穩得一匹!毅力號成功登陸火星,美國行星探測的幕後團隊做了什麼

美國的毅力號探測器已經成功在火星的耶澤羅撞擊坑成功的著陸了,這個地形相當複雜。現在有證據表明,這個大坑是在36億年前形成的,直徑不到50公里。這個地方過去曾經有大量的水,預計水深曾經達到了250米深。也就是說這裡實際上是個很大的湖泊,而且這個湖泊有河流注入,甚至能分辨出河流形成的三角洲。正因為地形複雜,所以這裡才成為了毅力號著陸的首選地點。


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我相信毅力號的操控團隊一定是非常緊張的,畢竟在火星上著陸難度和風險都很大。因為地球和火星之間距離太遠,無線電有很長的延時,不可能靠人來操控,著陸火星只能完全依賴自動化操作,操控團隊有時候也沒轍,只能乾瞪眼傻看著。美國人自己曾經失敗過,蘇聯人基本上沒成功過。我猜,美國的操控團隊可能開了一大包花生米在吃,這樣可以幫助減壓。遇到緊張時刻就開一包花生米壓壓驚,這也是噴氣推進實驗室JPL的一項老傳統了。


沒錯,毅力號背後的研發和運營團隊就是大名鼎鼎的噴氣推進實驗室JPL。說起這個JPL,基本可以算是美國火箭技術的開端。早年間,加州理工大學古根海姆實驗室有幾個富有創新精神的年輕人,他們從1934年開始研究飛機的高速飛行。他們發現螺旋槳是難以勝任高速飛行的。所以,加州理工的教授,空氣動力學大師馮·卡門讓自己的研究生馬林納開始研究噴氣推進技術,其實就是火箭技術。


正巧,馮·卡門的助手做了一個有關火箭的講座,主要講的是奧地利工程師桑格爾的研究,當地的報紙刊登了相關的新聞。結果這則新聞又招來兩個醉心於火箭研究的年輕人。一個叫帕森斯,一個叫福爾曼。他們用火藥製造過簡易火箭,但是他們想搞液體火箭的時候遇上了難題,搞不定,於是來找加州理工學院幫忙。


這一下,馬林納、帕森斯和福爾曼幾個人碰了頭,他們決定組成一個火箭研究小組。後來學習天體物理的阿諾德也參加了這個小組,他甚至帶資入組,自己捐了1000美元。再後來又來了一個年輕的中國留學生,就是大名鼎鼎的錢學森,他成了馮·卡門的學生。火箭研究小組最早也就是這麼幾個年輕人。


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其實,錢學森在沒去美國留學之前就已經對火箭技術非常瞭解了,他在《浙江青年》雜誌上寫過有關火箭技術的文章,當時是1935年8月,時間非常早。參加了火箭小組以後,他主要負責理論上的事兒。他提交了一份114頁的報告,對液體火箭做了深入的分析。裡面提到很多關鍵的問題,比如噴嘴的發散角度對火箭推力的影響。還給燃燒室和噴嘴的關係建立了一個數學物理模型。有了理論的指導起碼大家不用再像沒頭蒼蠅一樣亂撞了,效率大大提高。


火箭實驗是有一定危險性的,大概是附近的居民都認為這幾個學生是禍患的源頭,因為這幾個人做實驗的時候發生了爆炸,把宿舍的牆炸出了一個大洞。這事兒不是鬧著玩兒的,在輿論壓力之下,學校只能把他們攆到郊外的一片河谷地帶來做實驗,這地方寬敞,怎麼炸都沒關係。這個地方後來就成了噴氣推進實驗室的所在地。


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就這樣,這些人一直在私下裡自己鼓搗火箭實驗,一直折騰到1937年。到了1938年,馮·卡門教授收到陸軍航空隊的信函,陸軍表示對火箭很感興趣。當時美國軍方已經感覺到和日本的戰爭不可避免,在太平洋的那些小島上起降大型飛機,跑道不夠長,要是有火箭助推一把,應該能大大縮短起飛距離。


到了1939年,火箭小組在拿到了資金以後,要變成一個正經八百的實驗室。鑑於當初火箭小組總是弄出爆炸,在當地“火箭”二字基本上成了貶義詞,馮·卡門繞個彎兒,起名字叫“噴氣推進實驗室”,這樣起碼大家不反感嘛。


所以,大家明白了吧。這個噴氣和航空噴氣發動機沒有半毛錢關係。這個噴氣指的是火箭。因為涉及軍方事務,錢學森是外國僑民,也就沒有再參與。珍珠港事件爆發之後,中美成了盟國,馮·卡門就幫錢學森弄到了權限。軍方也不得不讓錢學森重新參與火箭方面的研究,因為當時火箭人才少得可憐,你放著這麼個頂尖專家不用,那簡直是暴殄天物。


