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NOW.SPACE女记者带你走进美国喷气推进实验室

NOW.SPACE女记者带你走进美国喷气推进实验室

NOW.SPACE记者希瑟·迪·安格罗与JPL的格言“敢于挑战强有力的事情”。图片来源:now.space

近日,美国 太空 网站NOW.SPACE( http://now.space )记者希瑟·迪·安格罗(Heather D’Angelo)对位于美国加州帕萨迪纳的喷气推进实验室(JPL)进行了一次幕后访问,以下是她精彩的JPL之旅。

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JPL初创期的“火箭男孩们”,摄于1936年11月。图片来源:now.space

喷气推进实验室的兴盛史

喷气推进实验室(JPL)的历史最早开始于1936年10月13日,由一群对各种发动机精通的杰出科学家发起组建。当时他们驱车抵达了现在加州圣加布里埃尔山脚下,试图让以往在科幻小说中才出现的科技变成现实。虽然戏谑地自嘲为“火箭男孩(rocket boys)”,但是这群年轻人在这里成功进行了一系列创新的火箭工程实验。

这些早期的尝试让喷气推进实验室在1944年、二战结束前夕得以正式成立,创建者为加州理工学院教授、著名空气动力学家西奥多·冯·卡门(Theodore von Karman)。而冯·卡门的学生、中国著名科学家钱学森曾在这里担任喷气研究组组长。从那以后,JPL成为无人星际探索的先锋。

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JPL院子里的铭牌,以纪念1944年喷气推进实验室的正式成立。图片来源:now.space

首次太空探索尝试开始于1958年,JPL研制出了美国首颗人造卫星探险者1号(Explorer 1)。令人惊讶的是,仅过了4年,1962年JPL就推出了世界首颗飞掠金星的探测器–水手2号(Mariner 2),它成功在1962年12月近距离飞掠金星,距离金星最近时只有3.5万千米。

到今天,JPL已执行过三十多次探测任务,包括正在执行的探测任务:朱诺号(木星任务)、卡西尼-惠更斯号(土星任务)、黎明号(谷神星任务)、机遇号火星车与火星侦察轨道器(火星任务)等;以及仍在飞向太阳系边缘的旅行者姊妹号。

现在加州理工学院继续管理着喷气推进实验室,同时JPL也是美国宇航局(NASA)十大研究中心之一。目前JPL主要进行深空探测器的建造与管理,同时也运营一些著名的太空望远镜:如赫歇尔太空望远镜(Herschel Space Observatory)、仍在工作中的斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)等。

一些美国宇航局的近地轨道项目也由JPL负责,包括对近地小行星与彗星的跟踪监视、宇航局深空网(DSN)的运营等,其中DSN是全球最大的可与深空探测器进行直接通信的科研电信系统。

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西奥多·冯·卡门礼堂。礼堂墙上的模型分别为:左侧是火星侦察轨道器(MRO),右侧是旅行者号(Voyager)。图片来源:now.space

拜访第一站:西奥多·冯·卡门礼堂

前往JPL的这一天,帕萨迪纳天气非常好,阳光很灿烂。我很荣幸与JPL科学家马克·海灵格(Mark Helmlinger)一起走进喷气推进实验室,对JPL偌大的校园进行了3小时的参观。

在获得官方通行证后,我与马克前往西奥多·冯·卡门礼堂,这里是JPL举行讲座与开新闻发布会的地方。在参观礼堂的过程中,能够了解到JPL过去、现在和未来将要执行的太空任务,这让我非常激动。

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卡西尼-惠更斯号的模型,卡西尼背部的壳状物是惠更斯号。卡西尼号于1997年发射升空,2004年抵达土星,至今在太空中已工作了近二十年。图片来源:now.space

“不可貌相”的各类星际探测器

礼堂两侧陈列着JPL历史上最著名的航天器比例模型:上图中左侧的是火星侦察轨道器(MRO),右侧是旅行者号(Voyager),另一张则是卡西尼-惠更斯号(Cassini & Huygens)的模型。

