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泰宁新闻:宇航员现身说法:砸几千亿美元把人类送到火星上到底值不值?

05-15栏目:科技咖
TAG:火星,人类,太空,太空任务

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史蒂夫·斯旺森(By Steve Swanson) copyright jhua.org

随着人们考虑在未来到达月球或火星,一个日益激烈的争论吸引了人们的注意:如果光是机器人或者漫游车就能执行必要的科学任务,那我们真的有必要花费数十亿美元把人类送到其他星球上去吗? copyright www.jhua.org

我个人认为,NASA需要同时派出人类和机器,接下来让我来解释一下个中原因。 copyright www.jhua.org

作为一名航天飞机训练机(航天飞机的机载模拟器)的工程师,我在NASA开始了28年的职业生涯;而在我17年的宇航员生涯中,我执行了三次太空任务,其中两次是前往国际空间站的STS-117和STS-119航天飞机任务。 jhua.org

这两项任务的主要目标都是建造国际空间站,所以留给做科学实验的时间很少,然而,我们的任务还是令人满意的,因为毕竟我们是在太空中建造一个真正的科学实验室。在我的第三次任务,国际空间站第39和40远征队任务期间,我在国际空间站上生活了五个半月。 copyright jhua.org

当我们在空间站的时候,我和我的同事们做了300多个不同的实验。有些实验我们没有接触过,比如用阿尔法磁谱仪扫描宇宙以寻找反物质;有些实验我们只负责布置,然后任务控制系统进行接手;对于其他的实验,我们会亲自进行布置和亲自进行实验;而在一些实验中,我们宇航员自己就是实验对象。

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因此,通过利用我们的时间和与地面科学家进行合作,我们在国际空间站的生活中获得了尽可能多的科学成果,通过这种人工和自动化实验相结合的方法,NASA增加了在国际空间站上进行的科学研究的数量。

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阿波罗17号VS好奇号 copyright jhua.org

如果想要比较一下人类任务和机器人任务的科学产出的话,让我来比较一下1972年12月进行阿波罗17号计划(最后一次登月任务,吉恩·瑟曼和哈里森·施密特在月球表面逗留了75小时)和好奇号火星任务,对比的变量有以下三个:距离、成本和土壤样本。尽管这两项任务截然不同(前者是月球任务,后者是火星任务),但它们之间还是有一些相似之处来帮助我们比较它们的效率。

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这张美国宇航局"好奇号”火星漫游者的自拍展示了它所在的位置,在那里,好奇号使用它的钻头为这次任务收集了的第五次夏普山标本。(图片:NASA)

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就距离而言,人类毫无悬念地赢了。阿波罗17号的两名宇航员在三天的时间里在月球上行驶了35公里,也就是每天大约11.6公里。而截至2019年2月,"好奇号”已经在火星上行驶了20.16公里,自2012年8月开始在火星上飞行以来,平均每天行驶9米。 copyright jhua.org

我不是在抨击好奇号或者它的任务团队,但是,和5500万到4亿公里以外(这取决于地球和火星在轨道上的相对位置)的一辆火星漫游车合作执行科学任务是极其困难的,如果地球上的好奇号团队对火星漫游车发出了错误的指令,这样就有可能会危及甚至结束整个好奇号任务。因此,他们必须要慢慢行动,每一步都要进行仔细认证,这意味着人类只需几个小时就能完成的事情——比如采集多个岩石样本——需要花费机器人几周的时间。

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在阿波罗17号期间,宇航员收集了741个岩石和土壤样本,其中包括一个3米长的深钻孔岩芯样本,这相当于平均每天采集247个样本。而在好奇号方面,我很难找到同样的信息,不过我发现了截至2019年1月15日,好奇号已经钻探了19个地点,并在没有钻探的情况下采集了两个样本,所以好奇号在火星上最多采集了30个土壤样本,也就是说,平均每天采集0.013个土壤样本,这充分表明了远程操作一台机器到底有多么地困难。当诸如钻头之类的设备发生故障时,由于身处火星,好奇号并不能得到修理,因此,研究小组必须曲线救国,找到解决问题的方法,好奇号才能继续进行科学任务。 www.jhua.org

阿波罗任务成本VS好奇号任务成本

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以2015年的美元价值计算,阿波罗计划的7次登月任务每次约耗资200亿美元,而同样按2015的美元价值换算,"好奇号”的成本约为25亿美元。

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我把月球任务和火星任务进行比较是有点不公平,所以,让我们来估算一下人类火星任务的预计成本——每次任务的成本将在1000亿到5000亿美元之间,不过我想这个数字将会更接近5000亿美元或者更多,因为单单国际空间站就花费了1500亿美元左右。 copyright www.jhua.org

如果我们假设每个火星人类任务的成本为5000亿美元——这个数字很有可能会因为进行多次火星人类任务而减少——那么人类任务将会有更好的投资回报比。根据上面的粗略估计,我们可以认为,一个有四名宇航员的火星人类任务成本将是漫游车任务的200倍左右,但在执行科学任务的效率方面,人类任务至少是漫游车任务的500倍。

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太空探索既需要机器人也需要宇航员 copyright www.jhua.org

我承认,这些快速计算是有很大的误差,但我这样做是为了试图强调人类参与太空任务的好处。因此,我认为最具成本效益的解决方案是同时使用人类和漫游车,这也是我们一直以来赖以提高国际空间站科学产出的方法。

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如果沿用这种方法的话,那么对于火星来说,我们可以让世界各地的任务控制小组继续像现在一样使用漫游车进行实验——但是这些小组进行科学研究的速度可以更快一些,因为如果探测器卡住或者出现故障的话,附近总会有人帮忙。 copyright www.jhua.org

把人类送上太空比探测器和漫游车要昂贵得多,但我们不能忽视的是,人类能够迅速适应意外情况,修理和修改设备,这反过来也会提高任务成功的可能性。

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从人类的角度来看

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人类对一个新世界的许多了解恐怕是区区一个传感器所无法传递的,它感觉起来怎么样?它看起来像什么?闻起来像什么?这就是地球上大多数人对太空探索这个概念所联想到的问题,因此,拥有这种人性化的视角对于激发人们的热情来说至关重要。

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例如,当我们谈论太空时,人们问我的第一个问题很简单,"它是什么样的?”他们想知道从刷牙到太空行走等所有活动的所有细节。而我总是补充说,我们从来都不知道我们在太空的每一天过得怎么样,因为我们的大多数任务,无论是科学任务还是维护任务,都遇到过需要人类来解决的问题。

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火星上的漫游车确实创造了奇迹,同时它也帮助提高了人们对行星探索的热情,但我相信,人类火星任务带来的影响将会大得多。

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