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你不知道的有關科研人員與火星車的有趣故事


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更新日期:2022325
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我想我還是首先介紹那些建立噴氣推進實驗室的人們。在那時,這些人還是一群孩子,他們富於想象力和冒險精神,當時他們在加州理工大學,調配化合物看看哪種調配爆炸威力大一些。不過,我可不想讓各位模仿。因為他們炸了一個加州理工的一個小屋子,然後,他們被趕到幹河床去,在那裡他們可以做所有試驗。這就是我們的首批五名僱員。如我所言,他們都是愛冒險的傢伙。

實際上,他們其中的一個,是個邪教徒就在歷此不遠的奧蘭治格羅夫,倒黴的是他把自己炸上了天,因為他一邊調配炸藥一邊想搞明白哪種是最好的炸藥。所以您就瞭解我們那裡都是哪類人。我們得小心,別把自己炸上天。這個我想我展示過。猜猜這群人中誰是噴氣推進實驗室的僱員。

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今天早上,我也想像他一樣光著身子,不過走出來就覺得太涼快了,所以我還是穿上我的襯衫吧。不過我展示這張照片更重要的原因是:看其他人看哪裡,再看看他看哪裡。不管別人做什麼,我們要做與眾不同的事。這就是我們做事的精神。有句拉爾夫•愛默生(美國散文作家、思想家、詩人)的名言,我的一個同事把它掛在了我辦公室的牆上:「不要去那些有路可通的地方,而是去那些無路可通的地方並且留下你的足跡」這就是我向大家推薦的:看看別人都在做什麼,然後做與眾不同的。

不要只是想改進一點別人的東西,因為那樣你不會取得很大成就。

早些年間,我們常常在火箭上下功夫,不過我們也常常搞一些聚會。你看,這是幾年前的一場聚會。不過50年前,發生了一件不同凡響的事,蘇聯人造衛星發射後。我們發射了第一顆美國衛星,衛星就在左邊的照片裡。

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從此我們180度大轉彎:我們從一個火箭研究機構,變為一個探索機構。這個轉變幾年內就完成了,現在我們成了最重要的組織,代表你們所有人探索太空。不過即使在我們做事的時候,我們也要提醒自己,挫折在所難免。你看,火箭本應該向上飛的,不過有時候卻跑偏了。

我們稱之為誤導導彈。後來,為了紀念一下,我搞了個「誤導導彈小姐」的活動,我們每年都搞一次活動選美,遊行諸如此類的。現在不合適。有人告訴我搞。我考慮不太合適。我們做一些更嚴肅的事。你看到的就是上次玫瑰花球(rose ball),我們的火星車上了彩車。左面的是娛樂。右面是火星車剛完成測試準備運道卡納維拉爾角發射。圖上的火星車就是現在火星上的那輛。

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"Beware of Safety"是一個器樂搖滾樂隊。樂風偏向實驗音樂。有即興爵士樂元素。有重打擊搖滾樂元素。把聲音向樂器一樣處理,可以挖掘更多的抽象聲音使演奏更生動,混合了電聲樂器和原生樂器。我的工作一半是音樂,另一半也是最棒的。我在噴氣推進實驗室工作。我參與制造火星車。我知道一些最富才氣的工程師,也擁有藝術素質。做你想做的事。要是有人說你不行,你不要聽他們的。告訴他們放心,然後做你想做的。

現在先離開娛樂的東西,轉到正事上來。人們老是問我們,我們為什麼要探索?我們為什麼做這些任務,為什麼探索它們?我想原因其實挺簡單的。130億年前的宇宙大爆炸,您聽說過一些也就是宇宙的起源。不過觸動每個人想象力或者很多人想象力的是,從宇宙大爆炸起直到我們擁有這個我們生存的美麗世界。您看看外面:您擁有所有的美景,您身邊所有的生命,地球上有智慧的人類,如你和我在這裡進行智慧的談話。所有這一切起源於宇宙大爆炸。所以問題是:怎麼發生的?如何進化的?宇宙怎麼形成的?星系如何形成的?行星如何形成的?為什麼有個星球就有進化了的生命?這種現象普遍嗎?可見的圍繞恆星執行的每個行星上都有生命嗎?

