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探究NASA的未来

为了再次腾飞,这个航天机构可能不得不将目光转向其辉煌的过去,那时,快速、小型航天器首次将外太空带入我们的客厅——以及我们的心中。

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在我看来,把人送上月球是一个巨大的错误。现在所有其他成就都与那一壮举相比较。——杰瑞·宋飞(Jerry Seinfeld)

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从休斯顿沿着NASA 1号公路向东行驶,你会带着一种恰如其分的困惑感,缓缓驶入这个航天机构的核心地带。首先,你会看到供应中东食物的NASA咖啡馆。接着是休斯顿太空中心,它不是发射场,而是一个集博物馆和主题公园于一体的地方。再往前走一点,看起来不那么吸引人的,才是真正的目的地:约翰逊航天中心,它是航天飞机任务控制的所在地(阿波罗计划和除最早几次载人任务外的所有任务都是如此),是宇航员的训练场,也是正在建设中的空间站的总部。

就在中心大门内,一位无聊的职员写了一张通行证,甚至懒得查看任何身份证明。

(毕竟,有什么威胁呢?如今我们把这些东西送给俄罗斯人的速度还不够快呢。)然后,在安全检查站对面的田野里,你面对着一个令人震惊的景象:一枚土星五号火箭,就是那种将阿波罗飞船送上月球的火箭,侧卧在那里,它的三级稍微分开。如果这枚火箭离休斯顿的城市蔓延区更近一些,现在肯定有人会在它侧面喷漆写上信息:我倒下了,我站不起来了。

NASA可能永远注定要与25年前美国宇航员首次在月球扬起尘土的那个决定性时刻相比较而黯然失色。在此之前,该机构所做的一切似乎都构成了一个大胆的向上箭头:从卫星到轨道上的载人飞行,再到多宇航员、多飞行器操作,到无人月球着陆,再到载人登月。阿波罗计划之后,这个箭头不可避免地指向了载人火星任务。NASA和公众心中开始形成计划。飞船将从空间站发射,物资和宇航员将由航天飞机往返于地球。就在几年前,政治家们仍然可以放心地构想我们未来在太空中的宏伟愿景。布什总统告诉我们,到2019年,也就是阿波罗11号登月50周年之际,我们有望在火星上扬起尘土。

但是,当我们回顾NASA自阿波罗计划以来实际取得的成就时,映入眼帘的却是一连串的失望和灾难:一艘事实证明过于昂贵且不可靠的航天飞机,曾在我们眼前爆炸,夺走了六名宇航员和一位代表着每一个梦想进入太空的普通地球人的教师的生命;一个因微不足道的制造疏忽而严重受损的20亿美元太空望远镜;一个雄心勃勃的火星探测器,在抵达目的地时失去联系并消失无踪;一个同样雄心勃勃的木星探测器因天线故障而瘫痪;以及一个昂贵得令人发指却迟迟未能动工的空间站。哈勃望远镜的修复是一个罕见的胜利,但这只是该机构必须达到的最低要求。“如果哈勃修复失败,NASA就会关门,”波士顿学院物理学家罗伯特·卡罗维拉诺(Robert Carovillano)说,这呼应了许多NASA观察家的评估。

任何人都能现实地考虑这个36岁机构的消亡,这个机构曾为美国提供了和平时期最大的集体自豪感,这表明情况已经变得多么糟糕。但这并非完全是NASA的错。一方面,其繁荣时期是由一场现已几乎消散的冷战所推动的。“阿波罗计划的动机是想以一种比投放炸弹更温和的方式,向世界上的好战国家展示我们的军事能力,”NASA前战略规划主管查尔斯·佩勒林(Charles Pellerin)说,“并证明自由社会能比社会主义政府做更伟大的事情。”阿波罗计划可能没有消除世界上的好战行为,但另一方面,很久以来也没有人威胁要埋葬我们了。

