NOW.SPACE女記者帶你走進美國噴氣推進實驗室

科技 04-03

NOW.SPACE記者希瑟·迪·安格羅與JPL的格言「敢於挑戰強有力的事情」。圖片來源:now.space

近日,美國太空網站NOW.SPACE(http://now.space)記者希瑟·迪·安格羅(Heather D』Angelo)對位於美國加州帕薩迪納的噴氣推進實驗室(JPL)進行了一次幕後訪問,以下是她精彩的JPL之旅。

JPL初創期的「火箭男孩們」,攝於1936年11月。圖片來源:now.space

噴氣推進實驗室的興盛史

噴氣推進實驗室(JPL)的歷史最早開始於1936年10月13日,由一群對各種發動機精通的傑出科學家發起組建。當時他們驅車抵達了現在加州聖加布里埃爾山腳下,試圖讓以往在科幻小說中才出現的科技變成現實。雖然戲謔地自嘲為「火箭男孩(rocket boys)」,但是這群年輕人在這裡成功進行了一系列創新的火箭工程實驗。

這些早期的嘗試讓噴氣推進實驗室在1944年、二戰結束前夕得以正式成立,創建者為加州理工學院教授、著名空氣動力學家西奧多·馮·卡門(Theodore von Karman)。而馮·卡門的學生、中國著名科學家錢學森曾在這裡擔任噴氣研究組組長。從那以後,JPL成為無人星際探索的先鋒。

JPL院子里的銘牌,以紀念1944年噴氣推進實驗室的正式成立。圖片來源:now.space

首次太空探索嘗試開始於1958年,JPL研製出了美國首顆人造衛星探險者1號(Explorer 1)。令人驚訝的是,僅過了4年,1962年JPL就推出了世界首顆飛掠金星的探測器--水手2號(Mariner 2),它成功在1962年12月近距離飛掠金星,距離金星最近時只有3.5萬千米。

到今天,JPL已執行過三十多次探測任務,包括正在執行的探測任務:朱諾號(木星任務)、卡西尼-惠更斯號(土星任務)、黎明號(穀神星任務)、機遇號火星車與火星偵察軌道器(火星任務)等；以及仍在飛向太陽系邊緣的旅行者姊妹號。

現在加州理工學院繼續管理著噴氣推進實驗室,同時JPL也是美國宇航局(NASA)十大研究中心之一。目前JPL主要進行深空探測器的建造與管理,同時也運營一些著名的太空望遠鏡:如赫歇爾太空望遠鏡(Herschel Space Observatory)、仍在工作中的斯皮策太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)等。

一些美國宇航局的近地軌道項目也由JPL負責,包括對近地小行星與彗星的跟蹤監視、宇航局深空網(DSN)的運營等,其中DSN是全球最大的可與深空探測器進行直接通信的科研電信系統。

西奧多·馮·卡門禮堂。禮堂牆上的模型分別為:左側是火星偵察軌道器(MRO),右側是旅行者號(Voyager)。圖片來源:now.space

拜訪第一站:西奧多·馮·卡門禮堂

前往JPL的這一天,帕薩迪納天氣非常好,陽光很燦爛。我很榮幸與JPL科學家馬克·海靈格(Mark Helmlinger)一起走進噴氣推進實驗室,對JPL偌大的校園進行了3小時的參觀。

在獲得官方通行證後,我與馬克前往西奧多·馮·卡門禮堂,這裡是JPL舉行講座與開新聞發布會的地方。在參觀禮堂的過程中,能夠了解到JPL過去、現在和未來將要執行的太空任務,這讓我非常激動。

卡西尼-惠更斯號的模型,卡西尼背部的殼狀物是惠更斯號。卡西尼號於1997年發射升空,2004年抵達土星,至今在太空中已工作了近二十年。圖片來源:now.space

「不可貌相」的各類星際探測器

禮堂兩側陳列著JPL歷史上最著名的航天器比例模型:上圖中左側的是火星偵察軌道器(MRO),右側是旅行者號(Voyager),另一張則是卡西尼-惠更斯號(Cassini & Huygens)的模型。

惠更斯號探測器的模型。圖片來源:now.space

在這之前,我從未實地見過這些航天器模型。它們給我的第一印象倒像是劣質玩具。卡西尼與惠更斯號模型表面覆蓋著一層金箔,你會覺得它們像是包裹著薄薄一層包裝紙的聖誕節禮物,而不是飛行了14億公里抵達土星、並工作至今的探測器。

