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“突破摄星”计划目前由前美国航空航天局埃姆斯研究中心的高管皮特·沃登(Pete Worden)牵头进行,著名宇宙学家史蒂芬·霍金(现在是中国网红,还在微博上发布了该项目)和Facebook创始人马克·扎克伯格均为董事会成员,华丽的顾问团则包括加州大学伯克利分校的天体物理学家索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter),哈佛大学的天文学家阿维·勒布(Avi Loeb),普林斯顿高等研究院的数学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson),当然还少不了菲利普·鲁宾。哈佛科学家扎卡里·曼彻斯特(Zachary Manchester)曾在2011年众筹过一个类似的项目,但因为没有米尔纳雄厚的财力支持,他的实验没有成功。让我们期待接下来的20年吧。
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我也曾开玩笑说,也许有一天我们能够发明一个你的数字克隆体。然后我们可以仅将一台电脑和一台3D打印机通过飞船送到恒星上。当飞船到达后,电脑会按照设定的程序自动运行,3D打印机将直接打印出来你的克隆体,你的克隆体听到的第一个声音会是“您已到达目的地”,就好像现在我们开车时Waze会告诉我们的一样。
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太空探索领域值得一提的还有毕格罗宇航公司(Bigelow Aerospace),它由亿万富翁罗伯特·毕格罗(Robert Bigelow)创立于拉斯维加斯,主要瞄准“太空游客”的市场,服务于那些想在一个绕地球飞行的太空旅馆里过周末的有钱人。虽然该公司一直努力生存,但太空旅行还是太昂贵了,现在这家公司却逐渐有了新的生机,这要感谢NASA的一项发明(NASA之后并未再继续投资该发明):2000年发明的可充气式太空舱,该太空舱能像气球一样膨胀:它对发射来说非常轻便,也非常小巧紧凑,但到达目的地充气后能膨胀10倍,毕格罗宇航公司将该发明命名为BEAM(毕格罗扩展活动模块)。
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2016年,SpaceX将BEAM送入了国际空间站,在那里BEAM的“气球”扩展成了一个额外的房间。当然,国际空间站的宇航员需要花上7个小时才能将BEAM充好气,但未来可能就只需要几分钟。毕格罗宇航公司计划到2020年,将一个用于太空旅行的商业化空间站放到轨道上去,但我们首先需要的是SpaceX的Dragon V2(载人太空船,据称可带7个人到太空),它计划在2017年运行。
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“张拉整体”结构在这些空间探险中将扮演着重要的角色,这个结构的创意最先来自1948年的艺术家肯尼思·斯内尔森(Kenneth Snelson),但这个词是由美国著名建筑师富勒(Buckminster Fuller)发明的,他用这个词来形容一种完美平衡又非常适应各种变化的建筑结构。最简单的张拉整体的例子就是你自己。我们人类是进化的作品,被设计为在环境中生存并适应变化的最佳结构。一个张拉整体结构看起来似乎违反物理法则,因为它只受自身内部力量的驱动,根本不需要外部的能量来适应变化。比如,一个张拉整体结构可以在从重力状态到零重力状态的转换中自动改变形状。科学家们喜欢的表述是,它在自身周围产生自己的引力,与此同时,又对世界其他地方产生一股反引力,因此,它可以完美地将自己跟外力隔离开来。
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张拉整体可以用来在太空中设计便宜便捷的建筑结构,还可以用来设计在这些地方工作的机器人。BEST(伯克利紧急空间张拉整体结构的缩写)实验室是加州大学伯克利分校的艾丽丝·阿戈吉诺(Alice Agogino)和美国航空航天局的埃姆斯研究中心的维塔斯(Vytas Sunspiral)之间的合作项目,就是为了研发星际探索所需的张拉整体结构的机器人。
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众多私人公司进入该领域,这是一件耐人寻味的事。
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我们必须承认,全世界还生活在一个“不平等”的时代:总有一些人特别有钱,而很多人连支付其每月的账单都很困难。现在很多重要的基础研究项目基本上都是来自那一小撮特别有钱的人的赞助,比如比尔·盖茨、杰夫·贝索斯和埃隆·马斯克。政府很难在明知道很难成功或永远不会成功的前提下花大钱做研究,但这对那些满是情怀和好奇心的亿万富翁来说根本不是问题,他们乐于把钱花在尝试上。
