对人类开发太空的未来前景、目前正在进行中的火星探测、布什总统的太空新计划,以及月球对人类的诱惑等读者提出的问题,《纽约时报》“科 技时代”专栏记者肯尼斯 · 常(Kenneth Chang) 在今年1月22日出版的专栏中就上述读者关心的问题进行了解答——

问:在“火星漫步者”、航天飞机和多种其他空间探测的问题中,似乎存在一个共同点,那就是技术本身的致命弱点。潜在的问题可能会是缺乏足够动力的火箭吗?我常常认为,一个动力足够大的运载火箭,如“土星五号”火箭,就可以运送像汽车般规模的空间探测装置,这些装置可以工作好多年,即使在子系统瘫痪的时候也能继续工作。你是否认为,在空间环境里,现有的技术注定是如此脆弱吗?

答:我想回避一下问题的前提。航天飞机过去是,现在仍然是一台令人惊叹的机器,至少目前没有其他什么东西在能力方面可以与其相提并论。问题是对它的目的从未有过恰当的定义。

至于探测器的可靠性,美国航空航天局(NASA)前负责人丹尼尔 · 戈尔丁(Daniel Goldin)在任期内曾做过一个有意识的决定,结果使航天飞行计划变得不太明朗。

经典的NASA航天飞行任务——“旅行者”号、“海盗”号、“伽利略”号——都比较大型、 昂贵、可靠,隔几年才升空一次。后来,价值10亿美元的“火星观察者”计划于1993年搁浅,曾一度中断了NASA的火星研究计划。因此,NASA 没有继续它的一体化巨型太空船计划,而是开始设计“更小、更好、更便宜”的航天飞行任务。这样一来,即使有什么出了差错,NASA也不至于全军覆没。这是一个折中方案。“探路者”号飞行器工作得很出色,“火 星环球勘测者”号飞行器已经拍摄到令人惊叹的火星表面照片。但是,NASA也证明了这种做法“不那么好,完全是在浪费钱”,尤其当在1999年既失去“极地登陆者”探测器、又失去气候轨道卫星的时候(在 此次灾难之前,戈尔丁公开表示对它们的价廉物美感到非常骄傲——两者合起来的费用等于“探路者”飞行器的费用)。

我认为大型火箭不那么有用。没有哪个探测器——即使像 “旅行者”号那样的探测器——会 笨重到需要土星V级别的助推器来送上太空的地步。

问:关于你在探讨人类太空探索之未来、目前的火星探测使命、布什总统的太空新计划以及月球对人类诱惑的文章中,为什么太空升降机没有作为航天飞机的一种可能的替代被提出来呢?难道太空升降机不会成为开发太空的一个更明智的选择吗?

答:对于未了解有关太空所有情况的任何人来说:太空升降机从字面上来说是一条从太空延伸到地球表面长62, 000英里的缆索。从理论上讲,卫星可以顺着缆索被运送上去,然后抛入轨道。布拉德 · 爱德华兹( Brad Edwards)——以前是洛斯阿拉莫斯国家实验室的一名科学家——经过计算, 证明这是可能的,至少在理论上是可能的。这很可能是在讨论时提出来的,但不把这一点作为新太空政策的中心点,其理由是完全可以理解的。

另外,首先听到这些情况的人都会有这样的最初反应,“多么疯狂的想法。”也许并非如此,但却很容易遭人讥笑。

问:我曾读到“哈勃”太空望远镜不能再继续服役,并将允许其退役的报导,而NASA计划的重点将转移到载人登陆月球和登陆火星的飞行任务。难道我们不能从“哈勃”太空望远镜中发现比我们通过登陆火星了解到更多有价值的宇宙信息吗?为“哈勃”太空望远镜添置设备曾签订了两亿美元的合同,但又束之高阁;这样做又有何用处?这笔钱是否一笔勾销了呢?

答:“哈勃” 太空望远镜具有独特的探测能力,当它退役时,会有一些研究无法再进一步进行,至少在它的替代者——“詹姆士-韦布”太空望远镜——在投入使用之前是无法进行了。NASA指出,这纯粹是出于从安全和维修成本方面考虑,因为在太空中无法像在地面那样方便地对“哈勃”太空望远镜进行检查与维修,如“哥伦比亚”号航天飞机隔热屏受损之类的例子。从宣布的时间选择和NASA削减该部分15-20%的预算来看,你可以相信NASA,否则,就不要相信。

我猜想,那两亿美元基本上是一笔勾销了。

问:你认为哪一个更具产生科学发现的潜力:载人登陆火星还是在月球上建立一个人类殖民地?就技术进步而言,每次航天任务的具体目标有哪些?我是一个太空开发的铁杆支持者,我认为人们会更加支持雄心勃勃的太空计划,如果他们懂得通过实地考察能够学到很多东西的话。

答:当然是火星有更大的潜力。从科学的角度来说,月球与地球基本上由相同的物质所构成,但月球古老,比地球上所有的岩石都更古老。地质学家很想对更多的月球岩石进行勘探,因为它们能够告诉我们一些地球在第一个10 亿年里是什么模样的有关情况。天文学家认为月球是一个安置太空望远镜的理想场所,但以空间为基地的望远镜,如“哈勃”太空望远镜也能够做许多同样的事情。

