NASA新宇航員隊伍群賢畢集

博 衍/編譯

NASA新宇航員隊伍群賢畢集

博 衍/編譯

5月，沃倫·霍伯格在為“叢林鷹鸮號”的第一次飛行做準備

作為加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的一名博士生，杰西卡·沃特金斯（JessicaWatkins）撰寫了關(guān)于火星上大面積滑坡的論文。她利用的是軌道衛(wèi)星和美國宇航局（NASA）火星探測器捕捉的圖像，這是大多數(shù)行星地質(zhì)學(xué)家離火星表面最近的所在。

但如今，作為NASA最新加入的宇航員之一，沃特金斯某一天將擁有參觀那些地貌的機會。這位來自帕薩迪納加州理工學(xué)院的博士后通過遴選成為NASA宇航員隊伍的12人之一。這個新團隊的配備是獨一無二的，將能夠幫助NASA實現(xiàn)他們的目標，通過一系列新型運載工具將人類再次送上太空，并最終登陸火星。

在這12人中，盡管大多數(shù)是擁有所需專業(yè)技術(shù)知識和豐富飛行經(jīng)驗的現(xiàn)役軍人，但其中有4名新宇航員是持有科學(xué)和工程學(xué)博士學(xué)位的普通公民。沃特金斯是這支隊伍中的兩名地質(zhì)學(xué)家之一，她們一直在密切關(guān)注這顆紅色星球。另一位是澤娜·卡德曼（ZenaCardeman），賓夕法尼亞州立大學(xué)的天體生物學(xué)博士生。她花了數(shù)年時間研究如何利用地球作為模擬，來了解火星目前的狀況及其演化方式。

這份平民科學(xué)花名冊還包括沃倫·霍伯格（WarrenHoburg），他是位于坎布里奇的麻省理工學(xué)院的航空學(xué)助理教授。

霍伯格是第一位從一所重要研究型大學(xué)的終身教職中被選中的宇航員?！拔覀兞?xí)慣了我們的世界級科學(xué)家被其他大學(xué)挖走，但NASA沒有這樣做過?！甭槭±砉W(xué)院主管研究的副校長、地理物理學(xué)家瑪利亞·朱伯（MariaZuber）表示。該校有41名校友成為宇航員。第4位新宇航員是羅伯·庫林（RobbKulin），擁有工程學(xué)博士學(xué)位，任職于加州霍桑的太空探索技術(shù)公司（SpaceX）。還有兩名入選的軍事飛行員也持有醫(yī)學(xué)學(xué)位。

霍伯格、沃特金斯和卡德曼分別是助理教授、博士后和研究生。對他們來說，成為一名宇航員可謂實現(xiàn)了畢生的夢想。然而，考慮到可能性極小，他們從未期望過能夠入選（第22批宇航員創(chuàng)紀錄地收到了18300份申請，選中的總?cè)藬?shù)增至350人)。他們接到那個決定命運并召喚他們前往德克薩斯州休斯敦的電話之前，每個人都已經(jīng)打下了堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。8月份，他們開始在那里接受為期兩年的嚴格訓(xùn)練。他們實現(xiàn)太空飛行目標的道路異于尋常，詮釋了下一代美國科學(xué)家和工程師的訓(xùn)練方式。以下是他們的故事。

霍伯格：優(yōu)化成功

要了解霍伯格何以脫穎而出，首先得了解他接下來原本要做什么——如果NASA沒有選擇他，他將操縱一架無人駕駛的太陽能飛機，在世界各地不間斷飛行。

霍伯格表示：“做這類事情令我興奮不已?！彼F(xiàn)年31歲，十幾歲時就成為一名業(yè)余火箭愛好者。2008年，他獲得麻省理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位。2014年，在取得加州大學(xué)伯克利分校電氣工程博士學(xué)位后，他重返麻省理工學(xué)院，成為該校的一名教職人員。

如果成功，霍伯格的實驗室將會成為世界上第一家完成環(huán)球航行的實驗室。在他的生活中，挑戰(zhàn)極限可謂家常便飯，有時候他是滑雪者、攀巖者、飛行員、急救醫(yī)療醫(yī)生，有時候又是搜救小組成員。

不過，同樣重要的是，這架太陽能飛機將使用GPkit定位系統(tǒng)——霍伯格自己開發(fā)的一款軟件工具，它將幾何編程的數(shù)學(xué)原理與工程設(shè)計聯(lián)系起來。GPkit已經(jīng)幫助他和他在麻省理工的同事為“叢林鷹鸮號”（JHO）選擇了最佳設(shè)計。JHO是為美國空軍建造的輕型無人機，可為發(fā)生在世界各地的災(zāi)難提供長期通訊服務(wù)。

