火星探索史:始于战争,也始于爱

2016-11-300阅读0

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火星探索史:始于战争,也始于爱

赵洋

  人类对「火星人」的想象与飞往火星的尝试

  火星上有「运河」,又有四季的变化,一年还和地球差不多,和太阳的距离也没那么远,所以可能存在生物。所以没过几年,就有一个著名的科幻作家,也是《离线·科幻》里大书特书的乔治·威尔斯写了一本书,叫《世界之战》,也叫《火星人入侵地球》。这本书跟「战神」有一定关系。

  这本书 1898 年出版,正值英国和德国两强在争夺世界霸权,进行军备竞赛的时候,那时候军备竞赛的强度一点都不低于冷战时的军备竞赛。他把当时的国际关系和地缘政治投射到了地球和火星这两个星体上。

  无独有偶,1938 年(二战前一年),美国一个著名媒体人在哥伦比亚广播公司现场直播了一个广播剧。这个广播剧其实就是根据《世界之战》小说改编的,而且就是叫《火星人入侵地球》。这位媒体人用了情境导入式的方法,开场就是伪新闻报道,就像我们现在看电影的手提式摄影一样,只是那时候用广播。广播中说到许多地方都将覆灭,这引起了一百多万美国人的恐慌。那个时候大家都觉得要发生世界大战了。

  直到 20 世纪 50 年代,美国人拍科幻恐怖片还认为主要的外星敌人来自火星,他们要和我们抢粮抢钱抢女人。其实那时候的美国人心中还暗藏着苏联这个敌人,只不过又一次投射到了火星上,投射到了「战神」上。

  我们再讲一点流行文化——火星人脸。

  这是 1976 年美国的海盗号在轨道上拍摄到的一个地貌,传回地球之后,媒体和观众对着那些图像看:这是脸,这是眼睛,这是隆起的鼻梁。到了 1998 年,随着相机分辨率的提高,人们看到的已经没那么像人脸了。到了 2001 年,怎么看都不是人脸了。因为人的认知系统,人们习惯于把一些杂乱的图片辨认为类似自己的图形。火星人脸太有名了,在《火星任务》这个电影里,它还单独出现过一次。

  这张人脸相貌很东方,像是一个佛像的面貌。

  刚才说的都是不能直接到火星的情况,而是拿望远镜看,用肉眼看。真正太空时代到来后,1957 年 10 月 4 号,苏联发射了第一颗人造卫星。没过三年,到 1960 年的 10 月,苏联发射了火星一号,很不幸失败了,其后又发射了火星二号,又没入轨,再次失败。前前后后,苏联、美国、欧洲、日本、印度,包括搭便车的中国,一共发射了大概 60 个火星探测器,60% 都失败了。真正成功降落在火星表面的都是美国的卫星:海盗一号、海盗二号、索杰纳、勇气号、机遇号、凤凰号和现在的好奇号。

  为什么那么容易失败?首先航天器要进入地球轨道,再变轨,再飞向火星轨道。第二关也很难,飞向火星轨道的过程中要进行轨道修正,这需要非常强大的深空测控网、测控能力,很多个口径几十米的天线来对准探测器,来发信号,因为要观测探测器有没有偏航。第三关,高速靠近火星后,要进行减速。反推火箭减速让它再绕火星运转,这是第四关,大部分探测器没有闯过第四关。第五关,减速了,再放一个小型探测器进入火星大气层,烧得都是白热状态。最后把防护罩打开,挂个降落伞下来,这是第六关。这个过程非常难以实现。

  第一个能真正拍到火星样子的天文探测器,就是美国的水手四号。当时它距火星表面几千公里高速飞跃,没有减速,拍摄了 21 张黑白照片,这些照片只反映了火星 1% 的面貌,但科学家从这里面解读出了很多信息。后来美国一鼓作气又发射了好几个水手去探测火星。

  不像现在有图像处理软件,当时科学家拼所有照片需要好几个月,而且还得把平面的照片贴到一个球体上,就像地球一样,现在借助软件很快就能做完。或者用网络的概念,把照片发到平台上,让网友帮你拼。

  水手系列探测器有几个很重要的发现,比如它发现了太阳系最高的山——奥林匹斯山,从火星的平均海拔的零起点到山顶有 20 多公里,因为火星质量很轻,所以山会堆得很高。行星质量越大,山就越会因为自己的重力而崩塌。地球的极限是 10000 米,珠峰只有 8800 多米。水手系列探测器也发现了太阳系最大的峡谷——水手峡谷,美国大峡谷跟它比起来简直小菜一碟,水手谷的长度相当于美国的宽度。火星很小,所以可以想象火星的这个伤疤有多大。

  在六七十年代,为火星探测画上一个休止符的,是美国的海盗号,就是拍到火星人脸的那个探测器,它是第一个成功软着陆在火星上的探测器。

  