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惠更斯号探测器的模型。图片来源:now.space

在这之前,我从未实地见过这些航天器模型。它们给我的第一印象倒像是劣质玩具。卡西尼与惠更斯号模型表面覆盖着一层金箔,你会觉得它们像是包裹着薄薄一层包装纸的圣诞节礼物,而不是飞行了14亿公里抵达土星、并工作至今的探测器。

“真实的卡西尼号应该和这个模型不一样,对吧?”我好奇地问马克。马克听了大笑,他解释卡西尼的金色“外衣”由多层材料构成,包括镀铝的聚酰亚胺、聚酯、涤纶等。这层“外衣”使卡西尼号能够承受住极端的空间辐射环境,并在土星轨道上工作的11年里抵御微流星体的撞击。

随后马克介绍说,制作这些模型的材料与真实探测器所使用的是一致的,每个都非常精确。

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本文作者与旅行者号模型合影,这艘模型与真实的旅行者号是1:1大小。图片来源:now.space

飞了近四十年仍在工作的旅行者号

当旅行者号模型在我面前出现时,我非常敬畏地凝视着它。旅行者号进入太空时我远未出生,而现在它早已成功拜访了四颗大行星,向着太阳系边缘飞去。旅行者号比它们外表上看起来更经久耐用,非常可靠。

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旅行者号的金质唱片封套。图片来源:now.space

这艘旅行者号模型上有一枚金质唱片,与目前远在太阳系边缘的两艘旅行者号携带的金质唱片是一模一样的,能够在这里见到实物让我非常开心。

这张金质唱片外观看起来很科幻,有点像来自《星际迷航》里企业号星舰上的东西。与卡西尼号的金色“外衣”一样,这张唱片的镀金层保护其不受微流星体的撞击,使它能够保存的非常久。

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金质唱片封套上图形的图解。图片来源:now.space

唱片外表的图表有说明如何在留声机上使用它、如何查看光盘里的图片,以及示意地球在太阳系中的位置。

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1977年,在旅行者号发射前,金质唱片在探测器上的安放位置。

唱片封套上还有一块高纯度的放射性铀源,这枚铀238放射源具有时钟的功能,可以依据它的衰变时间得知旅行者号在 宇宙 中漂流了多久。

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金唱片里保存的图像:一个在超市里吃东西的女人。图片来源:now.space

记录在这张12英寸唱片上的语言多达55种,包括已失传的阿卡德语到现代中国方言里的吴语。唱片还记录了美国前总统吉米·卡特和时任联合国秘书长库尔特·瓦尔德海姆的录音。

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金唱片里这张图展示了人类的饮食方式,包括喝、舔、吃三种动作。图片来源:now.space

在祝福语之后,唱片还收录了来自地球上的各种声音,时长90分钟,包括不同文化和时代的音乐、地球自然现象如雷声、鸟鸣、海浪声等,此外还有115幅以模拟信号方式收录的图像。唱片收录的这些内容是以美国著名天文学家卡尔·萨根为首的美国宇航局委员会决定的。

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金唱片里保存的图像:中国长城。图片来源:now.space

旅行者姊妹号抵达另一个恒星系需要约4万年的时间,虽然它们被宇宙里高于地球文明的智慧 生命 拦截的可能性很低,但是卡尔·萨根希望唱片里所记录的内容在某一天能够被外星文明所发现。正如他说:“这个‘漂流瓶’被投放到宇宙中,说明(我们)这颗星球生活着充满希望的生命。”

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空间飞行操作设施办公室。图片来源:now.space

JPL另一座博物馆里的“黑科技”

在礼堂里欣赏完这些探测器的模型后,我与马克前往毗邻的其他博物馆,那里就像JPL空间探索史上的一座神殿。

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1:1比例的伽利略号木星探测器模型。图片来源:now.space

这座不大的房子里展出了JPL所有的过往探测任务,这些任务从太阳到外太阳系的行星,横跨整个太阳系,非常有特色的。展厅的中央是一台伽利略号木星探测器的全尺寸模型,体量很大,从房间的一头延伸到另一头。

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博物馆内部各种星际探测器、天体的模型,画面内展示的是地球、火星、月球的探测历史。图片来源:now.space

喷气推进实验室自成立以来,所获得的成就非常惊人,这让我在参观时变得选择困难,因为我不知道自己该先去参观哪里。这里有阿波罗登月任务带回来的月球岩石、太空陨石、各种视频的展示,天花板到地板悬挂或安放着各类探测器与飞船的模型,这里简直就是全世界太空迷们的圣地!