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美国航空航天局NASA成立于1958年,是现在最资深也最有名的空间研究机构。它是怎么建起来的呢?答案是,在1957年10月苏联成功发射了第一颗人造卫星“伴侣号”(Sputnik)后成立的。这件事对整个西方世界的刺激太大了:苏联的航空技术怎么可能,怎么可以比西方更先进?苏联一直保持世界领先地位到1961年,当年尤里·加加林(Yuri Gagarin)成为第一个宇航员。与此同时,美国找到了一个简单的动机启动了“太空竞赛”:击败苏联。
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美国的总统约翰·肯尼迪制定了一个把人类送上月球的计划,并确保NASA有充足的资金支持,该计划在1969年成功完成,宣告着美国战胜了苏联。“太空竞赛”之所以对西方人这么重要,是因为西方人一向坚定地认为自己的民主制度优于苏联,要证明这一点就不能允许在任何一方面比苏联差,这是非常重要的心理防线。不过,现实中美国和苏联的科学家们总是更像朋友而不是敌人。事实上,每一年美国的科学家都会庆祝4月12日(即第一个苏维埃宇航员加加林离开地球的日子),但美国并不总是庆祝7月20日(这一天是美国登陆月球的日子)。
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窃以为,美国航空航天局和苏联的科研对手们是喜欢对方的:因为只要也只有对方的存在,另外一方才有理由从自己国家和政府那里得到最多的关注和支持。“我们不能让苏联在太空中击败我们”就是美国航空航天局用来拿钱的一个绝佳的理由。
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毕竟,太空探索在那个时代还没有军事价值,即使在今天,除了通信卫星外,它带来的价值也还非常有限。换句话说,我们要为美国在20世纪60年代、70年代和80年代的一切进步深深感谢“冷战”和苏联。1991年苏联解体后,美国从上至下就突然对“太空竞赛”丧失了兴趣,尽管NASA也尝试过给自己的科研项目找各种动听的理由,比如太空探索在科技、商业乃至人类生存等各方面的巨大价值,但美国人已不再关心,NASA也不像它以前那么有钱了。
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当然,NASA在执行科学研究任务上还是有用的,有时候其他国家的研究机构也会付钱请它帮忙做研究,但我们如今面临的一个事实是:我们并不需要再把人类送往太空。无人机任务比载人飞行任务便宜得多,而且也不必冒着宇航员丧命的危险。虽然没有多少人会公开承认这一点,但大多数政治家们都心照不宣:让机器人执行太空科研任务就好了。很多科学家也都有这样的感觉,甚至还有一个传奇的天文学家詹姆斯·范·艾伦(James Van Allen),专门在2004年写了一篇文章认为载人航天是不合理的。
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不可或缺的太空使者:卫星
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卫星到底在太空探索中发挥着什么样的作用?在城市中几乎任何地方都能连接互联网的今天,卫星的故事似乎已经被人们淡忘了。我们已经习惯光纤网络以光速传递信息,习惯了虽然慢但很便宜的无线Wi-Fi,习惯了无处不在的广播电视等。然而,在这一切的背后,通信卫星的发明却是真正塑造现代世界的技术。阿瑟·克拉克1945年就发表文章预言了通信卫星时代的来临,世界首个通信卫星是1958年NASA发射的“斯科尔”(Score),首个卫星直播的信息是美国总统德怀特·艾森豪威尔(Dwight Eisenhower)发出的关于圣诞节的消息。
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真正的革命性力量来自1962年的第一个商业通信卫星:由AT&T的贝尔实验室跟法国和英国合作开发的Telstar。几天后,美国、法国和英国享受到了第一次现场直播,内容是自由女神像和埃菲尔铁塔的现场照片。之后,“卫星现场直播”这个短语才横空出世。几个星期后,世界首次体验到了即时通信的强大效果:美国总统约翰·肯尼迪否认了美元即将贬值的消息,欧洲市场对此立即做出了反应(Telstar是1962年的大新闻,如今的年轻人总觉得Telstar看起来像一个足球,真相是:现在的足球是模仿Telstar重新设计的!)。
