空間探測的先鋒

楊滌非

在美國西海岸加利福尼亞州洛杉磯地區東北部有一個名為帕薩迪納的小城，世界聞名的加州理工學院就座落于此。在離加州理工學院不遠的地方，有一片被群山環抱的建筑，那就是大名鼎鼎的美國航空航天局噴射推進實驗室。

實驗室作為現代科學研究機構中必不可少的重要組成部分，肩負著極其重大的使命，而作為業界翹楚的美國噴射推進實驗室，無疑是學界的一大“圣地”。如果僅從其名稱來看，噴射推進實驗室似乎只是一個普通的實驗室而已，但實際上它是一個占地面積達72公頃、擁有各種先進設備、功能完備的科研實體。

噴射推進實驗室是美國航空航天局的一個下屬機構，所需科研經費主要由聯邦財政撥款（最近幾年該實驗室的年度預算均將近15億美元），行政上則由加州理工學院負責管理。目前，噴射推進實驗室的主要任務是開發和管理各種無人太空探測項目以及環地軌道、天文探測和深空探測任務。

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實驗室的歸屬之爭

關于噴射推進實驗室的歸屬問題，還有一個有趣的故事。實驗室的設施有很大一部分位于另一個小城——拉肯納達·弗林屈奇市的土地上，這座小城由南北兩部分組成，北部叫拉肯納達，在西班牙語中的意思是峽谷，南部叫弗林屈奇，這是興建它的美國議員的名字。因為實驗室的通信地址一般都寫在帕薩迪納市的名下，所以這引起了拉肯納達·弗林屈奇市市民的極大不滿。兩座小城也常常因為爭搶噴射推進實驗室的地址落款而爭執不休，頗有些類似中國一些相鄰的城市之間爭搶旅游景點或文化古跡所在地。

大師奠基——實驗室的由來

噴射推進實驗室始建于1936年，其前身為加州理工學院的古根海姆宇航實驗室。古根海姆宇航實驗室于1926年在丹尼爾·古根海姆基金的資助下建立。該基金是由美國商人、慈善家丹尼爾·古根海姆和他的兒子——身兼商人、外交官、出版商和飛行家多重身份的哈利·古根海姆于1926年6月16日共同捐資設立的，旨在推動當時航空飛行的科學研究。

1930年，哈利·古根海姆與時任加州理工學院校長的羅伯特·米利肯 （曾獲1923年諾貝爾物理學獎）共同說服了著名的匈牙利籍猶太數學家、航空航天工程學家和物理學家西奧多·馮·卡門移民美國并領導古根海姆宇航實驗室。我國著名科學家錢學森作為馮·卡門的得意門生，也成為了噴射推進實驗室初創時期6人小組中的一員。在馮·卡門的領導下，實驗室于1936年開始了對火箭的研究。噴射推進實驗室是世界上第一個、同時也是1936～1940年間唯一一個以高校為基地的火箭研究中心，是世界空間科學與技術的發祥地。

慧眼識才——實驗室的科學精神

馮·卡門對錢學森頗為欣賞，曾經說道：“我發現他非常富有想象力，他具有天賦的數學才智，這種才智是我不常遇到的。”馮·卡門是當時世界上空氣動力學方面的頂尖學者，他對學生的要求與眾不同，他極其看重學生的創新精神。馮·卡門認為，任何一個工程技術問題根本就沒有什么百分之百的準確答案，如果有，那也只是解決問題和開拓問題的方法。在這樣的學術環境下，錢學森的思維變得十分活躍和開放，他不僅聽馮·卡門講授的空氣動力學，還經常去物理系、化學系和生物學系聽課。很快，錢學森就變成了學院的著名人物。

有一次，著名科學家、時任物理系教授的保羅·愛潑斯坦對馮·卡門說：“你的學生錢學森有時在我的班上聽課，他才華橫溢。”

