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航天的细节

吴晨2018-07-18 15:51

 

载人航天是开启人类征服太空梦想的第一步。航天是一种宏大叙事,但它所取得的成就又是一点一滴积累的结晶。航天的风险,更是容不得一点差错。1986年美国挑战者号航天飞机因为助推器密封圈失效而在升空过程中爆炸,2003年哥伦比亚号又因为发射时一块手提箱大小的保温塑料砸坏了机翼的一块防热陶瓷,在返回大气层时解体,都是微小的细节带来的巨大损失。按照美国宇航局(NASA)的计算,发射时宇航员跟坐在火药桶上一样危险,牺牲率和1945年诺班底登陆的盟军士兵一样。

但是,如此高的风险这并不妨碍全世界各国的宇航员竞相征服太空。1965年第一位太空行走的宇航员苏联人阿列克谢·列昂诺夫,在走出飞船的那一刻向莫斯科汇报:“地球的确是圆的。”透过舷窗看到俯瞰地球已经是无以伦比的感受,而沉浸在无垠的太空中直面蓝色星球的第一人,却说出如此直白的语言。或许只有简单的语言,才能描绘无比的震撼。

美国宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在他的新书《持久》(Endurance)中感叹,当他在2016年结束在国际太空站一年的航天飞行之后,他深刻意识到,看上去个人的成就,背后其实是成百上千人的努力,他为自己能够成为这些人集体努力的结晶而自豪。他的这本书,恰恰希望用航天的细节,去解构“宏大叙事”和“英雄史观”。他还原了一个有血有肉的宇航员的视角,也为全球航天,尤其是国际空间站上各国的合作,填充了鲜活的细节。航天的细节,不仅充满镜头感,也让如何去实现人类的梦想——比如说登陆火星的梦想——变得更切实,更值得去思索咀嚼。

来自加加宁的仪式和美国人的“尿不湿”

当航天飞机退役之后,俄罗斯的联盟号飞船成了欧美日宇航员前往国际航天站的唯一交通工具,美国宇航员也因此必须和俄罗斯宇航员一同训练,一同出发,英语和俄语成为国际空间站的通用语言。凯利两度乘坐联盟号飞船上天,对俄罗斯航天的文化耳濡目染,有惊叹之处,也有错愕之时。入乡随俗,最让他印象深的还是俄罗斯航天的“仪式感”。

在哈萨克斯坦的发射场发射升空之前,会有东正教的神父来做祝福,向每一位宇航员脸上撒圣水,据说是苏联第一个太空人加加宁时代就已经有了。很难想象1960年代的苏联,在全人类科技突破的当口,仍然像过去迈向未知的探险一样,期望有神的祝福。不过凯利的观感却很中性:多一点祈福总不是什么坏事,毕竟坐在百万吨液体燃料之上的旅程,风险不低。

让凯利更吃惊的事却发生在去往发射台的路上,这时候宇航员们都已经穿戴完毕,套进了厚厚的宇航服。当载着宇航员的大巴行至中途,却突然停了下来。宇航员依次下车,来到大巴车的右后轮处,解开早就被密封而且检查过了的宇航服,对着轮胎撒泡尿。因为俄罗斯的宇航服必须整个身体从胸部套进去,女性宇航员没办法像男性那样小解,但是她们也会带上一瓶尿液,或者至少是一瓶水,洒在轮胎上。

为什么会有这么诡异的仪式?始作俑者也是加加宁。据说,当年加加宁在第一次太空飞行发射之前,就是因为尿急突然叫停了大巴车,下来朝着右后轮撒了一泡尿。既然加加宁这么做,然后成功成为抵达太空的第一人,并且安全返回,俄罗斯的宇航员都尊重这一传统,美国人也不得不跟着入乡随俗。

美国的宇航员却没有那么幸运。美国的第一位进入绕地球轨道飞行的宇航员约翰·格伦(John Glenn),因为发射的准备时间很久,尿憋不住了。他问宇航中心,是否可以暂时从“友谊七号”飞船上下来,上趟厕所。宇航中心回答,就尿在宇航服里吧。所以,第一个绕地球飞行成功的美国宇航员,其实穿着尿湿的裤子执行整个航天任务的。

如果说俄国人有他们的传统和仪式感,美国人也有他们的小确幸。出发之前,宇航员们要一起打一场德扑,一定要指令长输光了筹码才能出征,因为指令长把自己的坏运气全都留在了地球上。据说,这也是某个早期宇航团队开的先河,等到他们安全返航,先例就成了传统。