所以,錢學森也是噴氣推進實驗室的創始人之一,世界級的火箭專家。但是誰也想不到他不僅僅是美國火箭研究的先驅者之一,後來還成了中國航天事業的奠基人。之所以他能有這麼高的成就,那是因為他不僅僅是一個火箭專家,而是一個戰略科學家。他參與過美國網羅德國科技人才的回形針行動,和他的導師馮·卡門一起接觸過大量德國方面的技術人才,其中就有馮·布勞恩。


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布勞恩帶著一大幫德國的工程師來到美國,在阿拉巴馬州的亨斯維爾紅石兵工廠的舊址建立起了歸屬美國陸軍的導彈研究機構。蘇聯發射了第一顆衛星,可把美國人給驚到了。美國馬上要應對這一挑戰,本來想讓海軍的先鋒號打頭陣,沒想到先鋒號在眾目睽睽之下炸了,弄得美國人很沒面子。海軍栽了,那就只能看陸軍方面的布勞恩團隊和噴氣推進實驗室的進度了。


布勞恩負責朱諾號火箭的研發,衛星的研發則是JPL負責的。兩家機構加班加點,終於把美國的第一顆人造衛星送上了環繞地球的軌道,算是找回了一點面子。JPL就此開始了轉型,也就是從專注於火箭的研製,偏向了衛星和探測器的研發。


後來嘛,JPL被劃歸到了新成立的NASA麾下。根據NASA和加州理工的協議書,噴氣推進實驗室由加州理工代管。從60年代開始,JPL就不再負責火箭發動機的研究工作。他們的主要工作就是研究各種各樣的行星探測器。幾乎美國發射的所有月球和行星探測器全都是JPL負責的。水手號、海盜號、麥哲倫號、伽利略號、旅行者號、勇氣號、機遇號……你能數出一大串的著名探測器,全是JPL出品的。


JPL最出名的項目是旅行者1號和2號。因為80年代有一次罕見的九星連珠現象。也就是太陽系的幾個大行星排成了一條線。這是千載難逢的好機會,一顆探測器就能拜訪4顆巨大的氣體行星。旅行者1號和2號帶給人類大量的有關這木星、土星以及天王星和海王星的詳細信息。而且這兩個探測器已經成了人類飛得最遠的探測器了。最著名的那張照片暗淡的藍點就是旅行者1號在1990年拍攝的。


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JPL 這樣的機構歷史不算短了,也就留下了不少的文化傳統,比如說,我們前面提到的在重大、危險的飛行活動期間吃花生米,毅力號著陸,大家手邊肯定少不了這東西,這是多年來的習慣傳統了。


在 60 年代,JPL 搞得徘徊者月球探測器接連失敗,他們被弄得灰頭土臉的。徘徊者探測器的主要目標是撞擊月球,連續失敗 6 次,到第 7 次,大家分了點花生來分散一下注意力,緩解緊張情緒,剛巧徘徊者 7 號成功了。於是吃花生就和成功聯繫在了一起,成為 JPL 的一種文化。沒辦法,火箭啦,探測器啦,都是極其複雜的東西。出了問題很難查找,甚至有點玄學的意思。到現在還有程序員在服務端新版本上線的時候,給服務器燒香上供的嘛,都是差不多的意思。


所以,我們可以推測,剛才毅力號在經歷那恐怖的7分鐘時候,肯定有 JPL 的工程師在大把地吃花生豆,這幫工程師還是挺可愛的。


JPL 的成員可不都是一幫“理工直男”,JPL 居然下設了一個藝術工作室,有不少文理兼修的藝術家,他們公佈的每一張畫面都是經過精心修飾的。他們甚至能給科幻電影提供精美的海報,可見實力有多強。


國家花了納稅人的錢養著 JPL 這樣的科學機構,到底你們幹出什麼成績,也要傳達給公眾才行。所以,他們對科普非常上心,提供精美的圖片和視頻剪輯也是一種公關活動。公眾興趣大,呼聲高,對 NASA 向國會的老爺們要錢也是大有幫助的。所以,JPL 經常搞開放日活動,有不少的孩子們看到這些精美的行星照片,看到這些好玩的探測器模型,立刻就愛上了天文,愛上了日月星辰。引得一代又一代的年輕人付出了無數的青春與汗水,投身於航天事業。


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對於宇宙和太空的探索和研究,暫時看不出什麼直接的經濟效益。總是有人在問,花這麼多錢在行星探測上,到底有什麼意義?我想,我們最有資格回答這個問題的族群,我是漢族,漢這個字的含義,你往前追溯,你會發現其實就是指的天上的銀河。以銀河為名的這個族群在太空時代當然是不能缺席的。其實道理很簡單,地球是人類的搖籃,人類不可能永遠睡在搖籃裡,我們的夢想是星辰大海。


就說這麼多吧。


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