此外,近年来美国和世界大部分地区都陷入了长期衰退和极其缓慢的复苏,这使得公众对“大科学”采取了更冷酷、更审慎的态度。去年导致国会预算削减者大砍特砍并最终取消超导超级对撞机的情绪,也使得NASA在预算蛋糕中分得的份额越来越小,越来越不稳定。在经历了几十年的增长直到1991年,其预算飙升至150亿美元之后,该机构不得不向国会恳求以维持预算持平;按不变美元计算,预算一直在缩减。今年NASA已向国会申请1995年的143亿美元——这是NASA20多年来首次申请比前一年更少的资金——而预算鹰派很可能会在最终数字投票通过时,将这个数字削减到138亿美元。

关于NASA能力暴跌的指责可能言过其实——这种评估至少部分基于我们容易忘记NASA过去问题的倾向。挑战者号事故似乎烙印在我们的脑海中,但我们中有多少人还在为1966年导致双子座8号及其乘员在轨道上恐怖失控旋转的推进器故障,或者1967年训练期间阿波罗飞船内发生电火灾夺去宇航员格斯·格里森姆、埃德·怀特和罗杰·查菲生命的事件而摇头呢?“如果你回顾NASA本应一切顺利的时代,你会发现从水星计划到天空实验室的每个主要项目都发生过事故,”约翰逊航天中心前主任、现任德克萨斯农工大学工程学教授亚伦·科恩(Aaron Cohen)说;“我参与了阿波罗计划,我可以告诉你,从那时起事情并没有崩溃。”(一位厌倦了记者对该机构衰落执着的NASA发言人,整理了一份15页的资料,汇集了30年来谴责NASA失去昔日辉煌的头条新闻和社论漫画。一幅典型的1966年漫画描绘了工人们围着双子座8号飞船困惑不解;标题写道:他们就是不再像以前那样建造了。)

但如果NASA没有退步,它至少似乎已经浪费了它的冲劲和活力。NASA不再像柯克船长星际舰队的先驱,忙于开拓最后和最伟大的边疆,反而越来越像邮政服务局如果负责向低轨道地址投递邮件,可能会组建的那种臃肿、容易出错的组织。许多观察家声称,问题很大一部分在于,从航天飞机开始,NASA卓越的技术组织越来越多地被行政官僚所取代,他们大部分时间都在为承包商制作文件,而不是实际建造东西。这种谨慎、拖沓的官僚作风在挑战者号灾难后变得更糟。“NASA现在所做的一切都涉及审查、审查的审查,以及审查的审查的审查,”詹姆斯·范·艾伦(James Van Allen)说,他是一位退休的爱荷华大学空间科学家,长期参与NASA工作,也是发现地球周围辐射带并以他名字命名的科学家。“我仍然对他们的能力持正面看法,但他们绝不像以前那样拥有那种‘能做’的精神。”

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当然,在20世纪80年代的经济繁荣时期,许多其他机构也患上了严重的官僚膨胀症,包括昔日备受尊崇的美国工业巨头,如IBM和通用汽车。就像其商业同行一样,NASA在20世纪90年代初发现其庞大预算所能展现的成果寥寥无几。而且,与IBM和通用汽车一样,NASA现在也发现自己不得不吞下同样的苦果:一位致力于削减预算的首席执行官。NASA局长丹尼尔·戈尔丁(Daniel Goldin),前TRW空间部门主管,也是布什政府仅有的两名幸存到克林顿政府的任命官员之一,据各方说法,他在削减该机构的各种开支时毫不留情,并且常常在这个过程中伤害到人们的感情。“如果你来管理一个像NASA这样陷入困境的机构,”戈尔丁说,“如果你喜欢被爱和让人们开心,那么你在这里不会有任何前途。这个项目正承受着难以置信的压力。任何需要别人扶持的人都不属于NASA。”

戈尔丁以如此不懈的热情向NASA经理们灌输的短语“更小、更快、更便宜、更好”,已经成为一种口头禅。但如果戈尔丁试图为NASA定义一种风格,那么其内容仍然有些模糊。毕竟,虽然NASA能以更低的成本做事会很好,但如果能清楚NASA最初到底应该做什么,那会更好。“NASA正处在一个十字路口,”康奈尔大学天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)说,他长期以来一直是太空计划最细致和最受赞誉的观察家之一。“我们正在看到自20世纪70年代初期以来,首次试图质疑其目的并重新定义其长期目标。”

