地观测卫星经常受到损坏。宇宙射线会损坏用于测量地球辐射的精密光谱仪。随着时间的推移,卫星会偏离轨道,逐渐靠近地球。它们收集的数据会变得不一致。简而言之,它们的预期寿命有限,而美国宇航局 14 颗对地观测卫星中的一些已经超出了其预期寿命。

所有这一切都使得 DSCOVR 十年的沉寂更加令人费解。除了卫星将执行的地球反照率的持续宏观监测外,它还可以成为一个更大的卫星阵列的关键组成部分。由于 DSCOVR 的位置比任何其他卫星都更远离地球,它能够看到天空中所有的其他卫星。因此,其他卫星可以参照 DSCOVR 来校准它们的位置和传感器。此外,由于它将始终面对月球,而月球没有大气层,因此拥有恒定的反照率,它将提供一个独特的、稳定的基准,用于校准其仪器——其他卫星也可以从中校准。通过这种方式,DSCOVR 可以成为当前和未来天基对地观测系统依赖的基石。

这样的网络将实现两个机构的主要任务。NOAA 的首要任务是“理解和预测地球环境的变化”。而《1958 年国家航空航天法》则确立了美国宇航局的首要目标是“拓展人类对地球以及大气和空间中现象的认识”。然而,近十年来,对于美国宇航局来说,太空探索比监测我们自己的星球更受重视。就在今年春天,它成功地执行了一个听起来耳熟的任务:STEREO,该任务涉及一对绕太阳运行的卫星,并将不断传回我们恒星的影像。但 DSCOVR 仍被束之高阁。

Cold Storage
图片由NASA提供

去年秋天,我多次与美国宇航局联系的努力终于得到了回应,我终于安排了一次对戈达德太空飞行中心的访问,以查看 DSCOVR。然而,在看到它之前,我被带去进行了一次全面的参观,我不得不怀疑,这次参观的目的是为了引导我的注意力转向一个更积极的叙事。首先,我见到了全球降水测量(GPM)项目的首席科学家亚瑟·侯,这是一个多卫星任务,将于 2013 年启动。然后,我的向导向我介绍了 GPM 的项目经理。我们都赞叹了保护航天器在寒冷、黑暗的太空中闪闪发光的金属毯。然后,公关人员给了我一个印有 GPM 商标的咖啡杯、纪念尺和车牌架。这种“迂回”继续着。在我为期两天的访问的第二天早上,我被带进一个剧院,并得到一副特殊的太阳镜,以便我能观看戈达德有史以来第一部 3D 电影。最终,我如愿以偿:看到了 DSCOVR。或者更准确地说,是装着 DSCOVR 的盒子。

我站在一个狭小、铺着地毯的角落里,通过一个小小的观察窗,可以看到一个高顶、白墙的洁净室,里面一个白色的金属箱子被推到了一个楼梯下方的角落。DSCOVR 就放在里面。一根绿色的管道为箱子提供稳定的氮气,以最大限度地减少污染物。在我看来,它就像被遗忘的硬件——像抽屉里积满灰尘的去年的手机。

这颗卫星最终为何会落到这里,一直没有完全弄清楚。戈尔在 2009 年出版的《我们的选择》一书中写道:“布什-切尼政府在上任后几天就取消了发射,并迫使美国宇航局将卫星送入仓库。”美国宇航局高级物理科学家沃伦·维斯科姆将原因归咎于布什政府时期美国宇航局对地球科学的“敌意”。“至于谁下令取消了这项任务,”他说,“我们永远不会知道,但我们得到的消息是迪克·切尼在幕后操纵。”

温哥华记者米切尔·安德森也一直密切关注 DSCOVR 的故事,他通过一位匿名的美国宇航局知情人士的说法,也怀疑切尼是幕后黑手。在三年时间里,安德森提出了五项信息自由法案的请求,要求获取与 DSCOVR 相关的文件。在 2006 年向美国宇航局查询后,他等了 11 个月才收到文件。“他们告诉我,他们正在与他们的律师协商,”曾为 desmogblog.com 撰稿的安德森说。“他们最终用电子邮件发给我文件时,是侧着扫描的。我无法读取页面的顶部和底部。”这份 70 页的文件包里大部分是著名科学家为支持 DSCOVR 而写的信件。所有与该任务被搁置有关的通信都被排除在外。

2007 年 5 月,在 DSCOVR 最初的发射日期被取消六年之后,美国宇航局召集了 35 名卫星专家参加为期一天的研讨会,以决定 DSCOVR 在现有老化的美国卫星退役后,能在多大程度上取代它们。科学家们一致认为,这颗卫星具有独特的观测能力——委员会产生的报告指出,“DSCOVR 卫星上的传感器有潜力从一个新颖的角度进行重要和创新的测量”——但他们认为它本身并不能作为整个网络的长期替代品。

主持研讨会的化学家哈尔·马林说,其他正在进行的卫星项目可以完成 DSCOVR 的一部分工作。美国宇航局有一个新的近地轨道任务 CLARREO,将于未来十年内发射,马林说,“CLARREO 提供的卫星校准能力将比 DSCOVR 更有用。”

维斯科姆不相信。“人们称它为 GoreSAT,美国宇航局找来对 DSCOVR 最敌视的人参加研讨会。他们精挑细选了‘刺客’。”

DSCOVR
Kevin Hand

然而,DSCOVR 并没有夭折。尽管人们普遍认为这颗卫星已被取消,但 2009 年的联邦综合预算案,即奥巴马政府上台后的第一份预算案,包含 900 万美元,专门用于“翻新 DSCOVR 地球科学仪器,确保其飞行和运行就绪”。