美国人的另一项小确幸就是喜欢针对菜鸟做恶作剧。在凯利作为指挥官执行第一次航天飞机任务时就想了一个恶作剧。在登机前,他突然对三位菜鸟说:你们带了登机牌没有?说着就从自己口袋里拿出了打印出来的登机牌。其他三名老鸟也不约而同地掏出了登机牌,配合凯利的演出。三名菜鸟一下子面面相觑,慌了神。凯利接着煞有介事地说:哎呀,没有登机牌,你们这几个人怎么办?直到四个老鸟中一个憋不住笑了出来,菜鸟们才知道自己被耍了。

美国人其实也有他们的传统,在准备进入航天飞机或者太空船之前,美国宇航员都会到发射塔的上“地球上最后的厕所”,方便一下”。格伦之后,美国的宇航员上天之前每个人都会穿上尿不湿,或者至少导尿设备。尿不湿也成了航天的标配,在太空行走的时候,宇航员也会带上尿不湿。

俄国人对尿不湿就没有那么感冒了。经历长时间国际太空站的生活之后,再乘坐联盟号飞船返回地球之前需要做很多准备,让身体快速适应地球重力就很重要,因为宇航员的心血管在失重的环境中呆了很久,返航的时候可能会出现血压降低的问题,最好的办法是出发前大量补充盐水。俄国人却不喜欢大量补水,他们宁可选择出发前补充大量盐分。原因很简单,他们不喜欢在三个多小时的回家旅行时穿着尿不湿,当然他们也不喜欢憋着一泡尿或者尿裤子。

“魔鬼都在细节之中”

讲了那么多尿不湿,立意并不是要讲航天的段子,而是因为一句老话,“魔鬼都在细节之中”。上厕所,是航天排名前三的重要细节。另外两点一个是水处理,也和尿液息息相关,因为空间站上大部分的水都来自宇航员的尿液循环处理。另一个则是空气净化系统,确保航天站上的二氧化碳含量不超标。

其实凯利的《持久》读到中途,很像《海底两万里》这种科幻小说的桥段,一个是日复一日地在太空漂浮,一个则是日复一日在海底探险。凯利记录的每天点滴,总会记录出了些什么差错:今天尿液净化器坏了,花了一整天抢修,明天空气净化器出问题,二氧化碳浓度过高;后天俄罗斯的进步号补给飞船没有进入正确轨道,SpaceX的飞船也在升空爆炸,两次计划中的补给都打了水漂,虽然还没有恐慌,宇航员们也需要开始要规划,如果没有足够的水、食物和氧气该怎么办。这些都像极了《海底两万里》,凡尔纳想象中的海底探险,面临的问题几乎是一模一样。

厕所是国际空间站上最重要的设备,如果厕所都坏了,宇航员们只有一个选择,弃船逃生。可是,如果飞向火星的飞船上厕所坏了,那宇航员只有死路一条。所以修厕所是宇航员非常重要的工作之一。空间站上的厕所还有一个专有名词,叫做White Hygiene Compartment,也就是白色清洁舱,简称(WHC),可见其重要性。拆卸厕所也有一整套流程,要把拆下来的零部件在工作区周边固定好。

洗澡和换洗衣服是另一个有趣的细节。凯利第一次乘航天飞机上天,也免不了被老的宇航员戏耍。其中一位就把他的备用内裤都藏了起来,害的他在整个七天的航天全过程中只换了一条内裤。不过他反倒因祸得福地自省:无论是在航天飞机还是在空间站里,洗澡和洗衣服都是不可能的。所谓地洗一个淋浴,就是用擦拭的毛巾把身上干了的汗渍擦掉而已。在空间站上长期居住,没办法换洗衣服,用脏的衣服只能直接扔掉。所以,长途飞行,宇航员需要尽可能地把衣服穿得久些,凯利的第一次航天飞机飞行遭遇恶作剧,就算是对此后为在空间站上长期居住做准备。

在太空,为了保持肌肉不萎缩,骨骼不退化,宇航员每天都需要一定时间的锻炼,跑步机当然少不了。这里又有一个很少有人提及的细节,如果跑步不当,可能会让空间站机毁人亡。这听起来耸人听闻,但是跑步时宇航员有规律的脚步韵律,如果频率恰好踏在了某个引发空间站共振的频率上,所引发的共振会带来致命的危险,有可能撕裂整个空间站。所以挂在墙上的跑步机(在失重的环境里是不分上下左右的,完全可以站在挂在墙上的跑步机上跑步,就是挂在天花板上也没问题)会配备有专门的共振消除器。