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但要理解NASA在愿景方面的发展方向,首先需要认识到该机构长期以来一直背负着一种制度上的“人格分裂”。也就是说,NASA拥有两种并存且性格迥异的“人格”:一种是带有浪漫色彩的载人航天计划,另一种是相对务实的无人航天计划。粗略地说,载人计划的存在是为了实现“星际迷航”中“大胆地去前人未至之处”的梦想,而无人计划则旨在回答关于太阳系和整个宇宙的科学问题。换句话说,如今评估NASA需要双重视角。

在约翰逊航天中心核心的一座大型、不起眼的方形建筑里,有一个宽敞的房间,里面简直是宇航员训练的宝库。那里有一个等比例的航天飞机鼻锥,可以倾斜,让宇航员练习进入舱内,在发射延迟期间脸朝上坐几个小时,以及在出现问题时迅速爬出舱外。还有一个篮球场大小的无摩擦街机气垫曲棍球场,宇航员可以在那里练习拖动重物,就像在太空中一样,一旦启动就会一直运动。还有一个可工作的机械臂,用于将货物移入和移出航天飞机的有效载荷舱,尽管这里的版本经过了大量加固;在太空中,机械臂几乎没有重量,但在地球上,未经支撑的机械臂会因自身重量而弯曲。

在这个太空时代的玩具场中,最引人注目的是一个庞大、闪闪发光的管状结构,内部隐约像潜水艇,外部则巧妙地涂成了闪亮的NASA白色,并带有必要的红蓝点缀。这是一个全尺寸的NASA空间站模型,景象令人印象深刻。只是有一个问题:它已经过时了。

尽管空间站已花费100亿美元,并且按照最初计划本应已完成,但由于一系列似乎永无止境的重新设计,它仍然主要停留在纸面上和这个可悲的过时模型中。上次重新设计于去年秋天完成,旨在从总预期造价330亿美元中削减数十亿美元,主要通过用俄罗斯取消的下一代空间站“和平号2号”(Mir 2)中打捞出来的一些更简单的部件,替换空间站的核心模块。加入欧洲人、日本人和加拿大人行列的空间站项目,俄罗斯还带来了联盟号载人飞船,它提供了一个备用“救生艇”,用于紧急情况下的乘员救援。

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尽管该项目成本惊人,但主任兰迪·布林克利坚持认为空间站至少可以在一定程度上符合“更快、更便宜”的模式。“空间站是NASA新精神的体现,”他说。“我们用六个月的时间设计了[最新版本的]空间站,这在NASA历史上是前所未有的。最接近的是阿波罗时代。”这可能不是一个公平的比较,因为这只是重新设计,但显然已经努力削减了官僚机构。布林克利指出,空间站的员工已从800人削减到300人。他说,NASA没有让承包商淹没在管理审查的洪流中,而是学会了与承包商紧密合作——波音公司作为空间站的主要承包商,曾成功地运用这种技术为空军生产F22战斗机。布林克利预测空间站将按预算按时建造:1997年发射第一个组件,一年后空间站入住,2002年完成。

这一切都很好,但更大的问题——在NASA内部很少被大声说出来——仍然没有答案:我们到底需要空间站吗?NASA的管理者们经常提到空间站作为培育用于电子应用的高度纯净半导体晶体的实验室的潜力,但实际上,很少有证据表明这项或任何其他微重力活动会带来显著的回报。更强有力的论点是由最近任命的约翰逊中心主任卡罗琳·亨特恩(Carolyn Huntoon)提出的。“我们必须学会那种环境中生活和工作,”她说,“然后才能考虑太空探索的下一步。”亨特恩承认,俄罗斯人已经让宇航员在和平号空间站漂浮长达一年,长期以来一直在收集关于太空飞行对人体影响的信息——她本人也曾与俄罗斯人合作进行此类研究——但她指出,医学研究并没有仅仅因为我们已经了解很多而停滞不前。然而,目前尚不清楚NASA如何利用这些信息,除了改善空间站的条件,这似乎是一个循环论证。“如果你们不打算去其他世界,”萨根想知道,“为什么要测试长期载人太空飞行呢?”