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展示柜里的气凝胶,任何一个狂热的太空收藏爱好者都想拥有它。图片来源:now.space

展厅的一座玻璃陈列柜里有一个发光、半透明的浅黄色立方盒,里面展示着一些神秘的东西,“这是气凝胶。如果你身上涂有这种物质,你可以在火中行走却毫发无损。”马克解释到。

气凝胶在NASA星尘号探测任务中起了至关重要的作用,它被用在星尘号太空高速飞行中捕捉彗星散发的尘埃粒子。气凝胶是一种多孔硅基物质,99.8%的体积是空气,外观看起来就是一种非凡而可爱的材料。我甚至希望能够在我的咖啡桌上放这么一小块气凝胶,作为和朋友们闲聊时的谈资。

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博物馆内部各种星际探测器、天体的模型,画面内展示的是小行星、彗星、木星的探测历史。图片来源:now.space

在这座博物馆逛了约半小时后,我觉得自己像是上了一堂JPL太空探索史的速成课,这座博物馆虽然外表看起来并不大,却隐藏了这么多重量级的文物。我也迫不及待地想知道接下来马克会带我参观哪里,因为下面将要参观的内容我还没做好心理准备。

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JPL里好奇号火星车样机的车轮。图片来源:now.space

好奇号车轮的神秘“摩尔斯电码”

接下来参观的这座大楼相当壮观,而且里面还有一个坦率可爱的大家伙– 1:1的好奇号火星车模型。虽然“好奇号”这个名字很拟人化,但是这家伙和《机器人总动员》里的瓦力不太一样。

你看到好奇号了没?

我在仔细打量这辆火星车时,马克问我注意到火星车六个轮胎上的有趣图案没?额,我当然没注意,因为我完全被好奇号的炫酷外形吸引了。

说到这里有个背景故事:当科学家们试图找出如何计算好奇号行驶距离的方法时,他们意识到可以利用好奇号在火星表面行驶留下的车辙印计算行驶距离,这个方法的正式名称叫视觉里程计,但问题是车辙印在碾压后该以什么图案呈现呢?

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好奇号在火星表面碾压出来的车辙印,将JPL的摩尔斯电码印在了火星车漫游所到之处。图片来源:now.space

因为这辆火星车是在喷气推进实验室设计、制造的,JPL的工作人员建议车辙印直接在火星沙土表面碾压出“JPL”三个字母。但是这么做,NASA却不乐意了,他们不想“JPL”三个字母随好奇号在火星上绵延地印上数百公里,可能因为这样做有点宣示领土主权的意味?

于是JPL采取了迂回的办法,将“JPL”三个字母以摩尔斯电码的形式印在了火星表面。

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JPL实时通信流的LED灯束,很像科幻影视剧里的传送装置。图片来源:now.space

炫酷的星际信息传输

在好奇号模型的左边又是一个充满想象力的物件–一个圆柱形、看起来像是星际旅行中使用的隐形传送装置。它由数十条白色发光LED灯管组成,从天花板一直延伸到地板。每隔一秒,沿着灯管发出一股向上闪烁的光,然后向下,再向上,以一个有节奏的循环进行。

马克解释说这是JPL的实时通信流,这些通信流来往于JPL各个在地球外工作的探测器和地面的深空网接受站之间。向上流动的光束流代表JPL向探测器发送指令,向下的光束流则表示探测器向地球发回数据。

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“寻找另一个世界”(The Search For Another World),这是搜寻到的系外行星最新数量。图片来源:now.space

在这张系外行星候选名单前我拍下了照片,这张照片里一共有3701颗候选的系外行星,其中1937颗被证实是真实存在的,13颗位于宜居带,很可能适宜人类居住。但在我回来写这篇文章时,我上JPL的系外行星搜寻网站却得到了不同的结果,这让我有些困惑。网站上显示开普勒太空望远镜搜寻到的系外行星数量为3701颗,只有1042颗确认是存在的,但我没找到这些系外行星位于宜居带的信息,不过网站上也说有32颗可能适合居住的系外行星存在。

虽然我想在这个大厅待上一整天,但是马克拉着我说后面还有更精彩的东西,然后确实是这样!