探测器在荒芜的地球戈壁上进行测试。

  这是探测器的自拍照,它用自己的科学仪器拍得。这也是第一张在火星表面的彩色照片,当时是 1976 年 7 月。这个角度选得够刁,一切我们想看的信息都有,还有美国国旗。当年海盗号的花费大概为 10 亿美元,相当于现在几十亿美元一个任务。它虽然是核动力的,但不太经用,用了一年就耗光了能量。

  海盗号的主要任务,是探测火星的气体成分以及火星上的岩石,还带了仪器,以此来测火星适不适合生命生存,结果是不适合。

  在这插入一个题外话,从海盗号开始,地外探测树立起了一个标杆——「行星检疫」。就像我们出国回国,要看看有没有带什么违禁的种子或者巴西龟。海盗号在组装的时候,工程师都穿着像 SARS 那时穿的全封闭防护服,海盗号就像是在手术室里组装的。每一个零部件的表面以及组装后的所有表面都用酒精擦过了一遍,最后把整体又放在一个「大锅」里面,高温消毒 30 分钟。这么做的目的是防止把地球上的微生物带到火星。一方面,要是带上去了,它测出来的结果不准,如果发现了生命迹象,没法确定是地球的生命还是火星的。另一方面,从生命伦理的角度来讲,给火星引入了外来生物入侵,对潜在的火星人来说是不公平的。

  但是因为海盗号传来的信息不容乐观——火星是一片死寂,所以人们没那么热情了。从 1976 年之后再立项去探测火星的不多,从 1977 年到 1996 年美国一共发射了三个,都失败了。苏联发射了很多,全失败了。日本也发了,同样失败了。就这样,火星沉寂了 20 年。

  沉寂的二十年后,人类的热情重燃

  到了 1997 年,媒体对火星的希望又被点燃了,因为美国宇航局声称在南极找到一块陨石,这块陨石来自火星。为什么火星的陨石会在地球上呢?可能是有别的小天体撞击了火星炸出了碎片,最后飘到了地球附近,被地球引力俘获,而南极环境又特别适合保存陨石。他们把陨石做成切片,然后用显微镜去看,发现里面有一些微观结构,很像地球上同类岩石由微生物产生的微观结构。所以他们推断,有可能火星曾经存在过微生物,至少不要轻易排除这种可能。

  正好美国又愿意去探测火星了。1996 年发了一个,1997 年发射的就是火星探路者,带了一个叫索杰纳的很小的火星探测车。这时候美国的想法变了,认为不要把鸡蛋都装在同一个篮子里,海盗号一个 12.5 亿美元(还是 1976 年的币值),万一发射失败,全砸了。每次火星「大冲」,也就是每 26 个月发两个。每一个都有单独的任务,有的是看火星的气候,有的是看它的生命,有的是看它的地质条件。这样坏了一个,还有其他的可以继续探索。后来又发了这些,整体宗旨就是更小、更快、更好、更省,多快好省。

  美国真是一个讲求创新的国家。其他国家还没有软着陆在火星上的火星探测器,而美国软着陆在火星上的火星探测器总共也就那么几个,但是每个都有不同的软着陆方式。

  海盗号的情况是:降落伞一点点减速,最后有一个反推火箭,离地面几米时,一反推,「嘭」,落在地上。万一反推火箭坏了怎么办?摔碎了的话,12 亿就一下子没了。用一个正四面体的气囊,把探测器的平台和小车的平台包起来。没有反推火箭、降落伞,到了下面之后速度很高,伞绳便切断。气囊就像皮球一样滚在地上蹦跳,滚到哪算哪,哪里对他们来说都是新鲜的。等滚不动了,把气放掉,然后把正四面像金字塔一样打开,小车开出来……

  这在当时不仅是太空探索史上的一个大事件,也是互联网的一个大事件。当时 NASA 网站创造了同时有最多人在线浏览的记录,在 1997 年 7 月,这很了不起。

  时间从 1997 年来到 2004 年,美国又发射了两个火星车,一个叫勇气号,一个叫机遇号。美国后来走群众路线,因为它花的都是纳税人的钱,要让纳税人开心,所以在全国征名。后来是一对从清华大学毕业的夫妇(在美国定居)的两个女儿中选了,他们女儿起的名字是勇气号和机遇号。

  海盗号探测器没有轮子,它就算只坐在那里不动,核动力一年也会被耗尽。勇气号和机遇号从 2004 年开始,一个运行了 7 年,一个运行到现在还没有坏,它们靠的是太阳能。火星上还有尘暴,想象一下,在这个雾霾的情况下,家用汽车能不能用 11 年?所以它的技术非常先进。

  近些年的好奇号在 2012 年着陆在火星上。它特别大,有 850 公斤重。我想特别介绍一下它的软着陆方式,就是第三种软着陆方式——天空起重机。因为它太重了,没法再装反冲火箭,也不能再用一个大气囊包住了,因此降落伞减速到差不多的时候,它在地上拍一下,气囊就碎了。用一个火箭平台,缆绳吊住它。火箭平台慢慢把它放在火星表面,感觉它到达火星表面了,绳子便切断,它用最后的燃料飞出去。所以说,美国短短二三十年火星软着陆的方式已经进化了三代,让我们叹为观止。

