我的火箭将带你前往低地球轨道!

我的火箭将带你前往低地球轨道!

加州大学伯克利分校的空间科学家格雷格·德洛里 (Greg Delory) 小时候曾如饥似渴地阅读卡尔·萨根的书籍;现在他正在太阳系中寻找外星水和生命。

杰夫·格里森 (Jeff Greason) 在加州理工学院 (Caltech) 学会了撬锁,师从理查德·费曼 (Richard Feynman);现在,他使用加州火箭公司制造的发动机燃烧 LOX(液氧)。

亚历山大·波列舒克在和平号空间站度过了改变人生的六个月;现在,这位俄罗斯前宇航员痴迷于他的国家远大的太空目标——以及无力为此支付费用。

三个人,三种太空探索愿景。当 NASA 努力从哥伦比亚号惨剧中恢复过来时,太空探索的下一个阶段已经开始。这是一个以新哲学和新议程为标志的时代——根据太空旅行倡导组织太空前沿基金会的里克·图姆林森的说法,这个时代有三种类型的太空探险家。萨根派渴望了解外太空;奥尼尔派想要殖民外太空;冯·布劳恩派只想先到达那里。欢迎来到他们的世界。

Saganite:问题太多了
当世界上第一艘太阳帆驱动的宇宙飞船“宇宙一号”发射时(大概在 2004 年底),事情的发展应该是这样的:

一枚改进的冷战时期洲际弹道导弹从潜艇发射,载着俄罗斯制造的太阳帆飞船冲破巴伦支海表面。火箭在西伯利亚上空加速,然后飞越太平洋。在弹道顶端,发动机将飞船推入高轨道,在那里,在大约 500 英里的高度,气动管将其八个巨大的
三角帆就像魔术师帽子上的丝巾一样展开。帆长 44 英尺,宽 33 英尺,由镀铝聚酯薄膜制成,厚度只有人类头发的 1/20。现在,帆完全展开,这艘船看起来不像是一艘天体双桅帆船,而更像是一朵巨大的雏菊。

宇宙飞船绕地球飞行五、六、七次,最多十次。然后,加州大学伯克利分校空间科学实验室的遥测天线探测到它的存在。在空间操作中心,格雷格·德洛里和同事锁定了宇宙飞船的坐标:它就在它应该在的地方。数据流涌入,出现在电脑屏幕上。德洛里是跟踪飞船位置的科学家之一,他现在与 MOM 和 POP 保持着密切联系——MOM 是建造并将驾驶飞船的俄罗斯工程师的总部——莫斯科任务操作中心,以及赞助这次实验飞行的空间倡导组织行星协会的总部——帕萨迪纳项目操作中心。这是一个重要的时刻,预示着有一天——现在还不确定“是否”——一艘类似设计的飞船将离开地球轨道,进入宇宙。

35 岁的德洛里身穿工装裤和黑色 T 恤,身材紧凑,就像孩之宝玩偶(太空船单独出售),看起来有点像年轻的约翰·格伦。他是加州大学伯克利分校的实验地球物理学家,是那种天生的神童,高中科学项目被选中在航天飞机上飞行(事实上,德洛里的项目在 1991 年就被选中了),从此便永不回头。他的日常工作包括开发低频传感器,将其送入太空,以探测深层地下水以及太阳喷发对火星和其他行星的影响等。如果他没有拿着黑色的帽子,“超级极客”可能是一个合适的绰号
空手道腰带。

德洛里对太阳帆的概念很感兴趣,谁不会呢?首先要掌握一项对开拓世界至关重要的古老技术——航行——然后,正如天文学家卡尔·萨根的遗孀安·德鲁扬所说,你要“学会驾驭光线,就像我们学会驾驭风一样”。太阳帆由阳光——光子——推动,光子撞击太阳帆后会反弹。光子动量的这种变化将能量传递给太阳帆,并给它“推力”。 (由于太阳光的强度会随着与太阳距离的增加而减小,一些科学家建议,在长途旅行中,使用太阳能激光器停泊在轨道上,指向后退的太阳帆。)理论上,太阳帆飞船的速度会像储蓄账户累积复利一样增加——从长远来看,它甚至比核动力的旅行者 1 号还要快,后者自 27 年前发射以来,已经行驶了 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,太阳帆动力最有可能用于深空任务,例如将人员和货物运送到火星,甚至星际旅行。

宇宙 1 号已经在航空史上占有一席之地:它的一个帆悬挂在纽约市的洛克希德·马丁公司。
去年夏天,百年飞行展览期间,费勒中心的展品。莱特飞行器、阿波罗 13 号和红石火箭的复制品共享一个空间;太阳帆让它们显得矮小。

不过,这种说法可能为时过早。自从俄罗斯火箭科学家弗里德里希·特桑德 (Fridrikh Tsander) 于 20 世纪 20 年代首次撰写有关太阳航行的文章以来,包括美国宇航局 (NASA) 在内的任何人都无法证明它能行得通。宇宙 1 号在近真空环境中非常敏感,太阳耀斑产生的大气湍流,甚至其自身材料释放的气体(可以说是飞船自己的呼吸)都可能以不可预测的方式对其造成冲击。而且,没有人能保证基本原理是正确的。“从理论上讲,帆压应该比阻力大 10 倍,”德洛里说。但至少有一位科学家——著名的康奈尔大学天体物理学家托马斯·戈尔德 (Thomas Gold)——认为这是胡说八道。戈尔德认为,太阳航行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。