“是的，他極為優秀。”馮·卡門回答。

“那么，請你告訴我，你是否覺得他有猶太血統？”同是猶太人的愛潑斯坦詼諧地追問道。

馮·卡門沒有回答，而是聳了聳肩，開心地笑了起來。這兩位大師之間的幽默對白同時表達了他們對錢學森發自內心的贊許。

此外，馮·卡門還倡導自由民主的學風，鼓勵學生們在學術上勇于自由地發表意見。在一次學術研討會上，錢學森剛念完自己的一篇論文，就有一位老教授站起來提了不同意見，結果被錢學森毫不客氣地頂了回去。當時，彼此都沒有在意，討論繼續進行。

會后，馮·卡門笑著問錢學森：“你知道那位老人是誰嗎？”錢學森說不知道。馮·卡門笑得更歡了：“他就是大名鼎鼎的馮·米塞斯呀！”這下輪到錢學森大吃一驚了：“我的天，他就是力學權威馮·米塞斯啊！”但是，馮·卡門并沒有因為錢學森頂撞了權威而責備他，反而稱贊道：“不過，你回答他的那句話好極了。”

同樣的事情也曾經發生在這對師生之間。有一次兩人為了一個問題爭論得不可開交，馮·卡門甚至大發脾氣，把東西摔在了地上。錢學森從未見到馮·卡門如此生氣，就不聲不響地離開了。不料第二天下午，馮·卡門突然來找錢學森，面帶歉意地對他說：“昨天下午，你是正確的，我是錯誤的。”這讓錢學森感動不已，也讓他深刻地認識了一位大師的風范，這一切對他以后的學術生涯影響很大。

1939年夏，錢學森獲得加州理工學院航空、數學博士學位。

出手不凡——實驗室在戰爭中的角色

第二次世界大戰期間，噴射推進實驗室承擔了更多與軍事有關的任務。美國軍方就曾委托噴射推進實驗室對有關納粹德國研制的V2火箭及其他一些軍事工程項目的情報進行科學評估。1939年，噴射推進實驗室在美國陸軍的資助下進行了一些關于火箭的項目研究。1941年，實驗室首次向美國軍方展示了可用于縮短飛機起飛滑跑距離的助推起飛火箭。1943年，以馮·卡門為首成立了一個公司專門制造助推起飛火箭，到了11月，這個機構啟用了噴射推進實驗室這個名稱，正式成為了加州理工學院管轄下的軍方研究機構。

二戰結束后，噴射推進實驗室先后研發了兩種進入實戰部署的武器系統：MGM-5“下士”和MGM-29 “中士”近程彈道導彈。“下士”近程彈道導彈是美國第一種可以攜帶核彈頭的彈道導彈，也可以配用常規彈頭，它還是美國第一種被出售給外國（英國）的彈道導彈。1955年第一個“下士”導彈營被部署在歐洲，到1964年為止，美國一共正式部署了6個“下士”導彈營。“下士”導彈的最大射程約為139千米，由于導彈采用了液體火箭發動機，使用的燃料具有很強的腐蝕性，導致裝填作業異常危險和繁瑣。同時，復雜的液體火箭發動機降低了可靠性，落后的制導方式使得命中精度也很差，所有這一切最終導致“下士”導彈被使用固體火箭發動機的“中士”導彈所取代。“中士”近程彈道導彈是美國陸軍研發的第一種采用固體燃料的地對地導彈，而噴射推進實驗室正是主要合同商。1962年“中士”導彈入役，并于次年開始正式部署海外。“中士”的制導方式是慣性導航而非“下士”的指令制導，這樣可以提供更強的抗干擾能力，所需的地面支持設施也更少。“中士”導彈發射前的準備工作所需時間更短，操作也更為安全。

在冷戰高峰期間，噴射推進實驗室還研發了一系列原型武器系統（指未能進入部隊正式服役的武器系統），如洛基防空導彈系統和阿洛比探空火箭的前身等。

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實驗室的第一位女性科學家

早在20世紀四五十年代，噴射推進實驗室就開始錄用女性員工，主要工作是操作用來計算彈道的機械式計算機，當時這個計算組的操作人員都是女性。然而，直到1961年，丹娜·尤勒瑞才作為實驗室雇傭的第一位女性科學家正式開始與男性同事們一起工作。丹娜是一名出色的計算機科學家，1959年畢業于愛荷華州的格林尼爾學院，獲得英語文學和數學的雙學位，后又于1975年在特拉華大學獲得計算機科學專業的博士學位。丹娜在噴射推進實驗室的主要工作是為各種項目進行建模和算法設計，這些項目包括美國航空航天局的深空探測網以及測距者計劃與水手計劃所使用的實時自動跟蹤系統。