  好奇号也做出了很多好玩的发现,包括发现了火星上有很多甲烷,甲烷是一个很重要的一个指示气体。火星上可能有生命活动才会有甲烷,当然它也发现有水流存在过的痕迹。

  刚才说的都是无人火星探测和火星观测。历史上有一个载人火星计划,也跟战争有关。主角冯·布劳恩是著名 V2 导弹的发明者,他是个浮士德式的人物。后来他忏悔,因为他用了很多犹太农工在地下室里给他装配 V2 导弹发射去伦敦,去炸那些可能解放他们的人。后来他被美国抓去研究美国太空计划。他说,我造 V2 导弹也是出于好心,只不过它们落错了地方,我本来想让它上太空,很不巧希特勒给我钱。所以,火星是这些聪明人的一个宿命。

  在 1952 年,这时候他已经到美国 7 年了,二战结束也 7 年了,他无所事事,美国人也不想重用他了。苏联还没有发送第一颗人造卫星,美国还没感到自己有发射人造卫星的必要。他就跟一个大众媒体《科利尔》杂志(当时在美国销量非常好)合作,在上面系统地介绍了自己的火星远航计划。

  十艘船有不同的分工,就好像当年哥伦布的船队、麦哲伦的船队远航一样,大家不是只靠一艘船。在地球绕地轨道上组装、集结,然后飞到火星。飞到火星后,七艘飞船在火星轨道上盘旋,三艘飞船降落在火星表面。我们注意到,降落在火星表面的飞船长得非常像现在的航天飞机。他的一个老师桑格尔就是现代航天飞机、空间飞机的发明者之一。当然,他们和钱学森那些人都还有关系,包括和中国前一阵的超高音速飞行器,都有千丝万缕的联系。

  这个船队飞到火星之后,航天飞机降落,登陆火星的宇航员在火星上考察、生活一段时间之后,再乘坐飞船飞到轨道上和那七艘飞船汇合。那七艘飞船上有他们回到地球的给养、燃料等等。整个周期是 26 个月。

  探索火星的三种模式

  最后给大家介绍一下探索火星的三种模式。第一种是肯尼迪模式,就是用政治驱动,用热战或者冷战来驱动。

  

赫鲁晓夫和他四个心爱的宇航员在红场阅兵。

  

美国的一个军人宇航员在向美国国旗敬军礼。

  我们从上面两张图中可以看出,这是多么赤裸裸的太空军事化。

  这句太空战略宣言「谁控制太空,谁就控制地球;我们把人送上月球,能解决地球上的任何问题。」耳熟能详。举全国之力完成一个太空任务,这就是肯尼迪模式。

  到了 21 世纪,这种模式可能不太管用了。这也是为什么在 1989 年老布什总统提出在 20 年之内重返火星。NASA 一听,特别高兴,赶紧做预算,做了一个「90 天计划」,90 天之内拿出一个课题报告。钱不多,大概 4500 亿美元,只够五到七个人上火星,

  然后冷战就结束了。1990 年苏联解体了,美国也就没有把人送上火星的动力了。

  第二个模式叫卡尔·萨根模式,卡尔·萨根是行星天文学家,他认为,探测火星这种公益性事业还是应该由大家凑份子钱一起做,欧洲出一点,日本出一点,中国出一点,美国、俄罗斯出一点。国际空间站就是以这个模式建起来的。但是它的不好之处就是受到地面政治的影响,俄罗斯人不断地把联盟号飞船的票价升高,美国的航天飞机退役了,所以票价从 200 万美元涨到 1300 多万美元再到 6000 万美元。但没办法,就是得坐俄罗斯的飞船上自己投资的国际空间站。这就是卡尔·萨根模式的致命缺陷,在人类社会没有大同之前让这些国家几十年如一日地团结,去支持这样一个短期内看不到回报的项目是很难的。

  第三个模式叫金里奇模式。金里奇是美国的一个国会议员,他是美国的右派,美国右派信奉自由市场经济,这种事情交给 NGO,交给自由市场去办。美国私营企业确实很争气,私营空天飞机也造出来了,霍金、麦当娜都买了票,准备进行亚轨道飞行。

  这就是所谓的现实版钢铁侠埃隆·马斯克,他造的猎鹰 9 号火箭的推力堪比世界一流水平的运载火箭。一个私营公司,不仅富可敌国,技术也敌国。而且他们造的「天龙座」货运飞船也是第一个跟国际空间站对接的。马斯克的豪言壮语就是,有生之年一定要把人送上火星,他自己也有可能去火星。

  这三个模式哪一个好?肯尼迪模式象征着战神的本来面貌,靠战争来推动。第二种靠爱来推动,是金星维纳斯的模式。第三种模式,企业之间有交锋有竞争,但是也有一种仁爱。

  也很巧,演讲的今天是金曜日,金木水火土日月,中国七政又叫七曜,所以我们金耀日讲了讲火星。

  本文整理自 2015 年 9 月「离线空间·火星一日」线下活动的演讲。

  

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