但行星学会执行主任路易斯·弗里德曼认为,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在 19 世纪 60 年代证明了阳光压力的存在,并在许多太空任务中进行了测量和计算。因此,即将对宇宙 1 号进行测试。这艘飞船不会飞得很远,也没有特定的目的地。这是一项实验,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。“人们想象宇宙 1 号正在公海航行,但实际上它更像是在波涛汹涌的大海中乘坐橡皮艇,”德洛里说。“你会比随波逐流快一点到达岸边。这就像哥伦布出发的时候一样——只不过我们不会离开港口。”德洛里最出名的可能是领导设计团队制造了火星麦克风——五年前,这种香烟盒大小的传感设备随火星极地着陆器一起坠入了深渊。如果着陆器没有丢失,该装置将把火星上的第一声响传回地球,为我们对这颗红色星球的“体验”提供另一个感官维度。(1999 年 12 月,着陆器在火星南极附近着陆前,莫名其妙地陷入了沉寂。)

在太空爱好者的三部分中,德洛里是萨根派,他深受卡尔·萨根的太空探索精神的影响。卡尔·萨根是一位天文学家,他通过自己的书籍、电视节目《宇宙》和电影《接触》推广了太空探索。萨根认为,太空探险不是为了旗帜和足迹,而是为了存在主义的探索,是为了解答大问题。萨根派的货币是奇迹:他们相信探索是为了探索,他们不容忍人类为了利益而开发宇宙。

“如果利润是驱动因素,我们不可能走到今天,”德鲁扬说,她正在继承已故丈夫的事业(她的公司 Cosmos Studios 为 Cosmos 1 提供了 400 万美元的资金)。“你必须资助那些没有直接或明显回报的事情,因为,任何对科学稍有了解的人都知道,很多时候当你在寻找一件事时,你会发现其他东西。”

Cosmos 1 项目充满了 Saganite 元素:国际合作、环保推进,以及数百万人通过在网络上跟踪其运动而获得虚拟探索体验。铸剑为犁元素(俄罗斯运载 Cosmos 1 的火箭是
萨根尤其会为宇宙 1 号(曾指向美国城市)感到高兴。但最终,即使宇宙 1 号成功了,它提供的答案背后仍隐藏着更多问题,数不胜数——而萨根主义者,作为萨根主义者,肯定会接受每一个问题。

有朝一日使用太阳帆飞船运载人类有效载荷执行星际任务的想法会带来许多问题,其中最主要的是太阳帆太过庞大,容易被宇宙碎片撕碎。不过,这并没有阻止德洛里,因为对他来说,人类大批涌入太空并不是必要的,至少在短期内不是。

在大多数情况下,萨加派更喜欢无人太空旅行,而不是载人太空旅行,因为无人太空旅行更安全、更便宜、更实用。正如天体物理学家詹姆斯·范·艾伦 (James Van Allen) 在 1992 年的一次演讲中颇具争议地指出的那样,载人飞行“效果值得怀疑,可能只会在专业领域成为首选技术”。

“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愚蠢的。我们在这方面还很新。我们是一群新手,业余爱好者。为了吸引公众而冒着生命危险的想法在我看来太不尊重人的生命了。”

德洛里认为,我们还没有开始耗尽虚拟探索的潜力。“看看火星探路者号吧,”他说。“他们使用 3D 眼镜让一个人驾驶火星车。如果我们有足够的时间和金钱,我们可以添加一个麦克风系统,真正模仿人耳及其对声音的反应——包括我们定向感知声音的能力。如果你从地面录制并拥有 3D 串行摄像机,那么你就可以为地面上的用户播放虚拟现实体验。”

“人类探索的支持者倾向于否定机器人,”他补充道。“它们笨拙、行动迟缓,必须有人指挥它们做事。我认为这对它们不公平。”德洛里设想了一个未来的太空计划,人类机组人员和机器人系统将共同有效地探索太阳系。这种人机协同作用将最大限度地提高科学回报:机器人将充当侦察兵,提供有关行星环境的数据,然后人类将被派往后续任务,对最有趣的目标进行详细研究。他确实看到人类冒险超越月球,但前提是机器人已经奠定了科学基础。他会去吗?可能——事实上,他已经申请了美国宇航局的宇航员候选人计划。但从某种程度上来说,纵观全局的最佳视角就在这里,在不可估量的未知数的中心。

“我们是谁?”他反问道。“我们是偶然事件的一部分,还是一个更宏大的计划的一部分?”他的目光落在办公桌上的火星地球仪上。“你知道,与其在星期天去教堂做礼拜,我更愿意发现火星上有一种微生物,而且它与我们的 DNA 非常接近。然后你看着那些星星,你就会意识到,这里有一个更大的目的。”

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