「真實的卡西尼號應該和這個模型不一樣,對吧?」我好奇地問馬克。馬克聽了大笑,他解釋卡西尼的金色「外衣」由多層材料構成,包括鍍鋁的聚醯亞胺、聚酯、滌綸等。這層「外衣」使卡西尼號能夠承受住極端的空間輻射環境,並在土星軌道上工作的11年里抵禦微流星體的撞擊。

隨後馬克介紹說,製作這些模型的材料與真實探測器所使用的是一致的,每個都非常精確。

本文作者與旅行者號模型合影,這艘模型與真實的旅行者號是1:1大小。圖片來源:now.space

飛了近四十年仍在工作的旅行者號

當旅行者號模型在我面前出現時,我非常敬畏地凝視著它。旅行者號進入太空時我遠未出生,而現在它早已成功拜訪了四顆大行星,向著太陽系邊緣飛去。旅行者號比它們外表上看起來更經久耐用,非常可靠。

旅行者號的金質唱片封套。圖片來源:now.space

這艘旅行者號模型上有一枚金質唱片,與目前遠在太陽系邊緣的兩艘旅行者號攜帶的金質唱片是一模一樣的,能夠在這裡見到實物讓我非常開心。

這張金質唱片外觀看起來很科幻,有點像來自《星際迷航》里企業號星艦上的東西。與卡西尼號的金色「外衣」一樣,這張唱片的鍍金層保護其不受微流星體的撞擊,使它能夠保存的非常久。

金質唱片封套上圖形的圖解。圖片來源:now.space

唱片外表的圖表有說明如何在留聲機上使用它、如何查看光碟里的圖片,以及示意地球在太陽系中的位置。

1977年,在旅行者號發射前,金質唱片在探測器上的安放位置。

唱片封套上還有一塊高純度的放射性鈾源,這枚鈾238放射源具有時鐘的功能,可以依據它的衰變時間得知旅行者號在宇宙中漂流了多久。

金唱片里保存的圖像:一個在超市裡吃東西的女人。圖片來源:now.space

記錄在這張12英寸唱片上的語言多達55種,包括已失傳的阿卡德語到現代中國方言里的吳語。唱片還記錄了美國前總統吉米·卡特和時任聯合國秘書長庫爾特·瓦爾德海姆的錄音。

金唱片里這張圖展示了人類的飲食方式,包括喝、舔、吃三種動作。圖片來源:now.space

在祝福語之後,唱片還收錄了來自地球上的各種聲音,時長90分鐘,包括不同文化和時代的音樂、地球自然現象如雷聲、鳥鳴、海浪聲等,此外還有115幅以模擬信號方式收錄的圖像。唱片收錄的這些內容是以美國著名天文學家卡爾·薩根為首的美國宇航局委員會決定的。

金唱片里保存的圖像:中國長城。圖片來源:now.space

旅行者姊妹號抵達另一個恆星系需要約4萬年的時間,雖然它們被宇宙里高於地球文明的智慧生命攔截的可能性很低,但是卡爾·薩根希望唱片里所記錄的內容在某一天能夠被外星文明所發現。正如他說:「這個『漂流瓶』被投放到宇宙中,說明(我們)這顆星球生活著充滿希望的生命。」

空間飛行操作設施辦公室。圖片來源:now.space

JPL另一座博物館裡的「黑科技」

在禮堂里欣賞完這些探測器的模型後,我與馬克前往毗鄰的其他博物館,那裡就像JPL空間探索史上的一座神殿。

1:1比例的伽利略號木星探測器模型。圖片來源:now.space

這座不大的房子里展出了JPL所有的過往探測任務,這些任務從太陽到外太陽系的行星,橫跨整個太陽系,非常有特色的。展廳的中央是一台伽利略號木星探測器的全尺寸模型,體量很大,從房間的一頭延伸到另一頭。

博物館內部各種星際探測器、天體的模型,畫面內展示的是地球、火星、月球的探測歷史。圖片來源:now.space

噴氣推進實驗室自成立以來,所獲得的成就非常驚人,這讓我在參觀時變得選擇困難,因為我不知道自己該先去參觀哪裡。這裡有阿波羅登月任務帶回來的月球岩石、太空隕石、各種視頻的展示,天花板到地板懸掛或安放著各類探測器與飛船的模型,這裡簡直就是全世界太空迷們的聖地!

