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NASA 简史 : 一场人类的外太空漂流

单向街书店  · 公众号  · 读书  · 2017-09-17 09:09

正文


距离地球 14.88 亿公里外,太阳系最伟大的谢幕已然上演。


1997 年 10 月 15 日,美国卡纳维拉尔角空军基地,威力巨大的泰坦 4 号运载火箭将卡西尼号发射升空,奔向遥远的异星世界。经过 7 年漫长的旅途,卡西尼终入进入土星轨道,成为首艘环绕土星飞行的探测器,这一绕就是 12 年。12 年的深度旅行几乎飞遍了土星周围的角角落落。为避免燃料告罄后飞船失控,污染可能存在着生命的土星卫星,2017 年 4 月11 日,NASA 向它下达了最终命运指令:坠落土星。借助土星的大气层,卡西尼将化为灰烬不留一丝痕迹。


而在卡西尼之前,在NASA从1958年建立到现在的近 60 年里,曾在太空留下无数次人类的第一次。NASA 在外太空的每个第一次,都显得孤独而决绝,让我们一起回顾一下NASA 的外太空漂流——



卡西尼坠落动态示意图。来自 NASA


1957 年 10 月,苏联成功向外太空发射了世界第一颗人造卫星,震撼了整个美国科学界。彼时,美苏冷战角力正处于关键时期,这个突如其来的消息,直接引发了华尔街的股价震荡,也让在科研竞赛中长期处于领先地位的美国人慌乱不已。时任美国总统的德怀特·艾森豪威尔(Dwight DavidEisenhower)受到了来自美国国会和安全局的压力,开始将目光放到刚刚起步的太空工业上,美苏两个超级大国之间的太空竞赛正式开启。在这场太空较量的开端之时,苏联人似乎走在更前面,而美国航天界也在酝酿着一场风暴,这场竞赛成为后五十多年人类太空文明史的风向标。


1958 年 7 月 29 日,德怀特·艾森豪威尔总统签署《美国公共法案 85-568》,宣告了 NASA 的成立。NASA 作为美国联邦政府的独立机构,负责制定、实施美国的民用太空计划,开展航天科学暨太空科学的研究。在成立 NASA 的不久前,美国成功发射了人造卫星“探险者1号(Explorer-1)”,作为对苏联成功发射“伴侣1号(Sputnik-1)”的回应。



NASA 的全称是 National Aeronauticsand Space Administration,即美国国家航空航天局,由拥有 46 年历史的国家航空咨询委员会改组而成,其中包含 4 个主要实验机构,与 80 名航空科研成员。凭借先进的科研能力和雄厚的资金支持,NASA 一经成立,就迅速成为了人类太空探索的先驱。


NASA 成立之后的首次高调亮相,是 1959 年启动的“水星计划(Project Mercury)”。



“水星计划”是美国的第一个载人航天计划,旨在验证人类是否可以适应严酷的太空环境。NASA 希望尽可能利用已掌握的航天技术,以最快的速度和简单可靠的方式,抢先把宇航员送进太空。早期的“水星计划”分别进行了运载火箭与飞船飞行试验、载动物飞行试验,可进展并不能让美国人民满意。1961 年 4 月,苏联成功发射人类有史以来首驾载人航天飞船“东方 1 号(Vostok-1)”,宇航员尤里·加加林(Yuri Gagarin)也成为了第一个进入太空的地球人,这更让 NASA 在美国国内备受责难。NASA 顶着巨大压力,无奈决定把宇航员艾伦·谢波德(Alan BartlettShepard)执行的载人太空舱任务穿插在两次黑猩猩“宇航员”的验证任务中。NASA 寄望于他的这次试验能让美国在这场太空竞赛中的位置,稍稍前移一些。当时,美国的太空计划并不完善,轨道船技术尚处起步阶段,且运载火箭曾于研发阶段失败过,所以并不能保证在载人升空时不会出现问题。因此这次飞行对于宇航员和 NASA 来说,都是很严峻的挑战。好在 1961 年 5 月 5 日,谢波德搭乘的“自由7号(freedom-7)”成功被送入太空,并顺利返回。在 NASA 完成首次美国载人太空飞行任务后不久,第35任美国总统约翰·肯尼迪(John F. Kennedy)就宣布美国要在 1970 年前抢占先机,实现载人登陆月球。



“水星计划”一共完成了 25 次飞行试验,其中包括 4 次动物飞行、2 次载人亚轨道飞行,以及 4 次载人轨道飞行。虽然其中有过不少失败,但在这个过程中,科学家掌握了足够多的资料和相关技术。接着,NASA 着手进行下一步——可载双人进入轨道的“双子座计划(Project Gemini)”,并逐步朝登陆月球这个大目标迈进。


“双子座计划”是美国的第 2 个载人航天计划,实施在“水星计划”和“阿波罗计划(Project Apollo)”之间,在 1965年~1966 年中,共进行了 10 次载人飞行。“双子座计划”的目标,是为更先进的太空旅行积累经验,为其后的阿波罗登月计划打好基础。由于所用飞船只能容纳两人,所以被命名为 “双子座”。双子座飞船与水星飞船最大的不同在于,水星飞船将除制动发动机外的所有设备都放在飞船中,与宇航员仅一个舱门之隔;而双子座飞船将动力、推进、生命维持系统都放在一个独立的设备模块中。双子座飞船在早期的短期飞行任务中使用电池供电,后来在长期飞行任务时换成了燃料电池,这是燃料电池在载人飞船上的首次应用。双子座飞船也首次引入机载计算机来协助管理、控制飞船。同时还借用了某些航空上的设计,如弹射座椅、飞行雷达、高度仪。