当然,最初空间站的主要吸引力之一是它可以作为一个平台,用于前往火星和其他异国目的地。如果我们要认真对待太空旅行,那么每次发射火箭、宇航员和补给品都要从地球发射,这说不通。空间站将是一个轨道港——当然,由航天飞机提供服务。所以,问我们是否需要空间站,不可避免地会引出更不受欢迎的问题:我们是否需要航天飞机?

不出所料,萨根和其他质疑空间站必要性的人往往对其搭档持怀疑态度——难道不应该有比航天飞机更便宜、更可靠的方式将有效载荷,即使不是人员,送入外太空吗?当被问到这个问题时,航天飞机运营经理布鲁斯特·肖(Brewster Shaw)看起来像是想吐口水。但这位前宇航员将他的不满隐藏在一个狡黠的笑容后面。“如果有人知道,我希望他们能告诉我,”他说。然后他花了一分钟阐述了继续使用航天飞机的必要性。他论点的核心是,航天飞机是我们可预见的未来中最好的选择,所以为什么大家不停止抱怨,继续下去呢?

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机会渺茫。抱怨的事情实在太多了。航天飞机在过去20年里已经耗费了大约600亿美元,每年只能进行大约7次飞行,而不是最初设想的50次,原因是每次飞行后航天飞机的检修时间出乎意料地长,成本也出奇地高。现在,航天飞机本应以每磅几百美元而不是几千美元的成本将有效载荷送入轨道。更令人不安的是,航天计划界普遍认为,任何一次航天飞机任务都有大约七十分之一的爆炸可能性,这归因于燃烧大量火箭燃料所涉及的高度不稳定的力。“NASA的一半人对此事实不予承认,”美国科学家联合会太空政策项目负责人、长期批评NASA的约翰·派克(John Pike)说,“另一半人认为,只要发生事故时船上没有教师,他们就可以把事故当作失去一架石油钻井平台上的直升机一样对待。事实是,NASA下一次失去航天飞机,就是NASA最后一次飞行。”

肖坚称航天飞机是安全的,并指出航天任务的成本正在持续下降——最新预算又削减了每项任务4000万美元的运营成本。批评者表示,正是这些成本削减使得航天飞机越来越不安全;NASA自己最近发现罗克韦尔国际公司(Rockwell International)的火箭动力部门(Rocketdyne)在航天飞机发动机制造过程中存在一系列潜在危险缺陷,这些缺陷显然与承包商面临的更快、更便宜地生产发动机的压力有关。

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支持者还表示,为空间站提供服务只是航天飞机真正用途的一小部分,并指出如果没有航天飞机,我们永远无法修复哈勃望远镜。批评者则反驳说,如果NASA不是如此热衷于为航天飞机辩护,我们根本就不会发射一个如此超复杂、挑剔的望远镜,需要花费7亿美元进行维修。(NASA并没有强调哈勃望远镜的维修是几个长期计划的维护任务之一,旨在应对望远镜预计的部件故障率。)但至少,航天飞机应该代表我们空间计划的最高水平;它直接和间接雇佣了数万人。因此,尽管NASA一直在悠闲地研究下一代航天器,比如一种被称为“太空出租车”的小型航天飞机设计,一种可以从跑道起飞的“航空航天飞机”,以及一种可以软着陆的单级、不可抛弃火箭,但它似乎计划将航天飞机一直运行到下个世纪。

NASA管理人员仍然谈论着渴望将空间站用作火星任务的建造和发射平台,但只是含糊其辞、半心半意。“我们没有明确地将空间站用于此目的,但它很容易就能做到,”布林克利说。“我们必须研究电源和其他要求。”如果没有火星或至少月球任务,空间站和某种程度上航天飞机都是孤立的项目。事实上,它们每年合计耗资60亿美元,正是戈尔丁被雇来终止的那类项目。“航天飞机和空间站恰恰代表了戈尔丁所说的一切愿望的反面,”范艾伦咆哮道。“它们更大、更慢、更昂贵、更糟糕。”像大多数其他科学家一样,范艾伦对NASA将如此多的数十亿美元投入到几乎没有实际回报的项目中感到不满,同时却迫使成本低得多的科学项目节省每一分钱。

