飛往火星的人

Warren 「Woody」 Hoburg

Jessica Watkins

Zena Cardman圖片來源：《科學》

作為美國加州大學洛杉磯分校的一名博士生，Jessica Watkins的博士論文是關於火星上出現的擴展的山體滑坡。她依賴的是來自在軌衛星和美國宇航局（NASA）漫遊者探測器的數據。但是現在，作為NASA的一名新宇航員，Watkins未來有一天將有機會親自參觀火星地形。

今年6月，這位加州大學帕薩迪納分校的博士後成為獲選加入NASA宇航員隊伍的12人之一。這個新團隊將作為專門的人力儲備，幫助NASA通過一系列新探測器實現其將人類送往太空的目標，並最終將人類送往火星。這12人中的大多數是擁有豐富飛行經驗的現役軍人，但其中也有4名新宇航員是擁有科學和工程學博士學位的公民。對他們來說，能夠獲選加入宇航員隊伍可謂實現了一生的夢想。

第22屆宇航員的申請人數達到創紀錄的18300人，而整體選拔人數達到350人。在接到來自得克薩斯州休斯頓的命運召喚之前，他們所有人已經有了堅實的科學基礎，今年8月，他們將開始為期兩年的訓練。他們實現太空飛行目標的獨特道路也說明了下一代美國科學家和工程師將如何訓練。近日，《科學》雜誌採訪並報道了其中3名新宇航員的故事。

Hoburg：優化的決策

想要了解是什麼讓Warren 「Woody」 Hoburg被選中，就需要了解他想要做什麼：能夠圍繞全球不間斷飛行的太陽能驅動無人機。

「這是令我興奮且願意去做的事情。」今年31歲的Hoburg說。這位麻省理工學院航空學助理教授在青少年時期是一位業餘火箭迷，他2008年在麻省理工學院獲得學士學位，此後2014年從加州大學伯克利分校博士畢業後回到麻省理工任教。如果成功的話，Hoburg的實驗室將是世界上首個完成類似週遊世界旅行的團隊。

無論滑雪、攀岩，做飛行員抑或搜救隊員，挑戰極限一直是Hoburg生命中的主題。

值得一提的是，這架太陽能飛機將利用GPkit製造，這是由Hoburg本人研發的將數學幾何學與工程設計結合在一起的軟體工具。GPkit已經幫助他和麻省理工的同事選擇了「叢林鷹梟」（JHO）的優化設計。JHO是為美國空軍打造的一架輕量無人機，可為世界上任何地方發生的災難提供長期通信。

JHO的設計目的要滿足空軍要求的嚴格限制：這個工具可連續5天在海拔約4600米的同一高度載荷4.5公斤。Hoburg說，現有飛機無一可以勝任這一工作。GPkit幫助研究人員做了反直覺性的決定，轉而利用氣動飛機而非太陽能驅動的飛機。

今年5月，JHO剛試飛結束，儘管其僅在較低海拔飛行了幾分鐘。Hoburg希望該團隊能夠在今年夏末展示該無人機的持久性能。

「作為一名宇航員，我將有很多機會與校園群體互動，鼓勵他們追求科學、工程和數學。」Hoburg說，「從我開始建造火箭起，做一名宇航員的夢想就一直印刻在我的心裡。」但他也不得不接受將離開麻省理工的事實。「一旦向休斯頓報告，我將永遠離開。一想到要離開麻省理工，我就非常難過。但我不可能對NASA說不，這個機會太好了。」他說。

Watkins：腳踏兩顆星

如果能在火星上行走，Watkins絕對會去的一個地方將是Naukluft高原。這位行星地質學家想去穿越對NASA「好奇」號探測器來說過於危險的岩屑和石磯地帶。該探測器過去5年一直在探索這顆紅色星球上的蓋爾隕坑。

今年29歲的Watkins是新班級中最年輕的成員，她從小就想成為一名宇航員。然而，她對地質學的熱愛卻要晚一些。在加州斯坦福大學本科畢業後，她的第一個目標是成為一名機械工程師。