太空中最纤细的细节,其实是人的心理。某种意义上,在空间站上一年的旅行,不仅是对身体变化的科学实验,也是一场心理的实验。空间站上每三个月就会迎来或者送走一批宇航员,这都在考验常驻者的心理。别离的心理,复杂而微妙。对凯利而言,他能从自己的生活深处中找到类比,比如和小女儿道别,看见她挥了挥手走进登机口一下子就不见了的感觉(离婚了的凯利,会定期把小女儿接来住几天),就跟返回舱的舱门关闭之后,三名共处了三个月的“同志们”身影一下子就不见了一样。虽然麦克风里还能听见他们和地面的沟通,可人已经不在身边了,而几个小时之后,三人小组就降落在哈萨克斯坦,从此“天人两隔”。

这种与人接触的细腻感觉,在爱人之间尤为浓烈。在空间站呆了九个多月之后,凯利的伴侣(两人现在已经订婚)告诉他自己心理的微妙变化,她很担心,因为已经记不起他的味道或者他拥抱的感觉了。情感的保鲜度,在太空也遇到了挑战。凯利当他晚上拍了一张空间站越过休斯敦的夜景航拍照片,表达了自己的思念。

俄美文化的差别

不过到了需要离开空间站的时候,那种反向的乡愁也是异常浓烈,还没有离开就充满了思念。而乘坐联盟号返回舱返回大陆的三个半小时,也充满了惊心动魄的细节:进入大气层,坠落的速度超过音速,舷窗外一片火红,好像几米之外,有人用火焰喷射器对准你发射一般,诡异而让人隐隐的担忧。在最后着陆阶段,当降落伞打开的时候,返回舱会有非常大的震动,仿佛火车出轨一般。如果宇航员心态放松,着陆的最后25分钟就好像全世界最精彩的过山车,刺激无比。如果心态紧张而担心,很多宇航员会告诉你,那是一段濒死的经验。

凯利做一个类比,航天飞机返回地球像在纽约第五大道上开着宾利,坐俄罗斯返回舱返回地面像在颠簸无铺装路面上驾驶着二手的拉达。这一句话恰恰道出了俄美两国对待科学和设计的理念和文化上的差异。

俄罗斯崇尚简单实用。俄罗斯宇航局对航天的观念一直是,便宜有效地执行航天任务。联盟号飞船就很好地体现了这一原则,简单、便宜、耐用。相比之下,航天飞机要复杂的多,既是重载航天器,又是太空实验室,还是卫星回收舱。

俄罗斯的科学设计观念也是简单高效,如果一种设计不错,不会设计第二种。比如进步号无人补给飞船和联盟号飞船设计基本一样,就像俄罗斯套娃一样。甚至密闭太空服的铰链,俄罗斯人设计好了之后,发现简单有效,就把同样的铰链用在封闭太空的垃圾袋上了,想像一下如果你夹克的搭袢和垃圾袋上的拉链一样。

不仅俄罗斯的工程师这么想,俄罗斯宇航员也是实用主义者。一次俄美宇航员讨论太空上应该种什么蔬菜,美国人和俄国人就有不同的观点。每次补给飞船对接,让宇航员们最兴奋的就是能够吃到一些新鲜水果和蔬菜。不过运送到空间站的新鲜水果和蔬菜,腐败的速度比在地面上快得多。因为如果要出发去火星,光单程就需要至少9个月的时间,而且不再像在地球轨道时可以不时有飞船补给,能在太空船上种菜就变得特别重要。

美国人已经在空间站上实验种莴苣,又种百日草,还想进一步种番茄,因为他们认为番茄可以真正提供营养价值。俄国人听了之后摇摇头,回答说,如果真的要种点什么,还是种土豆划算,“种番茄,那是浪费!”原因很简单,土豆可以算作一种粮食,有了土豆就不会饿死。想想科幻电影《火星》上的情节!当然,俄国人也有他们的小九九,土豆也可以用来酿造伏特加!

俄罗斯对风险则有着不同的认知。比如,自从1969年之后,俄罗斯从来没有中途叫停过一次载人发射,对他们来说,发射前的读秒只是走形式而已。美国则完全不同,即使火箭发动机已经启动,美国宇航局在最后一刻暂停发射的情况比比皆是。

你可以说俄国人很冒险。可是到了太空行走的时候,美国人和俄国人却有截然不同的态度。因为空间站每90分钟绕地飞行一圈,这意味着每隔45分钟,空间站会飞到地球的阴影之中,空间站外一片漆黑,只有地面的灯光给人一点方向的指引。俄罗斯宇航局的规定,在没有阳光的时候,太空行走的宇航员就停下来休息。这么做会安全的多,因为宇航员不会在漆黑的环境中犯错,但是这也意味着为了完成同样的太空行走任务,俄罗斯宇航员需要花费一倍的时间和资源。美国人则不会中途停下来休息。到底哪种做法更好呢?