amocity
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本質上我們都是由星塵構成的。我們起源於星星,所以,下次您很沮喪的時候,照照鏡子您可以邊看邊說,Hi,我在看一顆星。您可以跳過塵埃這段。不過本質上,我們都是由星塵構成。所以,我們所進行的探索,實際上就是在撰寫事物進化至今的書。首選的,或者說最容易的,我們可以去火星探索。之所以火星引起特別的關注:因為它離我們不遠。你知道,僅六個月我們就可以到那裡。在合適的年份需要六到九個月。

火星是個類似地球的星球。稍微小一點兒,火星的組成和地球很相似如果不算上海洋的話(火星沒有海洋),火星有極地冰冠。有大氣,比地球的要稀薄,所以有天氣變化。某些方面與地球非常類似,您可以看到類似的地形,諸如火星上的大峽谷,或者我們所稱的火星大峽谷。很像地球上的(美國)大峽谷,不過要大的多。就大小來說,有美國那麼大。火星上有火山。火星上的奧林匹斯山,是一個巨型的盾狀火山。就高度來說您可以對比一下珠穆朗瑪峰,相對於奧林匹斯山,地球上的珠穆朗瑪峰相形見絀。給您那個星球上的構造活動和火山活動的影像。我們的一顆衛星抓拍到了,類似地球上滑坡的發生。所以它是一個動態行星,在我們說話的時候活動還在進行。

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關於火星車,人們想知道,它們現在做什麼呢,所以我要展示一些火星車的近況。這是一個大隕石坑。地質學家喜歡隕石坑,因為隕石坑就像是憑空在地上挖個大坑。您可以看到地表以下。這就是叫做"維多利亞"坑的火星隕石坑,有幾個足球場大小。如果您仔細看左上部,就會看到一個小黑點兒。這張照片拍自一顆在軌衛星。我放大的話,您就可以看到:這就是在地表的火星車。這是從軌道上拍到的,我們可以讓相機放大地表,我們可以看到地表上的火星車。

我們實際上綜合衛星和火星車的照片來指導科學探索,因為這樣我們可以觀測到很大一片區域然後就可以命令火星車移動到某一特定地點。所以我們現在要做的就是讓火星車下到坑裡去。所以我們現在要做的就是讓火星車下到坑裡去。如我所言,地質學家愛隕石坑。原因是,你們中很多人到過大峽谷,在大峽谷的石壁上,您可以看到很多地層。這些地層,就是一百萬年前一千萬年前或一億年前的地表,您可以從上面提取沉積物。

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四年後,它們還執行正常。現在你會說,查爾斯,你在瞎說,事實恰恰相反。以前我們真的認為火星車只能堅持90到100天,因為它們是太陽能驅動的,火星是有塵土的星球,我們認為塵土會在太陽能電池表面積累,過一段時間我們就不會有足夠的電能了,不能保持火星車存活。我總是說聰明很重要,不過偶爾幸運也是好事。這是我們發現的。後來證明偶爾會有塵旋風颳過火星,如你所見,塵旋風颳過火星車後,火星車上的塵土就被吹乾淨了。就像一輛嶄新的小車,這就是火星車存活長久的原因。當然火星車設計的不錯,直到現在還在傳送各類科學資料。現在兩輛火星車都有點變得老舊了。

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其中一輛一個輪子卡住了,是一個前輪,所以我們只能倒車行駛。另一輛火星車機器關節有點「關節炎」,執行不太好,走起來像這樣,我們可以這樣移動機器臂。不過它們還繼續提供大量科學資料。當時在休斯敦的控制室就這樣。非常像。現在,如果那裡有生命的話他在幹什麼?