在戈达德,我见到了 DSCOVR 的项目负责人乔·伯特,他精瘦而充满活力。伯特告诉我,在 2009 年底,一个由 15 名技术人员和工程师组成的团队打开了 DSCOVR 的箱子,发现它“状况极佳”。“推进罐在存放多年后没有损失一点压力,”他说。“卫星上的所有机械部件都工作良好。它已经准备好启用了。”他还补充说,为 DSCOVR 建造的两台地球科学仪器——EPIC 和 NISTAR——最近经过了 200 万美元的翻新。“它们状态很好,”他说。“他们正在改变滤光片上的几个波长。有了不同的滤光片,你可以看到不同的东西——不同的气溶胶,不同的云。但这没什么大不了的。更换滤光片就像戴上另一副太阳镜。”伯特说,现在美国宇航局已经完成了翻新,最快可以在 2014 年将卫星送往 L1,如果 NOAA 和空军(对太阳天气对其技术的影响感兴趣)能提供约 1.25 亿美元的发射费用。

这一切似乎都是个好消息,直到我参观了 NOAA,我才意识到跨机构的低效仍然威胁着 DSCOVR 的命运。在马里兰州银泉市的 NOAA 总部,一位名叫玛丽·基扎的助理局长告诉我,无论 DSCOVR 是否发射,EPIC 和 NISTAR 气候仪器都会在卫星上。“但地球科学不是 NOAA 对此任务的宗旨。”

相反,NOAA 和空军一样,对太阳如何损坏地球上的电子设备感兴趣。他们希望为 DSCOVR 配备一个日冕仪,用于监测从太阳喷射出的等离子体、粒子和磁场。等离子体和磁场 surges 会干扰电源,导致卫星电子设备短路,并扰乱飞机导航系统。“目标是,”基扎说,“将警告传回地球。”

我问 EPIC 和 NISTAR 怎么办。“那些仪器是 NASA 项目的一部分,”基扎说,“你不能随意开启它们。你需要一个地面系统。你需要开发算法。”算法开发好了吗?“对于这个问题,”她说,“你真的需要和 NASA 谈谈。”

坐在那里,我担心简单的官僚主义可能会导致一种奇怪的悖论——一个“深空气候观测站”任务,却不做气候观测。

The Earth's Energy Balance
Kevin Hand

曾领导 DSCOVR 设计团队的物理学家弗朗西斯科·瓦莱罗熟悉官僚主义的“黑洞”。他现在 75 岁,已退休,但他仍在积极追踪他的“作品”的命运。我心想,如果有人能准确评估 DSCOVR 完成其使命的机会,那一定是他。

在我参观完美国宇航局和 NOAA 几周后,我在加州拉霍亚他山顶的家中见到了瓦莱罗。他的腿有血栓,并伴有呼吸问题,有时会让他喘不过气来,但他很想谈谈。坐在他简朴的书房里,他解释了数十年的研究是如何让他构想出 DSCOVR 的。

1968 年,瓦莱罗在阿根廷军事政变后逃离了他的祖国。在广泛的学生抗议活动中,士兵们手持机枪出现在他的大学实验室,阻止他进入。他来到美国,这样他就可以在远离政治动荡的环境中进行科学研究。然而,他却卷入了另一种漩涡。自从 DSCOVR 被搁置以来,瓦莱罗一直坚持公开质疑美国宇航局地球科学计划的方向,并质疑为 DSCOVR 拨款的资金去向。2004 年,乌克兰提出免费用一枚乌克兰火箭将 DSCOVR 送往 L1——瓦莱罗游说美国宇航局接受。“卫星已经造好,发射也是免费的,美国宇航局却说什么?发射对卫星不安全。”他轻蔑地摇了摇头。“我告诉你,我为此睡不好觉。”瓦莱罗的职业生涯大部分时间都集中在人类活动对地球反照率的影响上,当有机会领导 DSCOVR 时,他立即认识到了它的潜力。“使用近地轨道卫星,你无法做到这一点,”他说。“就像你只读一本书的每一页的第一个字母一样。你无法了解整个故事。”

对瓦莱罗来说,DSCOVR 不仅仅是一颗卫星——它是解决我们这个时代最紧迫问题之一的方案的一部分。“我们只需要真相,”他说。“我们需要良好的科学。如果我们能发射 DSCOVR,我们就能得到真相。然后政客们就有了一个坚实的基础来支持他们的论点。”

这种持续的批评,加上那些因资金被转移支付给 DSCOVR 而心怀怨恨的科学家们,只为瓦莱罗在机构内赢得了敌人。“他在美国宇航局总部被憎恨,”维斯科姆说。“他的名字在那里是一个禁忌。”

然而,在我访问之后的一周,有广泛报道称,奥巴马提出的 2011 年预算将在未来五年内增加美国宇航局的地球科学预算 24 亿美元。这笔资金将使该机构能够在 2011 年发射三颗对地观测卫星,其中包括 Glory,一颗延迟的近地轨道航天器,它将监测反照率,尽管它不会拥有 DSCOVR 那样优越的观测位置。

我打电话给瓦莱罗,想听听他对这个消息的看法。他持谨慎态度。“美国宇航局预算的增加对 DSCOVR 是好消息吗?”他说。“我对此表示怀疑。在目前美国宇航局的环境下。他们抵制新方法,并且在花费了数十年和数十亿美元开发传统近地轨道卫星后,他们已经投入太多,无法扩展到 L1 这样的新视角。”他沉默了一会儿。然后他的情绪明朗起来。

“这颗卫星总有一天会飞,”他说。“我充满希望,因为我认为科学之美在于它不断提问,它要求答案,它不断前进。DSCOVR 代表着未来。它必须发射,而且它一定会发射。”

 

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