展示櫃里的氣凝膠,任何一個狂熱的太空收藏愛好者都想擁有它。圖片來源:now.space

展廳的一座玻璃陳列櫃里有一個發光、半透明的淺黃色立方盒,裡面展示著一些神秘的東西,「這是氣凝膠。如果你身上塗有這種物質,你可以在火中行走卻毫髮無損。」馬克解釋到。

氣凝膠在NASA星塵號探測任務中起了至關重要的作用,它被用在星塵號太空高速飛行中捕捉彗星散發的塵埃粒子。氣凝膠是一種多孔硅基物質,99.8%的體積是空氣,外觀看起來就是一種非凡而可愛的材料。我甚至希望能夠在我的咖啡桌上放這麼一小塊氣凝膠,作為和朋友們閑聊時的談資。

博物館內部各種星際探測器、天體的模型,畫面內展示的是小行星、彗星、木星的探測歷史。圖片來源:now.space

在這座博物館逛了約半小時後,我覺得自己像是上了一堂JPL太空探索史的速成課,這座博物館雖然外表看起來並不大,卻隱藏了這麼多重量級的文物。我也迫不及待地想知道接下來馬克會帶我參觀哪裡,因為下面將要參觀的內容我還沒做好心理準備。

JPL里好奇號火星車樣機的車輪。圖片來源:now.space

好奇號車輪的神秘「摩爾斯電碼」

接下來參觀的這座大樓相當壯觀,而且裡面還有一個坦率可愛的大傢伙-- 1:1的好奇號火星車模型。雖然「好奇號」這個名字很擬人化,但是這傢伙和《機器人總動員》里的瓦力不太一樣。

你看到好奇號了沒?

我在仔細打量這輛火星車時,馬克問我注意到火星車六個輪胎上的有趣圖案沒?額,我當然沒注意,因為我完全被好奇號的炫酷外形吸引了。

說到這裡有個背景故事:當科學家們試圖找出如何計算好奇號行駛距離的方法時,他們意識到可以利用好奇號在火星表面行駛留下的車轍印計算行駛距離,這個方法的正式名稱叫視覺里程計,但問題是車轍印在碾壓後該以什麼圖案呈現呢?

好奇號在火星表面碾壓出來的車轍印,將JPL的摩爾斯電碼印在了火星車漫遊所到之處。圖片來源:now.space

因為這輛火星車是在噴氣推進實驗室設計、製造的,JPL的工作人員建議車轍印直接在火星沙土表面碾壓出「JPL」三個字母。但是這麼做,NASA卻不樂意了,他們不想「JPL」三個字母隨好奇號在火星上綿延地印上數百公里,可能因為這樣做有點宣示領土主權的意味?

於是JPL採取了迂迴的辦法,將「JPL」三個字母以摩爾斯電碼的形式印在了火星表面。

JPL實時通信流的LED燈束,很像科幻影視劇里的傳送裝置。圖片來源:now.space

炫酷的星際信息傳輸

在好奇號模型的左邊又是一個充滿想像力的物件--一個圓柱形、看起來像是星際旅行中使用的隱形傳送裝置。它由數十條白色發光LED燈管組成,從天花板一直延伸到地板。每隔一秒,沿著燈管發出一股向上閃爍的光,然後向下,再向上,以一個有節奏的循環進行。

馬克解釋說這是JPL的實時通信流,這些通信流來往於JPL各個在地球外工作的探測器和地面的深空網接受站之間。向上流動的光束流代表JPL向探測器發送指令,向下的光束流則表示探測器向地球發回數據。

「尋找另一個世界」(The Search For Another World),這是搜尋到的系外行星最新數量。圖片來源:now.space

在這張系外行星候選名單前我拍下了照片,這張照片里一共有3701顆候選的系外行星,其中1937顆被證實是真實存在的,13顆位於宜居帶,很可能適宜人類居住。但在我回來寫這篇文章時,我上JPL的系外行星搜尋網站卻得到了不同的結果,這讓我有些困惑。網站上顯示開普勒太空望遠鏡搜尋到的系外行星數量為3701顆,只有1042顆確認是存在的,但我沒找到這些系外行星位於宜居帶的信息,不過網站上也說有32顆可能適合居住的系外行星存在。

雖然我想在這個大廳待上一整天,但是馬克拉著我說後面還有更精彩的東西,然後確實是這樣!