JHO的設(shè)計是為了滿足空軍的嚴格限制：在海拔4600米的地方，飛機可以在有效荷載達4.5千克的條件下在同一地點駐留5天。霍伯格介紹說，目前的飛機都不適合完成這項工作。此外，GPkit還幫助研究人員做出了一個違背常理的決定——使用燃氣動力飛機，而非太陽能動力飛機。

“我們發(fā)現(xiàn)，太陽能飛機的體積大得簡直有點荒謬，”霍伯格說道，“而燃氣飛機的尺寸較為合理。此外，GPkit的幫助使我們在信息有限的情況下，在早期做出了非常明智的決定。”

JHO最近進行了試飛，只在低空飛行了幾分鐘。霍伯格希望團隊能在夏季結(jié)束之前向世人展示無人機的持久力。

JHO項目是麻省理工學(xué)院航空航天系大四學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的一部分?；舨癖硎荆荒芎痛髮W(xué)生一起工作可能是他離開麻省理工學(xué)院的最大遺憾。

他說：“作為一名NASA宇航員，我將有很多機會與學(xué)校團體交流并鼓勵學(xué)生從事科學(xué)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)方面的工作。我自己可能也會更有動力。但我會想念教書育人的日子。能夠從工程學(xué)的角度了解事物如何工作是一件非常棒的事情。但我將無法再深入到這些工作中去了。”

霍伯格說，“自從開始建造火箭，成為一名宇航員就一直是我的夢想?！钡直硎?，自己從未奢望這一切會變成現(xiàn)實。他強調(diào)說，當他向麻省理工學(xué)院申請教職時，絕對不是因為這所大學(xué)培養(yǎng)了眾多宇航員。即使在成為最后50名宇航員候選人之一之后，他仍然沒有把這個消息告訴自己的父母。

“我不想讓他們承受壓力，”他說，“這看起來太不現(xiàn)實?！保ㄋ母赣H詹姆斯是賓夕法尼亞州匹茲堡市卡耐基梅隆大學(xué)的電氣工程專業(yè)退休教授。在那里，他的母親撫養(yǎng)他和弟弟一起長大。）

不過，既然已經(jīng)夢想成真，霍伯格要做的就是平穩(wěn)過渡，讓他的研究生能夠在其他導(dǎo)師指導(dǎo)下繼續(xù)開展他們的研究?！拔蚁Ｍ軌蚶^續(xù)做一個沒有報酬的首席研究員，這樣我就可以留在我的學(xué)生們的論文委員會中。

與此同時，他強迫自己接受這樣的事實：他不可能和他們在一起了?！耙坏┪蚁蛐菟苟貓蟮剑揖偷梅攀蛛x開，”他說，“每當我想到要離開麻省理工學(xué)院時就非常難過。但是我無法拒絕NASA，這畢竟是一個千載難逢的機會?！?/p>

沃倫·霍伯格

沃特金斯：腳踏實地

如果沃特金斯能在火星上行走，她想去的一個地方肯定是諾克盧福高原。這位行星地質(zhì)學(xué)家喜歡在巖石和巖架上爬來爬去，這對NASA的“好奇號”火星車來說太危險了。過去5年，“好奇號”一直在探索這顆紅色星球的蓋爾隕石坑。

“我愿意弄臟我的雙手，去檢查這些斷裂面，并試著去了解它們的起源、分布以及它們之間的區(qū)別?！蔽痔亟鹚贡硎?。

行星地質(zhì)學(xué)家杰西卡·沃特金斯談起了她在加州大學(xué)洛杉磯分校時的研究生工作

沃特金斯現(xiàn)年29歲，是新一批宇航員中年齡最小的，從記事起就一直夢想成為一名宇航員。然而，她對地質(zhì)學(xué)的熱愛是在很久以后才開始的。當時她還是位于加州帕洛阿爾托的斯坦福大學(xué)的一名本科生，此前剛剛放棄成為機械工程師的最初計劃。

“我當時認為，工程學(xué)是我成為一名宇航員的必經(jīng)之路?！彼f道。但在大二的橄欖球賽季期間，她選修的工程學(xué)課程成了“一個可怕的組合”，這迫使她重新考慮自己的職業(yè)規(guī)劃。

