差一步,從月球到火星《下一站火星》#19

差一步,從月球到火星《下一站火星》#19

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無人探測器無論使用多麼精密的儀器,都有一個天大的缺點:它們並不能自由活動。尤其是著陸成功的海盜號僅僅是立在某一個點而已,它並不像今天的火星車可以跑來跑去。但即便是可以自由移動的火星車依然不完美:比如火星車的運動軌跡選擇會自動避開亂石堆這種障礙物,但誰知道亂石堆裡面會不會藏著一隻蛐蛐或者一隻螞蟻呢?再或者當它從一塊巨石面前緩緩開過時,會不會有一個火星生物在淘氣地跟它捉迷藏?如果是人類宇航員到火星表面,這一切都迎刃而解。

同樣的道理還發生在人類早期的載人航天和載人登月上,儘管無數探測器已經為我們揭示了很多太空和月球的秘密,但我們依然要拼盡全力將人類送入太空、送上月球。相比較無人項目,任何載人項目都需要考慮到最重要的因素-人,這意味著必須對載人航天器做從發射之前到返回地球之後的全面保護,期間的溫度、氣壓、輻射、振動等都不允許突破人類肉體的局限。且由於一旦發生載人項目的失敗,宇航員的傷亡對於輿論的衝擊太過巨大,幾乎必須保證100%的成功概率,這導致一個載人航天項目的難度大大提高。

不造航母,改造飛船

因此,在太空競賽早期落後於蘇聯的美國人把在載人航天方面的水平作為檢驗兩國航天技術實力的絕對風向標。雙方在亞軌道(100千米以內大氣)測試時不分伯仲,但在入軌飛行時蘇聯佔得先機實現了首個男宇航員/女宇航員/太空出艙行走等等,全面領先。美國人被驚呆了,沒想到剛從二戰中恢復過來的蘇聯竟然爆發出了如此強的科技和重工業實力。行事謹慎的肯尼迪總統開始坐立不安,美國人也因為擔心不可預防的核武器+洲際導彈+天基武器+有人駕駛的「太空戰機」組合惶惶不可終日。

在國會發言支持阿波羅登月的肯尼迪總統 ?NASA

美國陷入了冷戰期間的最焦慮時刻。在這種時代背景下,肯尼迪於1961年發表了著名的演講,也出現了人類航天史上著名的一句話:「在1970年之前,我們要把美國人送上月球,再安全地送回來」。人類歷史上最大投資的航天項目阿波羅登月計劃,全面開始,它的投入換做今天的美元超過了2000億美元。

舉個例子好了,美國海軍目前的主力是10艘尼米茲核動力航空母艦,按照如今的美元價格每艘的造價是85億美元。阿波羅登月的花費可以建造23艘航母,基本可以將美國海軍航母編隊的硬體再造一次,而美國海軍對於美國的意義自然不必多說。當年在一個航天項目中投入如此巨資可以想像是一種諾大的勇氣。

期間,阿波羅1號就因為地面試驗三名宇航員不幸犧牲,可謂是開局非常不順利。阿波羅13號發生了氧氣罐爆炸事故,但當時已經在快抵達月球的路上。只有一線生機的情況下,地面控制人員和飛行乘組反而決定利用繞到月球背後超大橢圓和8字形軌跡返回地球,從而創造了人類距離地球的最遠距離,三人也被迫躲在登月艙中返回地球,最後三人成功返回,可謂奇蹟。後來負責製造登月艙的格魯曼公司還開玩笑,畢竟他們原先生產的登月艙是沒有此項服務的,是不是應該按照打出租的價格按千米收費?而且他們還在裡面睡了兩天。不過即便是1千米僅收1美元來講,算下來也是40多萬美元的天價打車費了。

停止招新的12人俱樂部

阿波羅登月是偉大的,除去發生故障的阿波羅13號,從11號起美國進行了共計7次載人登月,其中6次成功,送了12個地球人成功登陸月球。與此同時,美國唯一的競爭對手蘇聯卻反覆遭遇失敗,相比較阿波羅登月的火箭土星五號成為世界上最大、最高有效載荷的火箭,蘇聯人的N1登月火箭卻連續四次試射失敗,幾乎永遠告別了月球的舞台。蘇聯在這場競爭中被美國全方位超越,對美國而言得到的政治、軍事、經濟意義難以估量。

登上過月球的12名宇航員,他們可以被定義為一種新的生物:一種能夠生活在地球和月球的人形生物,這種生物全世界僅有12個 ?NASA

在努力征服月球的同時,雄心勃勃的美國人也自然不會放過人類最有希望征服的另一顆行星,火星。畢竟月球的探測依然屬於地月系統,跟載人探測一顆行星的意義不可同日而語。嘗到勝利甜頭的美國人也開始了對載人探測/登陸火星的計劃。

相比較載人登月,登陸火星的難度大大增加。月球在圍繞地球做橢圓運動,但地月距離變化僅在幾萬千米而已,平均距離在38萬千米。但火星到地球卻大不相同,這個距離變化在幾億千米:最遠時可以超過4億千米,最近時也有超過5460萬千米(每26個月靠近一次),平均距離2.3億千米,相差太過巨大!