巨科幻的JPL任務控制大廳。圖片來源:now.space

參觀JPL任務控制大廳

馬克帶我上了幾層樓梯,在一個昏暗的觀景台上,我發現自己竟然可以俯瞰JPL宏大的任務控制大廳!控制室里放滿了各種大小、明亮的屏幕。高大的、直頂到天花板的電子大屏幕展示著世界各地深空天線數據接收情況,以及深處太陽系各星球的探測器工作情況。

一個中等大小的屏幕不停滾動著彩色文本,這其中顯示的有些是我們熟知的「黎明號(穀神星探測任務)」、「SOHO(太陽軌道望遠鏡)」、「朱諾號(木星探測任務)」等目前正在進行的星際探測任務。

在火星表面工作的兩個小傢伙:好奇號與機遇號的現狀統計。圖片來源:now.space

隨著科技進步,自1964年以來,控制任務也發生了很大變化,不過有一項至今未變:「每天24小時、每周7天,每時每刻都有人監控(24/7有人監控)」。它甚至有自己的獨立電源,以備停電或不時之需時使用。這是非常重要的,一旦出現突發事件,沒有足夠電力會導致控制中心與探測器失聯,而「24/7有人監控」會讓我們繼續和探測器保持聯絡。不然這些探測器就會像電影《機器人總動員》里瓦力一樣,在太空漫無目的的飛行。

馬克提醒我還有更棒的參觀點,我跟著他走了出去,眼睛又不得不重新適應室外的陽光,這讓我好奇裡面的人們是否會經常走出較暗的控制大廳,走到戶外來。

很快我確定這個答案是肯定的,而且不出所料,他們以比你想像的更酷的方式享受空閑時間。

「火星院子」與好奇號測試樣機。圖片來源:now.space

火星院子

「火星院子」其實就是個院子,或者可以說是一個大沙箱,這裡能夠精確模擬火星表面的地形。為什麼要這麼做呢?因為我們不會將一輛昂貴的火星車在沒有通過地面測試的情況下,就把它送上火星。

我們都知道火星表面很多地方是布滿碎石的,因此在發射前,評估這些碎石會對火星車造成什麼樣的危害是非常重要的。所以JPL的工程師們在這個試驗場,用火星車的樣機去模擬真實火星車會在火星表面遭遇什麼樣的問題。

當我在試驗場地里漫步時,我注意到這些散落在院子里的碎石形狀、紋理和大小各異。馬克告訴我這些石頭都來自美國西南部的莫哈維沙漠,因為那裡的地貌與火星很相似。其中一塊看起來很像浮石(岩漿凝成的海綿狀岩石),這讓我很想收藏它,以作為今天這麼長路程徒步參觀的紀念品。

JPL實在太大了(佔地面積0.7平方千米),但是參觀完「火星院子」,這一天JPL之旅也快結束了。不過馬克說還有最後一站,會是哪裡呢?

裝備探測器的無塵車間。圖片來源:now.space

探測器裝備車間

這裡就是JPL組裝各類探測器的車間,基本上歷史上你叫得出名的、拜訪各個星球的著名探測器都是在這裡組裝的。根據JPL的網站顯示,這個「高灣1號」無塵車間達到10000級的潔凈度,這意味著這裡每立方英尺(不到0.03立方米)的空間里,只有不到10000顆0.5微米大小的塵埃顆粒。換句話說,這裡非常的潔凈,如果你對花粉之類的過敏,這裡太適合你工作了。

不過我在「高灣1號」無塵車間參觀時,這裡沒有在組裝任何東西,但是這裡有一段錄像可以告訴你這裡工作時的樣子。不過也很巧,我在這裡看到了一艘朱諾號木星探測器的原型,而真實的朱諾號正在趕往木星,將於今年7月抵達。

無塵車間是我今天JPL之旅結束的地方,馬克隨後也回去繼續他在這裡的重要工作。(桂林/編譯)

作者:希瑟·迪·安格羅(Heather D』Angelo),美國太空網站 NOW.SPACE(http://now.space)記者。

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