“所以我不得不在這兩件事之間尋求平衡，”她回憶道，“我要么必須找到一種新辦法，使我能夠充滿激情地去做一些有助于成為宇航員的事情；要么放棄這個目標。我努力尋找另一扇敞開的門。就這樣，我決定攻讀地質(zhì)學(xué)?！?/p>

她在加州大學(xué)洛杉磯分校的研究生階段研究的長徑流滑坡主要見于水手谷——火星上一條長4000千米，深7千米的峽谷。但地球上也存在類似的滑坡，它們通常見于冰川。行星地質(zhì)學(xué)家認為這一現(xiàn)象是有聯(lián)系的，而這種聯(lián)系恰恰對沃特金斯具有吸引力。

“可以這么說，立足地球并將地球地質(zhì)作為行星地質(zhì)的基礎(chǔ)對我來說一直都很重要。”她說道。因此，從加州大學(xué)洛杉磯分校畢業(yè)后，沃特金斯選擇成為地質(zhì)學(xué)家約翰·格洛辛格（JohnGrotzinger）的博士后，之后又擔任NASA噴氣推進實驗室管轄下的火星科學(xué)實驗室（MSL）及其“好奇號”火星車的項目科學(xué)家。

格洛辛格現(xiàn)在是加州理工學(xué)院地質(zhì)與行星科學(xué)部門的主席。他非常熟悉沃特金斯的工作，認為那是該領(lǐng)域的主流趨勢，但沃特金斯對另一份事業(yè)的投入?yún)s令他大吃一驚。

“我們一起談?wù)撨^橄欖球，我曾問過她是否打算參加國家隊的選拔，備戰(zhàn)2016年奧運會，”他回憶道，“她不喜歡夸夸其談。但她當時告訴我，‘我進過國家隊，但我決定退出，因為我想成為一名宇航員?！?/p>

“天啊，她真的有這個意思，”他記得自己當時這樣想，“這些年，還有幾個學(xué)生對我說過這樣的話，”他繼續(xù)說道，“但我通常會想，‘想法不錯，但不現(xiàn)實?！欢@么說時卻給人一種不一樣的感覺?！?/p>

格洛辛格說，沃特金斯的職業(yè)道德使她有能力同時為火星科學(xué)實驗室的操作和科學(xué)團隊做出貢獻?！斑@真的非同尋常，”他解釋道，“操作是勞動密集型工作，具有挑戰(zhàn)性，而且大多數(shù)人也沒有精力再去參與科學(xué)工作。”

然而，對于沃特金斯來說，這兩者卻可以輕而易舉地兼顧?！拔液苄疫\能夠同時做兩份工作。我無須做出任何犧牲，就能成為第一批看到來自火星的圖像的人之一。但我也真的熱愛操作方面的工作，和同事一起決定每天想要獲取哪些數(shù)據(jù)?！?/p>

她正在修改一份描述蓋爾隕石坑內(nèi)夏普山沉積層不整合的手稿，它記錄了火星上交替進行的干濕循環(huán)。她希望在8月去休斯敦之前完成這一工作。

當被問及是否想過回歸學(xué)術(shù)界的時候，沃特金斯說她習(xí)慣于一步一個腳印。不過，格洛辛格對她是否會重回校園感到懷疑?！皩W(xué)術(shù)研究充滿競爭，”他表示，“一旦離開，就很難追趕上來?！绷硗庖粋€原因是，“杰西卡渴望成為一名宇航員，”他說，“這是她的天性?！?/p>

卡德曼：抓住機遇

在卡德曼決定要進入太空之前，她的目標是地球上最遙遠的目的地：南極洲。

“我看了一篇講述一個學(xué)生去南極洲開展研究的文章之后，就對那兒心馳神往。”卡德曼說道。她今年29歲，剛剛考取北卡羅來納大學(xué)教堂山分校，將在那兒主修生物學(xué)。“我想親眼看看那兒的極端環(huán)境并對其進行研究。因此，我查閱了80名在南極洲工作的科學(xué)家的資料，并冒昧地給他們寫信說：‘您好，我叫澤娜，是一名本科生。我沒有任何研究經(jīng)驗，但懇請您將我?guī)稀！?/p>

毫不奇怪，大多數(shù)人都對她主動提出的請求置之不理。也有一些人禮貌地將她拒之門外，理由是缺乏資金或人員已滿。但來自加州莫菲特場NASA艾姆斯研究中心的達琳·林姆（DarleneLim）為她提供了一次機會，讓她去做一些幾乎一樣美妙的事情：參與一個在加拿大某個湖畔的研究項目，檢查早期化石記錄。此外，林姆還為卡德曼提供了一個模擬在火星上從事科學(xué)研究的機會。