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我再展示一些火星的美景。就像我剛才說的,火星非常類似地球,看看沙丘。如果我告訴你這些照片是拍自撒哈拉沙漠一類的地方,你也會相信,不過這些照片是拍自火星。其中有一個區域特別吸引我們,火星北部地區,靠近北極,因為我們看到冰蓋,我們看到冰蓋收縮擴張,類似您在加拿大北部看到的。我們想找到,我們看到了各類的冰川地貌。我們想弄明白,冰的成分,其中含有什麼物質。

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這是首個要著陸火星北極附近的任務,也是首次是首個要著陸火星北極附近的任務,也是首次將要在另一個星球上接觸到水。至少在地球上是,哪裡有水哪裡就會有生命,所以那裡是個潛在的地點可能在火星上過去存在生命。在EDL(進入、下降和著陸)過程中,航天器將會在短時間內從12500英里每小時減速為零。我們進入火星大氣。離火星地表70英里。著陸器摺疊收縮在我稱之為空天穿梭機(aero-shuttle)內。看上去像(裝冰淇淋之)錐形蛋卷。

正面是隔熱罩,有點像飛碟,大約半英尺厚隔熱材料覆蓋在正面,就是我們的隔熱罩。這是特別的蓋子,這個蓋子會在進入大氣層的時候防止空氣摩擦的高溫。航天器會與大氣產生空氣摩擦阻力,利用飛越大氣層時的空氣摩擦力減速。從這一點,我們將要從時速12500英里減速到時速900英里。外罩的高溫可以達到太陽表面的溫度。隔熱罩的溫度可以達到2600華氏度。

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內部溫度不會很高。大約會達到室溫。之後的視窗期我們可以開啟降落傘。如果降落傘開啟得太早,降落傘就會損壞。布料和接縫就會扯開。那就糟了。開啟降落傘的頭15秒鐘,會從900英里每小時降到250英里每小時。這時就不再需要隔熱罩保護我們進入大氣層了,所以我們丟棄隔熱罩,著陸器第一次暴露在火星大氣層中。隔熱罩丟棄後,著陸架開啟,下一步是雷達系統探測測量鳳凰號離地高度。我們減掉了進入大氣層時99%的速度。我們完成目標的99%。不過最後的1%,總是最棘手的部分。現在航天器自主決定何時拋掉降落傘。

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實際上當我們知道著落器開始EDL(進入、下降和著陸)過程時EDL(進入、下降和著陸)其實已經結束了。航天器設計的很自動化這樣它才能自主安全著陸。EDL(進入、下降和著陸)就是極大的技術難題。就是一個航天器飛速衝入外太空然後用一套措施設法減速為零降落在火星表面。這是一個令人興奮的巨大的挑戰。希望著陸過程如我們所見的這樣順利。那將是一個非常緊張的時刻,我們將目睹航天器降落在另一個行星上。

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接下來講一講我們的下一步計劃。我們正在設計下一代火星車的流程中。我多說一下,我們做過的步驟。非常類似設計新產品。如剛才所見,當我們設計鳳凰號時,我們得考慮進入大氣層時的溫度問題。所以我們必須研究各種不同的材料,所需形狀。總的來講我們不必取悅顧客。我們做要做的,就是確保設計一部有效的機器。首先我們一開始就要求我們的僱員充滿想象力。我們很喜歡離藝術中心很近,因為實際上,我們有個從藝術中心來的校友,Eric Nyquist,搞了一系列的展示,擺放在我們的任務設計或者是航天器設計室內,好讓人們自由的思考。我們有一堆樂高玩具。

這裡就是成人的娛樂場,他們坐下來玩做出不同形狀,不同設計。然後我們再認真一點,進入到CAD/CAM(計算機輔助設計製造),所有參與的工程師科學家,瞭解熱學效能的,懂得設計的,瞭解大氣層作用的,降落傘的,彙集這一切,然後在計算機裡設計航天器,看看是否符合我們的需求。而且,我們還要考慮我們的目標星球的環境。如果要飛到木星,那裡有非常高的輻射,木星裡的輻射強度和核反應堆裡的一樣高。想象一下,把你的PC扔到核反應堆中還要正常執行。這就是我們面臨的一些小挑戰。要進入大氣層,我們就要測試降落傘。