核能火箭的野心與殤歌

但已經形成航天投入慣性的美國人並未輕易放棄這個想法,因為他們已經擁有了足夠強力的土星五號火箭作為基礎,海盜號的成功也證明了降落傘+反推發動機配合的有效性,阿波羅登月飛船被證明非常成功、有改進以抵禦火星大氣衝擊的空間。只需要更大的一波投入,NASA的科學家們完全有能力從技術上實現登陸火星和返回的需要。

火箭鬼才馮·布勞恩提出了載人登陸火星的方案:使用巨大的土星五號火箭將一枚核動力驅動的發動機(NERVA)送入近地軌道,再將兩組共計12名宇航員及各種補給送入近地軌道,在組合後這枚核能發動機足夠推動它們完成火星之旅再成功返回。想法瘋狂並不可怕,但可怕的是想法竟然得到了政府的初步支持,決定任務成敗的核能推進發動機項目立即上馬。它通過核能釋放的巨大熱量加熱液氫,由於工作環境已經是火箭處於失重狀態的太空,且此時的有效載荷重量已經大大降低,火箭產生的推力推動效率遠遠超過普通化學燃料火箭。

NERVA核能發動機最成功過的版本Kiwi-B4-A順利完成測試 ?NASA

到了1968年,NERVA核能發動機的研製工作取得了巨大進展,Kiwi(鷸鴕)版本已經完全能夠符合載人登陸火星的技術需要,彼時的NASA科學家們對於能看到人類登陸火星近乎瘋狂,征服這顆紅色的戰神似乎指日可待。

然而物極必反,阿波羅登月的巨大成功也開始逐漸帶來失望:人類在月球幾乎沒有發現任何有價值的東西。送上去一次宇航員實現突破,再送上一次最多開著月球車進一步探測,但獲得的科研成果幾乎沒有變化。此時就要考慮要成熟要性價比,同樣的東西反覆做,越往後越不值。月球基本上就是一片孤寂的荒漠,既然已經登錄6次還沒有發現有更多的價值,那麼後續還會有什麼呢?

肯尼迪總統後的政府、尤其是尼克松政府,外有越戰壓力、內有海量社保開支,便開始大幅削減NASA預算。阿波羅登月後期的1971年,蘇聯在近地空間開發上再次領先美國,秘密發射了禮炮一號(Salyut 1)空間站,在70年代到80年代共計發射了7個,它們帶有大量軍事應用價值,這使得美國必須抽出巨大資源發展本國的天空實驗室(Skylab)空間站項目,一個直接的後果就是阿波羅18-20號任務全部取消。

在國際政治上,由於蘇聯和美國都沒通過載人航天發現應有的軍事回報,資金驟減。且兩國面臨的國內外壓力都很大,軍費開支驟然增加,蘇聯顯然更慘,不願意繼續競爭花冤枉錢。而美國在冷戰中奠定了各方面優勢,也沒必要繼續燒錢繼續發展昂貴的航天技術,越到後來資金投入的回報效率越低,僅剩的錢也投資到新一代航天項目中,也想言和。

在諸多考慮後,美國決定在1972年5月由總統尼克松訪問蘇聯。於是航天方面,雙方就在NASA領導人Thomas O. Paine和蘇聯科學院領導人Mstislav Keldysh的幾封信件中開始溝通,提出終止雙方的太空競賽,開始載人航天的合作。

1972年尼克松訪問蘇聯?NASA

此次訪問的直接後果之一是促成了蘇美之間和平開發太空的可能。在1975年7月17日,在美方三位宇航員、蘇方兩位宇航員的操作下,未進行登月的阿波羅18號飛船和聯盟19號飛船在地表200千米的高度上成功對接成功,在1天23小時的飛行後,二者隨後各自返回地球。 這就是歷史上最著名的聯盟-阿波羅測試計劃。

雖然它僅進行了一次就草草結束,但它標誌著人類航天進入和平發展年代,成功為未來的太空梭-和平號空間站項目、國際空間站項目打下了不可磨滅的基礎。可與此同時,這也意味著蘇美往航天里的投入同時開始急速下降,人類航天技術從80年代起陷入龜速移動的泥潭。