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如今已经如此习惯直播生活的我们大概很难想象,1962年以前,没有直播的世界到底什么模样。也大概很难想象在电视上远程看直播是如何深刻改变我们对世界的看法的。
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不过,Telstar由于诞生在“冷战”时期,自然被设计为只为美国和西欧国家服务,由于它每两个半小时环绕地球一周,每天能够停留在发挥功能的特定位置的时间只有大约20分钟,这意味着美国和西欧每天只有20分钟直播机会。1963年夏天,美国推出了首个“地球同步”通信卫星Syncom 2,由传奇工程师哈罗德·罗森(Harold Rosen)在洛杉矶设计:“地球同步”是指运行在地球同步轨道上的人造卫星,每天在相同时间飞经相同地方上空。也就是说,它可以每天播出24小时。现在我们习以为常的横跨大西洋多个国家的电视节目频道以及全球长途电话都因此成为可能。
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电视新闻随即诞生。讽刺的是,第一个电视新闻直播节目是刺杀肯尼迪总统以及随后的葬礼。1964年8月,东京奥运会被直播到美国。一个国际组织(最初称为IGO,如今称为Itelsat)被创建出来服务于西方世界和日本,它的第一个卫星,绰号“早期的鸟”,在1965年发射成功。
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还有一个重要的里程碑是1972年,当时美国开始部署GPS。这原本是一个军事项目,但现在世界上所有的智能手机都在使用,你还能想象手机上没有导航应用的人生吗?
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直播通信的需求每年都在增加,但成本居高不下。建造一颗GPSⅢ卫星的成本需要5亿美元,目前发射一颗卫星的成本在3亿美元,所以要升级GPSⅢ的总成本约为10亿美元。我们理所当然地认为,飞机上也能连接互联网在接下来几年是自然发生的,但是,必须要有人能发明一种方法让卫星更便宜,还能增加卫星可以处理的通信量。
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怎么降低成本?那就是制造微型化的卫星,制造越来越小,也自然越来越便宜的卫星。然而,问题是,不管卫星造得有多小,要把它发送到轨道上去,我们还是需要使用昔日昂贵的火箭技术。即便这种“老技术”,现在也只有为数不多的几家公司能提供,他们的做法是将好几颗卫星一起用一颗大火箭发送到轨道上,这样,想发射卫星的客户们可以各自分担发射成本。就好像卫星们乘坐同一辆“公共汽车”到太空去,但这个“公共汽车”只能在你大概想要去的地方把你放下来,不能保证把你放到准确的位置上去。如此一来,发射卫星的成本就跟卫星的重量成正比。一颗卫星越重,“公共汽车”要收的钱就越高。加州州立理工大学的乔迪(Jordi Puig-Suari)以及斯坦福大学的罗伯特·特威格斯(Robert Twiggs)接纳了这个事实,1999年,他们开发出了“立方体卫星”(CubeSat)技术规格,用于制造新一代的非常小的卫星。
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方体卫星是用简单的电子元件做成的小型卫星,最初的想法是将这些“纳米卫星”建的只有一立方米那么大。2013年,弗吉尼亚州的轨道科学公司(Orbital Sciences)发射了29颗卫星,俄罗斯的Kosmotras公司发射了32颗卫星。2014年,Orbital Sciences又额外发送了33颗卫星到国际空间站。这些都是方体卫星,由一批NASA前科学家们在旧金山成立的行星实验室(Planet Labs)制造出来的。
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另一个来自旧金山的创业公司Nanosatisfi(现更名为Spire)由几个法国国际空间大学毕业生创立,这些毕业生也都在NASA实习过,他们在开源平台上研发价格便宜的卫星(绰号“ArduSats”)。
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由彼得·贝克(Peter Beck)成立于洛杉矶的火箭实验室(Rocket Lab),已经设计出了电子火箭来将小卫星送入绕地球轨道,这家公司还正在新西兰建立自己的发射台。
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