空間探索——實驗室的現在與未來

1958年12月，噴射推進實驗室轉歸美國航空航天局管理，成為該局行星探測飛行器項目的主要負責機構。噴射推進實驗室的無人星際探索任務就此開始，實驗室在白沙導彈靶場、愛德華茲空軍基地等地開展了大量的火箭實驗任務。

噴射推進實驗室曾在1939年研發過登月飛行器，這一飛行器設計甚至影響了20世紀60年代的“阿波羅登月計劃”。作為在深空探測領域內處于世界領先地位的科研機構，噴射推進實驗室先后為“阿波羅登月計劃”進行了很多先期的勘測工作，并向火星、金星和水星發射了無人探測器。自20世紀60年代以來，噴射推進實驗室已經主持和參與了上百次空間探測飛行項目，包括著名的探索者計劃、先鋒計劃、海盜計劃、伽利略木星探測計劃和火星漫步計劃等，并向太陽系的多個行星發射了無人探測飛行器。

實驗室的科學家們主要使用自主研發的各種無人飛行器上所搭載的先進探測設備，對地球及其周邊行星系統和深太空進行探測和實驗研究。噴射推進實驗室的科研范圍很廣，覆蓋了行星科學、天體物理學、地球科學等諸多學科領域，執行的也多是可以引導新觀測需求和新概念任務的前沿性、基礎性研究。例如，實驗室的技術研發就涵蓋了機器人系統、遠程傳感儀器、深空通信與導航、精確飛行、對地觀測與環境監護等諸多領域。此外，噴射推進實驗室還成功地將多項空間技術成功地應用于國土安全、公眾安全和醫藥健康等領域，堪稱基礎研究向應用技術領域轉移的典范。

實驗室目前最引人注目的三大科研項目為：1.“火星科學實驗室任務”，該項目主要通過發射無人太空探測器（即于2012年8月成功登陸火星的“好奇”號火星車）對火星進行科學探測，“好奇”號火星車攜帶了大量由各國科學家合作研制的探測設備，旨在研究火星的氣候、地質、礦藏情況以及是否有存在生命可能性，以便為將來的人類登陸火星計劃做準備;2.“卡西尼——惠更斯”計劃，即土星探測計劃，該項目也是通過發射無人太空探測器來研究土星及其衛星的相關情況;3.“X射線核光譜望遠鏡陣列”，用于探測黑洞，以及通過對尚存的大質量恒星的成像來了解在它們爆炸時元素是如何形成的。在未來的10年間，噴射推進實驗室還將計劃實施多達十幾次的太空探測器發射任務。

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實驗室的 “練攤日”

噴射推進實驗室在每年的5月或6月，設有一年一度的公眾開放日。屆時公眾將有機會參觀一些平時不對外公開的工作區域，包括裝配和測試太空飛行器的車間等，還可以拍照留念。借此機會，還有許多實驗室的科學家會出來“練攤”，拿出自己的研究成果向公眾展示，并現場答疑解惑。公眾開放日不但是科學家向公眾進行科普、與外界形成良性互動的好機會，而且還可以為實驗室爭取到更多的科研經費大造聲勢。

經過近80年的發展，今天的噴射推進實驗室已經是美國航空航天局下屬的最重要的實驗室，擁有雇員近1萬人，其中全職的雇員約有5000人，另有數千名合同制工作人員，其中僅華裔科學家就有300多人，可謂世界上最大的實驗室了。

作為世界一流的實驗室，噴射推進實驗室不但擁有輝煌的歷史，更執著地行進在科學探索的前沿。在可以預見的將來，擁有大批優秀科學家和先進設備的噴射推進實驗室仍將繼續保持其在空間探測領域內的領先地位，為人類揭開更多太空深處的秘密。

【責任編輯】張小萌