「我認為工程學是我成為宇航員的一條路徑。」她說。然而，大學第二年工程學課程「噩夢般的組合」開始讓她重新思考職業計劃。

「因此，我要重新調整這兩件事。」她回憶說，「或者我需要找到感興趣的新領域幫我實現成為宇航員的目標，或者我要放棄這個目標。為此我開始尋找另一扇門，而我找到了地質學。」

她在伯克利期間研究的長段滑坡主體位於水手谷，一條長4000公里、深7000米的峽谷。而類似的地質滑坡在地球上主要是冰川滑坡。行星地質學家認為這些現象之間存在相關性，這種相關性正是吸引Watlins的地方。

「對我來說，仔細觀察地球也非常重要，因為地形地質學是行星地質學的基礎。」她說。為此，從伯克利畢業之後，Watkins跟隨地質學家、火星科學實驗室（MSL）項目首席科學家以及由NASA噴氣推進實驗室管理的「好奇」號漫遊者項目負責人John Grotzinger做博士後。

現在擔任加州理工學院地質和行星科學系主任的Grotzinger對Watkins的另一個職業也感到吃驚。「我們在談論橄欖球時，我問她是否計劃參加2016年的奧林匹克運動會國家隊。」他回憶說，「她一點兒也不像在吹牛，而是告訴我，『我就在其中。但我想成為宇航員，所以不打算繼續了。』」

對Watkins來說，做這兩件事都毫不費力。「能夠做這兩件事，我覺得非常幸運。」她說，「能夠作為第一批看到火星圖像的科研人員，我覺得它對我的重要性無可取代。同時，我也很享受操作方面的事情，即幫助決定我們每一天希望獲得什麼樣的數據。」

現在，她正在修改一份描寫蓋爾隕坑中夏普山沉積層不一致性的文章，這是調節火星濕潤—乾旱循環的記錄。她希望在今年8月去休斯頓之前完成它。

Cardman：抓住好機會

在Zena Cardman決定去往太空之前，她的一個目標是到達地球上最遙遠的地方：南極。

今年29歲的Cardman剛到北卡羅萊納州大學教堂山分校攻讀生物領域的博士學位。「我想看看那裡的極端環境並做一些研究。所以我找了80位曾在南極洲工作的科學家，然後厚著臉皮給他們寫了信。」

並未出乎意料，大多數科學家忽視了她的主動要求。但加州莫菲特菲爾德NASA艾姆斯研究中心地質學家Darlene Lim給她提供了一個很好的機會：在加拿大湖泊監測早期化石記錄以及模擬在火星上做類似研究需要什麼樣的項目。

Cardman立即回復願意去，為此在過去10年中，她每年夏季都要在不列顛哥倫比亞亭湖待上幾周。現在Lim還在進行一個類似的雙重目的的研究項目——有關熔岩地形生物模擬項目，這需要了解愛達荷州和夏威夷州的玄武岩火山地形。Cardman也參與了這個項目。

這與下一步Cardman希望開展的工作存在直接聯繫。「它模擬一名非專業領域的宇航員在收集樣本，然後將正確的信息傳給有專家成員的遙遠團隊。」她解釋說。讓這一鏈條發揮作用的後方管理令人卻步，它包括從應對30分鐘以上的傳輸延遲到確保宇航員和專家在選擇最有希望的樣本地點時協同作戰等。

讓所利用的技術發揮最大作用是另一個目標。「我們還在學習如何放置相機。」Cardman補充說，「這需要在樣本特寫鏡頭和更大的背景範圍之間做取捨，此外通過觀察宇航員的手看他們採集樣本時是否正確也很重要。」

此前，在聯邦項目支持下，Cardman已經參與了這些以及其他的項目，但這些項目目前正在受到特朗普政府的攻擊。在聽到NASA的召喚時，Cardman的洞穴生物膜研究工作剛做了一半，她表示不確定是否能夠完成該研究。「在頭兩年，我們的課程管理非常嚴格。」她說，「但之後就會比較靈活。」

「或許到時我可以決定是否要完成博士學位。」她說，「或許我會覺得獲得博士學位也不能讓我成為更好的宇航員，它可能會讓我不能參加地面項目，甚至是飛行。」

無論她如何決定，Lim都會支持她。「我的任務是盡自己的最大努力，當Zena去火星時，她會完全準備好那次旅行。」（晉楠編譯）

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