隨著雙方把僅有的資金又轉向了各自的新太空梭項目和各種近地軌道應用衛星,這就意味著雙方都變相宣布放棄了月球。

阿姆斯特朗的一小步,卻是全人類的一大步:從地球到月球 ?NASA

相較載人登月僅一周的飛行任務而言,一次載人火星探測要至少持續3年時間,趁著兩次地球和火星靠近的窗口完成往返。這對於人類的考驗太過巨大,無論是在宇宙射線下的保護、人類數年的飲食和呼吸、長期失重對人體的影響、宇航員長時間孤獨對心理的衝擊、甚至核動力發動機對人體的影響,都是載人登月任務無法想像的。即便不考慮這些,比起登月的天價花費當時的火星探測預算甚至是它的5-10倍,而且人類在70年代的無人探測器似乎揭示了火星也是個沒有生命和寶藏的荒漠,就意味著登陸火星基本就不可能再獲得支持了。美國從核能發動機到火星飛船的所有研究項目全部停止,連月球都沒有征服的蘇聯也自然放棄。

從月球到火星那一大步看似已經被強大的新型火箭所征服,卻因為各方放棄了最終的探測而重新變成了鴻溝。

2000億投入,50年回報

但即便沒有最終跨越到載人登陸火星,阿波羅登月的意義本身就已經非常驚人了。它把人類航天技術推上了頂峰,極大影響了戰後格局。從1972年到2017年的45年內,自從唯一有可能重複登月的蘇聯解體,再也沒有第二個國家能實現載人登月的壯舉,而目前中國、歐洲和印度等曾經提出登月計劃的國家也把這個時間點列到了2030年,與阿波羅登月已經差了整整一個甲子。考慮到現在使用的技術要比60年代先進很多,這個時間差就更加可怕。

關於阿波羅登月有個著名的玩笑:「好比是劃著洗衣盆飄過了大西洋」。60年代還沒有現在的計算機技術,整艘飛船的計算能力總和還不如現在一個高級計算器,和手機甚至電腦計算能力就完全沒法比。但它創造的航天技術和系統工程高度是驚人的,好比是一個定在那裡的目標,等著世界各國去超越。但與此同時,在完成了這一個登月過程之後,積累的技術紅利會一步一步反饋給整個美國的航天和高科技產業。

一個直接的後果是NASA現在是人類航天探索事業的領跑者,它最重要的三大中心都是因為阿波羅登月而建立的。其中,1960年建立的馬歇爾空間飛行中心目前是NASA最大的綜合中心,1961年建立的林登·約翰遜中心是NASA的控制中心,1962年建立的肯尼迪航天中心是美國載人航天任務中心。到目前為止,NASA幾乎探測過太陽系內所有的星球類型(恆星、行星、衛星、小行星、彗星、矮行星),遠遠領先其他國家。

很多公司在阿波羅的天量投資中分到了一杯羹,公司得到了巨大增長。計劃中製造飛船指令倉的羅克韋爾是曾經世界500強排名第27的大型高科技公司;製造登月艙的格魯曼公司成為美國海軍曾經最大的艦載機供應商;製造逃逸塔的洛克西德公司成為世界最大的防務公司;登月的土星五號火箭方面,製造火箭結構的波音成為世界第二的防務公司,也是全球最大的航空製造公司;麥道公司和北美航空也是世界頂級航空和防務公司;製造火箭發動機的洛克達因公司也是世界上最大的火箭發動機公司。這些大型防務公司的存在,也是美國維持世界霸權的利器。

而在商業方面,IBM依靠為整個阿波羅計劃提供控制和計算設備而獲得了飛速增長,摩托羅拉為阿波羅計劃提供了通訊設備。據統計,世界集成電路、晶元和計算機行業剛剛起步階段,單單阿波羅計劃及相關研究就消耗了美國三分之一以上的產品,直接促進了美國公司在後來的領先地位。與此同時,阿波羅登月期間也是美國理工科大學快速發展時期。大量的人才儲備,也成為提高行業發展速度的必備條件。

從這個角度上,阿波羅登月對於整個人類更快進入信息化時代有著巨大的益處。關於阿波羅登月經濟效益的報告有很多,雖然當年這麼多錢花出去後看起來非常不值,但隨著時間的推移,當初花掉的2000億美元換回來的今天收益可謂遠遠超過這個數字了。

在某種程度來說,當年沒有選擇去火星,到底是好是壞,還真說不清楚!

還有更多火星相關內容在本人自己錄製的喜馬拉雅音頻,可以聽一聽:

科學發聲會(一):下一站火星_有聲小說在線收聽-喜馬拉雅FM?

m.ximalaya.com圖標

這是本專欄《下一站火星》寫作計劃的第十九篇,往期內容:

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