具有讽刺意味的是,拯救空间站并间接帮助了航天飞机的是一系列奇特的事件,这些事件将俄罗斯从宿敌变成了积极拉拢的盟友。还有什么比在曾经象征着我们相互不信任的领域与俄罗斯合作,更能巩固我们新关系的方式呢?一个联合空间站将为新关系提供一个实实在在的象征,一个轨道友谊之戒。

尽管空间站项目具有政治象征价值,但其薄弱的雄心将无法恢复公众对NASA的钦佩,也无法重燃我们看到人类登上月球时那种提振自豪感的激动。NASA真正需要重新振作起来的是,有机会将宇航员送出目前已熟悉的地球轨道之外。

连戈尔丁也同意。虽然他为空间站辩护,称其是宝贵的医学信息来源和在太空进行国际合作的机会,并且他重申了关于航天飞机“我们现在就只有这些”的论点,但他也坦率地将目前的载人计划视为一种预算占位符。“在华盛顿,你的价值只取决于你上次削减了多少预算,”他说。“如果空间站被取消,航天飞机就是下一个。在那之后,你认为他们还会让肯尼迪、马歇尔和约翰逊中心继续存在吗?你认为我们会在三十年内看到任何载人航天飞行吗?如果你相信那个,你可能也相信牙仙。我从1962年起就梦想着将宇航员送往火星,这就是我清醒的每一刻都在努力维持这个计划的原因。”

一次载人火星之旅将是使NASA重拾辉煌、突然让航天飞机和空间站成为大胆愿景的必要组成部分的首要任务。遗憾的是,将人类送往火星将花费2000亿至5000亿美元,相当于今天阿波罗计划成本的数倍。考虑到总统对解决饥饿、改善医疗、减少犯罪和提振经济等更紧迫问题的关注,很难想象克林顿政府会考虑这样一个宏伟的任务。

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但我们很容易忘记,钟摆可以多快地摆向另一边。如果经济起飞,如果一位新总统觉得是时候再次就美国的能力发表强有力声明并极大地提升我们的自尊,谁知道呢?最终甚至可能会有充分的经济理由前往火星,例如采矿或旅游。

奇怪的是,一些对NASA当前载人项目最严厉的批评者,反而相当喜欢一项新的大型任务的想法,只要NASA出于正确的理由去做。“载人项目是NASA花费大部分资金的地方,而目前它是其项目中理由最不充分的部分,”萨根说。“让人类进入太空的真正原因不应该与科学有任何关系,也几乎不应该与探索有任何关系,这两者都可以通过机器人和远程呈现非常有效地完成。但存在一个长期的历史原因,那就是不要把我们所有的鸡蛋都放在一个行星篮子里,鉴于过去全球灾难曾降临我们的星球,并且最终很可能再次发生,即使短期内发生的几率非常小。”

萨根特别支持载人小行星任务的想法,因为它比前往火星的成本要低得多,而且与小行星的碰撞被认为是全球灾难的主要候选之一。另一方面,乔治华盛顿大学空间政策研究所主任约翰·洛格斯顿(John Logsdon)认为,尽管成本高昂,我们仍应进行火星任务。“这不属于成本效益分析的范畴,”他解释说。“它似乎只是人类探索本性的一部分。”

事实上,NASA悄悄地资助了少量与载人火星任务相关的研究。北卡罗来纳州立大学的一个团队六年来一直致力于解决诸如如何在围绕空间站漂浮时建造宇宙飞船,以及如何在以航天飞机两倍的速度返回地球大气层时避免烧毁等问题,这种速度是确保往返行程控制在两年以内的必要条件。该实验室已经开发出超轻耐热材料,可以制成火星飞船的鼻锥和其他部件,然后在零重力环境中拼接在一起。

毋庸置疑,许多科学家和其他观察者对于投入如此多的资金去进行范艾伦所称的“没有任何实际功用内容的冒险娱乐”感到不安。而NASA本身似乎也越来越远离火星任务的可能性;例如,该机构已将北卡罗来纳州立大学项目的年度拨款从两年前的190万美元削减至125万美元。“很难说NASA的优先事项是什么,但很明显,载人火星任务并非高优先级任务之一,”负责该团队的航空航天工程师弗雷德·德贾内特(Fred DeJarnette)说,“但我们的工作也可能对机器人任务有用。”

