該如何達成登陸火星這樣偉大又遙遠的夢想?科學家設計出了充滿彈性的任務,將可逐步把太空人送上小行星和火星。
撰文∕藍道(Damon Landau)、史川吉(Nathan J. Strange)翻譯∕甘錫安
重點提要
■美國的太空政策正歷經重大改變。NASA已將太空梭除役,也放棄了原本要取代太空梭的星座計畫,並將軌道升空工作發包給民間公司。如此一來,NASA應該能回歸它最擅長的工作,也就是探索以往沒有人去過的地方。但要怎麼做呢?
■作者認為,工程師得隨時做好準備,以因應難以預料的政治風向。工程師必須設計出有彈性的任務選項,以隨著狀況變化而調整步調。
■以離子推進器推動的外層太空載具,可將越來越複雜的探索任務送往月球軌道、近地小行星,最後登上火星。
2009年10月,一小群機器人太空探索迷決定跨出自己熟悉的領域,開始構思其他將人類送上太空的方式。奧古斯丁委員會(美國總統歐巴馬於當年下令成立的 特級委員會,任務是檢討太空梭與後續計畫)在報告中指出「美國載人太空飛行計畫的發展方向似乎並不具永續性」後,我們便著手這項行動。我們先前參與過令人 興奮的機器人探索計畫,將人類的觸角由水星延伸到太陽系邊緣,接著便開始好奇,我們是否能找出技術方案,解決美國航太總署(NASA)的政治和預算挑戰。
我們想到的點子相當多。例如以離子引擎推進火箭,將零件送上月球基地;將能量傳輸給火衛一上的機器探測車;為國際太空站(ISS)加裝高能量霍爾效應推進 器,將它送入火星軌道;在行星際軌道上預先佈放化學火箭推進器,讓太空人在航行途中使用;使用《2001:太空漫遊》中的探測囊來取代太空衣;不將太空人 送上小行星,而是將非常小的小行星推到太空站給太空人……。我們仔細估算後發現,電力推進(包括離子推動或相關技術)可大幅降低小行星及火星載人任務所需 的升空質量。
感覺上好像回到1960年代的NASA,不過少了飄在空氣中的二手菸。我們討論能做哪些事,並剔除做不到的事。完成初步分析後,我們綜合了這些想法和計 算,為NASA噴射推進實驗室的同事辦了一次午餐講座。接下來的整個春天和夏天,我們跟幾位對此感興趣的工程師和科學家碰面,他們也提供了改良意見。我們 聽說了NASA內外的人士當時正在進行的實驗,包括高能量電力推進器的測試,以及輕型高效能太陽能陣列設計等。我們的討論越來越多,而且進一步在NASA 和航太業界激發出許多創意。
現在我們將最具發展性的提議和已通過考驗的方法結合起來,擬定出一項計畫,希望最快可於2024年將太空人送上近地小行星2008 EV5,當做進一步登陸火星的準備工作。這種方式在設計上不僅符合NASA的預算,同時將整個作業分成一連串逐步漸進的短程目標,讓NASA能依據經費狀 況加快或減緩進度。總而言之,我們的目標是把機器人科學探索計畫的心得,用在載人探索任務上。
許多小步結合成一大步
奧古斯丁委員會的報告掀起一場大規模的政治角力,最後演變成要把運送太空人前往地球軌道的任務,交給民間企業執行(請參見2011年1月號〈太空事業民營 化〉)。NASA現在可更專注於發展具改革性的技術,以及推動人類探索新的疆域。不過,少了阿波羅登陸月球光輝歲月的政治支持與資源之後,NASA該怎麼 走下去?
機器人探索任務是循序漸進的:先開發一套技術,然後逐步達成越來越龐大的任務。此外,機器人探索計畫依循的並非「不成功就失敗」的單一目標運作模式,而是 藉由新穎的技術組合來達成多項目標。當然,機器人計畫也會有錯誤和成效不足之處,畢竟世界上沒有完美的事物,然而至少在政治風向改變或科技創新步調減緩 時,其發展不至於停頓。載人計畫也可用這種策略,它不需要像阿波羅計畫那樣跨出「人類的一大步」,只要連續踏出許多小步,逐步累積出成果即可。
對某些人而言,採用機器人探索的實際理由,或許是根本沒辦法再送太空人過去。如果NASA的目標只是科學發現,機器探測船當然花費較少、風險也較低。不過 NASA背負的使命其實不只是科學,科學只是人類探索衝動中的一個面向。太空探索極富吸引力,是因為一般人渴望能親身體驗太空。機器探測船不過是太陽系探 索行動的第一波,美國政府出資的載人任務是第二波,而第三波則是一般民眾前往太空探險及尋寶。NASA以往投資開發的技術,帶動了今日的商業化太空競賽, 還有發射至太空站的太空艙,以及飛過莫哈未沙漠的太空飛機(請參見2004年5月號〈精打細算上太空〉),現在可以開發進一步深入太空所需的科技了。
【欲閱讀完整的豐富內容,請參閱科學人2012年第120期2月號】
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