卡德曼隨即表示同意，而在過去的10年中，她每年夏天都在不列顛哥倫比亞省的亭湖湖畔度過幾個星期?！白屗齾⑴c其中是一件令人高興的事情，”在做博士后時推出該項目的林姆說道，“我們是一個小團隊，每個人都必須是萬金油?！保ǖ侣貞浾f：“我想我的正式工作是將潛水用氧氣瓶拖到湖邊。 ”）

“澤娜在她所做的每一項工作中都表現(xiàn)出色。”林姆說道。她是加拿大人，曾進入該國新一批宇航員選拔賽的最后一輪（只有12人進入最后一輪），“她可以充當團隊的領(lǐng)導(dǎo)人，也可以是團隊的普通一員。她能夠讓每個人都各盡其能?！?/p>

林姆目前還在開展一項類似的研究項目——與熔巖地貌相關(guān)的生物模擬科學(xué)。該項目具有雙重目的，主要研究愛達荷和夏威夷的玄武巖地貌中的熱液變化?？ǖ侣矃⑴c了該項目，這有助于為模擬科學(xué)這一新興領(lǐng)域制定規(guī)則。在該領(lǐng)域，地形研究也模擬其他行星的工作條件。

那些項目與卡德曼接下來希望做的事情一脈相承?！八M一個可能并非該科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜业挠詈絾T收集樣本，然后將這些正確信息傳回給一個包含專家的遠程團隊?！彼忉尩?。要使這根鏈條正常運轉(zhuǎn)，所需的后勤工作令人生畏，例如應(yīng)對傳輸延遲30分鐘、確保宇航員和專家在選擇最合適的地點取樣時意見一致等等。

充分利用所要部署的技術(shù)是另一個目標?！拔覀冞€要研究把相機放在哪里，”卡德曼補充道，“這就需要在捕捉一個樣本的特寫與再現(xiàn)一個更大的背景之間做出抉擇，決定是否需要看見宇航員的手以了解他們在收集樣本時操作是否得當也很重要?！?/p>

澤娜·卡德曼在加拿大亭湖研究項目任務(wù)控制中心

卡德曼之所以能夠參與這些項目和其他項目，得益于兩項聯(lián)邦計劃的資助。然而，這兩項計劃現(xiàn)在受到了特朗普政府的抨擊。她最初拜訪亭湖以及她在攻讀碩士學(xué)位時所做的一些工作都得到了北卡羅來納州太空項目的資助。該項目也獲得了NASA教育處的固定撥款，以應(yīng)對特朗普政府削減2018年科研經(jīng)費的提議。在攻讀博士學(xué)位時，卡德曼獲得了美國國家科學(xué)基金會的研究生研究獎學(xué)金的資助。該基金會建議將這個著名項目的預(yù)算縮減一半，以應(yīng)對2018年削減11%科研經(jīng)費的可能。

事實上，卡德曼已經(jīng)積累了許多豐富的實地考察經(jīng)驗。她現(xiàn)在的博士導(dǎo)師，賓夕法尼亞州立大學(xué)微生物學(xué)家珍妮弗·瑪卡拉蒂（JenniferMacalady）表示：“我在規(guī)劃她的研究生項目時做了一個行政決定，無須為她安排大量的實地考察工作?！保ǖ侣罱K作為本科生去了3次南極洲，在位于南極洲西部半島的美國帕爾默站進行一項長期的生態(tài)研究項目。）

當NASA給她打電話時，卡德曼關(guān)于洞穴生物膜的博士論文才完成了一半。她說她不確定自己能否完成論文。“在前兩年，我們必須嚴格按照計劃開展工作，”她說，“但之后會有更大的靈活性?！?/p>

“也許到那個時候，我會決定我真的希望獲得博士學(xué)位，”她若有所思地說道，“或者，我可能會覺得它不會讓我成為一名更好的宇航員，而且會因為它我無法分配到一個地面項目，甚至是一個飛行任務(wù)?！?/p>

無論她做出何種決定，林姆都將予以支持?！拔宜茏龅木褪潜M我所能。這樣，當澤娜去火星時，她將能夠為這次旅行做好充分的準備?！?/p>

[資料來源：Science][責任編輯：彥 隱]