从另一方面来看, 火星是一个全新的世界。它有庞大的峡谷,有太阳系里最大的火山,还有一些很平坦的地貌。对于所有这一些,科学家们不得不问一个为什么?仍然有一个久而未决的问题,在其历史的第一个10亿年里,火星是否曾有过一段暖和的、潮湿的时光,是否存在过一个巨大的海洋。如果是这样,那么那里应该有适合于生命存在的条件,细菌可能令人信服地仍然生活在火星的地下深处(提醒:许多大气科学家认为火星不曾有过一段较长的温暖的潮湿期。相反,火星曾多次经受过倾盆大雨的冲刷,就像流星雨袭击之后那样,留下了我们所看到的沟沟坎坎)。

问:长时间置身于零重力和辐射的环境中已经被认为对星际旅行构成严重威胁。人工引力是否能被用来消除前者?至于后者,运载宇航员所乘航天器的太阳“风暴屏蔽”是否能减少强辐射瞬间爆发的危险呢?我也听说过,在飞往火星途中所承受的宇宙辐射将在可接受的范围之内。那是真的吗?

答:这两个答案在罗伯特 · 朱伯林( Robert Zubrin) 所提出的“登陆火星的十年计划”中曾提到过,他认为要避免上述问题可能要额外多花费500亿美元左右。

是的,人工引力会起作用。朱伯林想象中的星际旅行中的宇航员居住区受制于助推火箭,两者会因旋转而产生离心力,使宇航员保持在引力环境之中。

而辐射不是一个致命的问题。有两种辐射源。一种是来自外太空的稳定宇宙射线流。另一种是太阳风暴中喷发出来的高能粒子。对付后者,就像你所说的需要太阳风暴屏蔽器。至于前者,预计2.5年以上的星际旅行所承受的辐射大约是130雷姆。假如你在一天中被照射130雷姆,那你会生病,但不会丧命。分摊到两、三年中,它只增加1%或2%的致癌几率。假定宇航员在火星登陆任务中面临所有这一切危险( 如火箭爆炸、坠毁、在火星上搁浅等),那就不可能成为首选的考虑。

问:有一篇关于到月球访问和从月球基地发射工具的文章和图解提到,在月球“南极”附近的深坑中存在“大量”的水冰。这得到证实了吗?

答:1996年的“克莱芒蒂娜”环月轨道探测器在离月球表面近距离反射雷达波,月球大部分看起来像灰尘和岩石,这毫不奇怪。当它经过南极上空的时候,雷达反射看上去好像是从某种有光泽的东西上反射回来似的。因此科学家们认为,看上去像冰。而1998年和1999年的“月球探测者”航天器则令人信服地发现了氢。

这有点儿复杂,但如果你需要详细资料:太空船上有一个中子计数仪器(中子和质子是在原子核里找到的粒子)。在月球上,来自外太空的高能宇宙射线连续不断地撞击月球表面原子里的中子。宇宙射线非常有能量,因此这些中子实际上在向前飞跑。但是,如果这些中子的其中一个跑进了氢原子(其重量几乎相同)里,那么该中子就几乎完全停止下来,就像撞击了另一个撞球之后的母球。

因此“月球探测者”所看到的是许多慢速的中子,获得慢速中子的唯一途径是有许多反弹回来的氢。最有可能包含所有这种氢的分子是水分子——H2O——虽然仍然有可能是另一些东西,例如甲烷(它是人类开发者一个非常有用的资源)

问:在地球上,我们把海平面用作测量地文特征高度的数据。在火星上没有海平面作为参照,那使用什么数据呢?

答:在地球上,海平面成为一个便利的参,照点,但它仍然是任意的。随着海洋因温度升高而上升,是否意味着珠穆朗玛峰在变矮?在火星上,科学家们所选择的任意数据点是“重力等位面,其在赤道的平均值等于赤道半径。”我仍然在设法弄清楚它的确切数字。

问:为什么强调载人航天?既然无人驾驶计划成本低,并且危险性也小得多,那么载人航天有什么大的利益值得承担额外的费用和危险呢?

答:无人驾驶探测器是令人惊叹的,但也有它的局限性。在两个星期的时间里,火星探测器“勇气”号才行走了10英尺的距离,现在正在开始检查它的第一块岩石。而你只要两秒钟的时间就可以走这些距离。人仍然有效得多,人的确多才多艺(想想考古学家在挖掘遗址和采集史前古器物方面所做的工作;再想想,如果他们通过遥控机器人来做同样的工作会有多困难,他们会错过多少有价值的东西)。在火星上寻找水和过去曾经有过生命可能性的科学家们也会愿意做一些机器人做起来非常困难的事情(如在地面上钻一个几千英尺深的洞)。

问:为什么“勇气”号火星探测器的设计寿命只有90天?即使可充电电池的使用寿命降低,难道太阳能电池板不能保证其电力水平有一个较长的时间吗?

答:两个字,尘埃。火星表面被尘埃所笼罩,而且到处尘土飞扬。NASA预计,在90天结束的时候,太阳能电池板上积累的尘埃会把它们的电能输出从140瓦削减到50瓦。由于火星探测器需要100瓦的电能进行工作,因此,这很可能是NASA已经考虑到上述原因而计划用90天时间用于火星的科学研究。但有几种方法可在火星上执行较长时间的任务。20世纪70年代的“海盗号系列火星探测器使用的是“放射性同位素热电发生器”——主要 是钚——通过放射性衰减产生热量,热量再转变成电能。“海盗”1号运行了6年,“海盗”2号工作了4年。