如果上面两个例子让人很难判断俄国人到底是冒险还是保守,下面这个例子会更有“俄国特色”。宇航员发射前都要经过安全消毒隔离,避免带细菌上天,减少在太空生病的机会。在他一年航天任务开始之前,凯利经过了安全消毒隔离,最后乘坐大巴前往发射塔,可是半路大巴又停了下来(是在宇航员下车撒尿那次之后),门打开了,凯利的弟弟马克上了车。马克也是宇航员,他一路坐在凯利身边,陪他抵达发射场。俄罗斯显然很通人情,马克的出现的确给了凯利一个巨大的惊喜。但是让已经消毒隔离了的宇航员接触到没有消毒的人,明显违反了流程。人情与规定,什么更重要呢?

最大的文化差异,还体现在宇航员和地面的沟通上。和地面沟通,欧美与俄国就有巨大的差异。美国的宇航员会直言不讳空间站上出了什么问题,俄罗斯宇航员与地面的沟通却非常程式化。明明地面可以看到的很多数据,地面仍然向宇航员询问各种指数,宇航员也要一一报出。地面问宇航员状况如何,俄国宇航员唯一的回答都是“很好”。凯利好几次和俄罗斯宇航员开玩笑,撺掇他们在和地面沟通时,回答“还凑活”,甚至“不太好”,并且答应如果他们这么做,凯利愿意给他们小费。可以没有一个俄罗斯宇航员愿意这么做。凯利的理论是,美国宇航员和俄罗斯宇航员的薪酬激励不同。美国宇航员的基本工资是俄罗斯人的好几倍,但是“航天津贴”却很少,一小时就几块美元。俄罗斯人则不同,虽然基本工资低,太空飞行的每天补贴都很高。但是如果没有达到地面满意的标准,他们的补贴就可能被卡扣,甚至他们未来上天的机会也会成问题,所以俄罗斯宇航员不管发生什么情况,都是回答“很好”。

全球的视角

到了2016年完成任务,凯利成为在国际空间站上一次停留时间最长的美国宇航员,可是全人类航天飞行的记录仍然由俄国人保持。空间站就是来自全世界各国的宇航员一起生活,一起合作的一个平台。在俯瞰地球的轨道上,调控站是工程与合作的胜利,宇航员们也有了超越世俗的观察,尤其是对全人类共享的地球。

凯利就记下了这样一段美妙的瞬间。有一天夜半三点,他起身上厕所的时候,发现一位刚刚登上空间站不久的女宇航员,呆在可以俯瞰地球的穹顶舱,吹长笛。空间站以每小时超过两万公里的速度扫过地球,悠远的长笛仿佛天籁。这一幕天人之际的美景,超越尘世间的一切。

当然,空间站大多数时候仍然是世俗的。俄国宇航员大多数时间呆在俄国部分,美国宇航员呆在美国部分,每周五聚餐的时候他们一定会聚在一起。俄罗斯与美国在太空也有易货贸易,空间站上的空气、水、食物甚至进步号飞船返回舱里装垃圾的空间,都是俄美交易的标的。当然宇航员们有时候也会背着地面私下交换,只讲交情,不论价钱。

国际空间站主要是为了科学实验和为了未来的旅行——尤其是飞向火星的旅行——做准备,因为人是太空旅行最脆弱的环节。凯利和双胞胎弟弟马克就是实验的两个样本,一个在天上,一个在地面,一年的太空飞行,其中主要科学实验之一就是观察一年的飞行对他们的身体和基因会有什么影响,双胞胎的身体状况和基因高度高度。

在2015年开始这次试验之前,科学家已经知道,太空旅行会遭受超量的辐射,会导致宇航员肌肉萎缩,骨质疏松,他们的心血管也会有影响。太空旅行整体而言,会加速人的衰老,而过量辐射也会导致癌症机率的上升。凯利完成试验之后,对双胞胎的研究仍在继续。

如何挑战人类太空的梦想,如何进行超远距离的太空探险,凯利在《持久》这本书中总结也非常有价值。太空探险的关键点是如何精心资源管理,尤其是对水和空气的管理。这才是空间站长期载人飞行实验最重要的意义,因为细节决定成败。

(作者为《经济学人·商论》执行总编辑)