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那是糟糕的一天,如果發生了這個,我們就需要測試,因為我們要在超音速的情況下開啟降落傘。我們在極高速時開啟降落傘減速。所以我們必須做各類的實驗。給您一個直觀印象,這是降落傘和站著的人對比。下一步,我們就要實際造一些測試模型實際測試它們,就在JPL的實驗室裡,我們稱之為「火星場 」(Mars Yard)。

踢它們,敲它們,丟它們,就是為了確保我們完全瞭解哪裡會出問題。然後修改。然後我們實際造並試飛。這是下一代火星車,有一輛小汽車大小。外面的大罩子,就是起保護作用的隔熱罩。基本上明年就可以建成了,明年六月就將發射。這種情況下,這是一個非常大的火星車,我們不能用氣囊了。我知道,上次演講後很多人都說氣囊的設計非常酷。不過新火星車與原來的火星車比大了十倍,重了三倍。所以我們用不了氣囊了。所以我們用了另一個新穎的設想實現著陸。我們不想它一直推進到地面因為我們不想汙染地表,我們想讓火星車直接用著陸架著地。所以我們想出了這個新穎的方案,

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我想我要去「魔戒」展示一些我們的發現。「魔戒」有兩個東西展示。一個,它是一個非常有吸引力的行星它有美麗的環。不過對於科學家,這個環有著特殊的意義,因為我們相信它們代表,一個小規模的太陽系的形成過程。一些科學家相信,太陽系就是這樣形成的,當太陽誕生的時候,有很多塵埃圍繞著它然後在環中有些東西聚集在一起,然後形成大巖塊,然後形成行星,透過觀察土星環我們可以瞭解我們太陽系是怎樣形成的,就像個測試平臺。

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讓我展示一些土星系統。首先,讓我們飛躍土星環。提一下,所有這些都是真的。這不是動畫,或者其他東西。這實際上是拍自衛星環繞土星軌道的卡西尼號。您可以看到大量土星環的細節,有一些累積在一起形成大的顆粒。這就是為什麼土星環有間斷,因為形成了小衛星了,在那個位置形成。現在,您認為這些環非常大。沒錯,它們在寬多上很大,不過厚度卻和紙一樣薄。非常非常薄。

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這是土星的黃石公園。我們看到冰的間歇泉噴流從星球上噴出。這表明很有可能有海洋,在地表以下。由於動力效應,我們有了這些間歇泉從此噴發出來。我在這裡標註了距離,應該是30英里,幾個月以前我們讓航天器飛越了間歇泉的漂浮物這樣我們就可以實際測量物質組成。航天器飛越頂部,我們發現相當多的有機物,混在噴出的冰當中。之後幾年,我們會繼續環繞土星,我們計劃越來越靠近地表進行更精確的測量。

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現在另一顆衛星引起了廣泛關注,泰坦(土衛六)。土衛六引起關注的原因是,它是一顆比我們月亮大的衛星,它有大氣層。大氣密度和我們的大氣差不多。如果你在土衛六上,會感覺到同樣的氣壓就像在地球。只不過涼了一點,它的大氣層主要由甲烷構成。甲烷讓人興奮,因為它是有機物,人們馬上想到,生命可以在此進化,如果找到有機物。人們相信土衛六最像生命起源星球,因為它太冷了,有機物不能生成生物物質,它就像地球,封凍了30億年然後才開始有生機。所以很有意思,展示幾個例子,在圍繞土星執行時投下一個探測器。我們投下了一個探測器到土衛六大氣層。

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在結尾,我想在以幾幅照片做結尾。就是讓大家思考,這是航天器從土星背後回望太陽拍攝的照片。太陽在土星之後,我們稱之為前向散射「forward scattering」照亮了土星環。我放大一下。我不太清楚您能不能看見,在左上,十點鐘方向,有一個黑點,那是地球。我們能看到我們的星球。當你放大的時候,你可以看到地球,就在中間。非常感謝。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

translate: dahong zhang- Yang Jacky

author:TED

astron

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