在“水星计划”和“双子座计划”还在不断积累航天经验之时,NASA 迫不及待地启动了“阿波罗计划”。这项计划致力于实现载人登陆月球并安全返回地球,也是迄今为止,最庞大的月球探索计划。


在“水星计划”末期,肯尼迪总统用一段激情澎湃的演讲,点燃了美国人的登月热情:“我相信这个民族能够齐聚一心、全力以赴达成这个目标。即在 1970 年以前,人类将乘坐宇宙飞船登陆月球,并安全返回。没有任何一个太空项目能够超越它对人类的影响,超越它对宇宙远程空间探索的重大作用。”


NASA 对“阿波罗计划”抱有很高的期望,然而“阿波罗 1 号(Apollo-1)”的试飞却以失败告终,飞船搭载的三名宇航员也在任务中丧生,这是美国首次有宇航员牺牲。可开局不利并没有影响NASA的登月计划,时隔八年,1969 年 7 月 20 日,尼尔·阿姆斯特朗(Neil Alden Armstrong)和巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)搭乘“阿波罗 11 号(Apollo-11)”完成登月壮举,并于 4 天后返回。在踏出登月舱之时,阿姆斯特朗说出了那句在无数场合常被引用的名言:“对于我个人来说,这是一小步;对于全人类来说,这是一大步。”



成功登月让美国航天局在美苏登月竞赛中取得了阶段性胜利。之后,“阿波罗计划”继续尝试月球探索,并希望在此基础上建立宇宙空间站与月球基地,计划一直持续到 1972 年“阿波罗 17 号(Apollo-17)”的登月考察。由于财政预算紧缩和政治因素,“阿波罗计划”未能持续下去。“阿波罗计划”详细地揭示了月球的表面特性、物质化学成分、光学特性并探测了月球重力和磁场,为人类对其他星球的探索打下了良好的基础。虽然阿波罗计划被终止,但是轰轰烈烈的航天探索事业早已停不下脚步。


美国政府花费数十亿美元研制的“阿波罗计划”所使用的航天器,自 1970 年起就不再允许被使用。财政预算缩减等原因,也让 NASA 的太空探索速度减缓。


1977 年 9 月 5 日,NASA发射了无人外太阳系空间探测器“旅行者 1 号(Voyager-1)”,它是有史以来飞离地球最远、也是第一个离开太阳系的人造飞行器。截至 2017 年 6 月,它仍是离地球最远的人造物体。“旅行者 1 号”先后完成了对木星与土星的探索,之后任务变更为探测太阳风顶,以及对太阳风进行粒子测量。值得一提的是,为了接触外星生命体,“旅行者 1 号”还携带了“旅行者金唱片”——这是一张铜质磁盘唱片,内容包括用 55 种人类语言录制的问候语和各类音乐,其中还有时任美国总统卡特的问候:“这是一份来自遥远的小世界的礼物,上面记载着我们的声音、科学、影像、音乐、思想和感情。我们正努力活在当下,这样才能与你们共处。”



从 1973 年开始,NASA 就开始实施“天空实验室计划”,即在外太空建立太空空间站,加强对外太空的探索。1993 年,由六个太空机构联合推进的国际合作计划——“国际空间站”完成设计并开始建造。国际空间站主要用于研究和开发太空资源,为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。在对地观测方面,国际空间站比遥感卫星要优越得多。



2011 年,NASA 发射了火星探测器“好奇号”,探测火星气候及地质、火星上的水,探测盖尔撞击坑内的环境是否曾经能够支持生命以及研究日后人类探索的可行性。“好奇号”的成功发射也为人类移民火星点燃了希望的火种。2017 年 3 月,经过对火星的一系列探测之后,NASA 正式公布载人登陆火星任务计划,人类将于 16 年后踏足火星。



不过 NASA 的航天探索并非一帆风顺,载人航天计划依靠的一直是太空梭。太空梭也可称为“航天飞机”“太空船”,承担着包括为在建的国际空间站运送建筑构件和材料在内的任务。在 1986 年和 2003 年发生的两次重大事故中,有两架太空梭被毁,14 位航天员死亡。其中,1986 年失事的“挑战者号(Challenger)”是一架用替换零件拼凑的太空梭;而 2003 年“哥伦比亚号(STS Columbia OV-102)”的爆炸,更致使美国国内对太空梭的未来信心大减。NASA 不再考虑建造新的替补太空梭,而是转而研发“奥赖恩计划”。


“奥赖恩(Orion)”是美国新一代航天器。2006 年 8 月 31 日,美国宇航局正式宣布,选定洛克希德·马丁公司主操刀、研发名为“奥赖恩”的新一代载人航天器,载宇航员重返月球乃至登陆火星,此举也标志着美国新一阶段载人航天计划正式启动。和“阿波罗”飞船相比,“奥赖恩”的先进之处在于运载量更大,电子操作系统更先进,生存和生活环境更为优良。



除了对外太空的探索之外,NASA 还为运载火箭,通信卫星和气象卫星的发展提供基本技术支持,这些都潜移默化地影响着我们的生活。许多已经应用于非航空航天用途的 NASA 技术,也仍是科学研究和吸引公众对航空航天探索、科学技术兴趣的主要力量。更重要的是,对未知空间的探索教会了我们以新的方式来看待我们自身、地球和宇宙。



尽管进入新时代后,NASA 的一系列航天计划面对着来自波音公司和 SpaceX 的竞争,然而作为最大的政府航天机构,NASA 依旧在人类对航天探索事业中占据着举足轻重的地位。NASA 的技术和科学成就显示出,人类可以实现不可思议的壮举。我们仍需坚信,地球只是浩瀚宇宙中,一颗微小的“蓝色大理石”。



文章来源于《EM·大航海,再启动》


鲍班贝 主编 

中信出版社

2017-08

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