当然,机器人任务属于另一个NASA——负责无人科学项目的那个。如果NASA的载人项目注定只能在缺乏灵感、 largely象征性的愿景中蹒跚前行,那么也许我们应该从这个“另一个NASA”身上寻找该机构潜在复苏的迹象。

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参观位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心,对于那些执着于太空探索壮丽景象的游客来说,可能会有些失望。广阔场地展示的火箭,出奇地,嗯,小。戈达德也有大东西,但它们相当奇特——并非梦想中的宏伟之物。例如,它拥有世界上最大的保温瓶之一(一个60英尺宽的储罐,可以抽空空气,然后加热到近200华氏度或冷却到近零下200度,以便置于其中的卫星或航天器部件能体验到太空条件),以及世界上技术最先进的废品站(一个巨大的密封舱,其中一个由1600个空气过滤器组成的巨大阵列,可以去除可能混淆对哈勃望远镜报废部件和其他任务回收零碎物品分析的颗粒)。

欢迎来到NASA的无人项目。当戈尔丁谈论要求更快、更便宜、更小、更好时,他实际上指的是无人领域——在这里他指的是严肃的事情。航天飞机可能会便宜一点,但没人指望它会变得更小、更快或更好。然而,戈达德与将人类送入太空或向太阳系派遣载有大量仪器的探测器关系相对较小。它是哈勃任务的主要中心,但那是一个极端的例外,一个该中心不太可能再见到的庞大项目。相反,戈达德现在将专注于将更小、更简单的设备送入适度的地球轨道,在那里这些设备可以用相机、雷达、红外线和其他传感器回望我们。这是一个比我们大多数人与NASA联系起来的更谦逊、更内省的项目,它与该机构的新风格非常契合。“NASA面临的许多困难变革实际上对我们非常有利,”戈达德的罗伯特·普莱斯说。

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戈达德之星冉冉升起的原因之一是,它将运行的任务类型,其中大部分属于“地球任务”(Mission to Planet Earth,简称MTPE)项目,成本低廉——至少与适度的星际探测器相比。此外,这些任务不仅以纯科学的名义进行,而科学在政府或国会中拥有的支持者寥寥无几。“地球任务”旨在在一个恰好与白宫息息相关的领域:环境,产生切实的成果。“我们不想仅仅因为存在犯罪和医疗保健问题就停止探究宇宙,”MTPE主任普莱斯说,“但如今人们更关心臭氧耗竭、森林砍伐和温室气体,而不是太空科学。”

然而,仅仅因为MTPE成本低廉且政治正确,并不意味着它对科学家来说吸引力就减弱了。根据大多数说法,这是一个扎实的项目,包括23颗已经入轨或计划于2002年前发射的不同卫星。其中一个典型是热带降雨测量任务(Tropical Rainfall Measuring Mission),一颗卫星将利用微波和红外探测器测量赤道沿线降雨量的变化,以期更好地了解这些变化如何影响全球气候。“地球任务需要卓越的仪器,使我们每次飞行都能了解地球功能的新知识,”范艾伦说。“我认为这应该是该机构在未来十年左右的核心职能。”

远航地球环境之外的太空探测器也为戈尔丁的新主题付诸实践提供了丰富的机会。位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室(JPL)是NASA无人航天器主要总部,其目的地在地球轨道之外。诚然,JPL最近的任务并不会自动让人联想到“更小、更快、更便宜”这些词。伽利略号在1989年发射之前已开发了13年,预计1995年末会合木星,按今天的美元计算,成本约为20亿美元;卡西尼号已开发五年,迄今耗资近10亿美元,而且它直到1997年才会踏上为期七年的土星之旅。但所有这些都将改变。“卡西尼号可能是可预见的未来中最后一个大型、昂贵的任务,”JPL主任爱德华·斯通(Edward Stone)说。“在未来五年内,我们能维持预算持平就不错了。”

JPL还必须扭转近期的一系列失败。伽利略号天线在前往木星途中未能展开,这将使该探测器发回的图像数量从50,000张减少到大约2,000张。正是火星观测者号设计拙劣、漏油的燃料管,导致飞船接近时,

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