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巨科幻的JPL任务控制大厅。图片来源:now.space

参观JPL任务控制大厅

马克带我上了几层楼梯,在一个昏暗的观景台上,我发现自己竟然可以俯瞰JPL宏大的任务控制大厅!控制室里放满了各种大小、明亮的屏幕。高大的、直顶到天花板的电子大屏幕展示着世界各地深空天线数据接收情况,以及深处太阳系各星球的探测器工作情况。

一个中等大小的屏幕不停滚动着彩色文本,这其中显示的有些是我们熟知的“黎明号(谷神星探测任务)”、“SOHO(太阳轨道望远镜)”、“朱诺号(木星探测任务)”等目前正在进行的星际探测任务。

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在火星表面工作的两个小家伙:好奇号与机遇号的现状统计。图片来源:now.space

随着科技进步,自1964年以来,控制任务也发生了很大变化,不过有一项至今未变:“每天24小时、每周7天,每时每刻都有人监控(24/7有人监控)”。它甚至有自己的独立电源,以备停电或不时之需时使用。这是非常重要的,一旦出现突发事件,没有足够电力会导致控制中心与探测器失联,而“24/7有人监控”会让我们继续和探测器保持联络。不然这些探测器就会像电影《机器人总动员》里瓦力一样,在太空漫无目的的飞行。

马克提醒我还有更棒的参观点,我跟着他走了出去,眼睛又不得不重新适应室外的阳光,这让我好奇里面的人们是否会经常走出较暗的控制大厅,走到户外来。

很快我确定这个答案是肯定的,而且不出所料,他们以比你想象的更酷的方式享受空闲时间。

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“火星院子”与好奇号测试样机。图片来源:now.space

火星院子

“火星院子”其实就是个院子,或者可以说是一个大沙箱,这里能够精确模拟火星表面的地形。为什么要这么做呢?因为我们不会将一辆昂贵的火星车在没有通过地面测试的情况下,就把它送上火星。

我们都知道火星表面很多地方是布满碎石的,因此在发射前,评估这些碎石会对火星车造成什么样的危害是非常重要的。所以JPL的工程师们在这个试验场,用火星车的样机去模拟真实火星车会在火星表面遭遇什么样的问题。

当我在试验场地里漫步时,我注意到这些散落在院子里的碎石形状、纹理和大小各异。马克告诉我这些石头都来自美国西南部的莫哈维沙漠,因为那里的地貌与火星很相似。其中一块看起来很像浮石(岩浆凝成的海绵状岩石),这让我很想收藏它,以作为今天这么长路程徒步参观的纪念品。

JPL实在太大了(占地面积0.7平方千米),但是参观完“火星院子”,这一天JPL之旅也快结束了。不过马克说还有最后一站,会是哪里呢?

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装备探测器的无尘车间。图片来源:now.space

探测器装备车间

这里就是JPL组装各类探测器的车间,基本上历史上你叫得出名的、拜访各个星球的著名探测器都是在这里组装的。根据JPL的网站显示,这个“高湾1号”无尘车间达到10000级的洁净度,这意味着这里每立方英尺(不到0.03立方米)的空间里,只有不到10000颗0.5微米大小的尘埃颗粒。换句话说,这里非常的洁净,如果你对花粉之类的过敏,这里太适合你工作了。

不过我在“高湾1号”无尘车间参观时,这里没有在组装任何东西,但是这里有一段录像可以告诉你这里工作时的样子。不过也很巧,我在这里看到了一艘朱诺号木星探测器的原型,而真实的朱诺号正在赶往木星,将于今年7月抵达。

无尘车间是我今天JPL之旅结束的地方,马克随后也回去继续他在这里的重要工作。(桂林/编译)

作者:希瑟·迪·安格罗(Heather D’Angelo),美国太空网站 NOW.SPACE( http://now.space )记者。

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