为什么要去火星 : NASA的空间探索历程

本书追溯了NASA的火星之旅，从20世纪60年代的近天体探测飞行，到今天漫游者登陆寻找生命。

几十年来，火星一直吸引着人类的注意力。自1958年NASA成立以来，NASA一直将火星视为一个引人注目的奖品——一个超越月球的计划，机器人和人类探索可以在此交汇。

NASA的空间探索历程，代表了这个机构最伟大的成就之一。

W.亨利??兰布赖特是美国雪城大学马克斯维尔公民与公共事务学院公共管理、国际事务和政治学教授。他是《为阿波罗提供动力：21世纪美国宇航局和太空政策的詹姆斯??E.韦伯》一书的作者。

译者简介：

左文文，博士毕业于北京大学，就职于中国科学院上海天文台，主要从事科研与科学传播工作；

屈艳，博士毕业于法国巴黎天文台，就职于中国科学院国家天文台，主要从事星系宇宙学数值模拟研究工作。

火星会成为下一个人类居住地吗？为什么我们孜孜不倦地探索火星？是谁推动了火星探索的发展？又是如何做到的。这颗红色的星球何以吸引如此大的注意力，在所有探索行为的背后，科技与政治的复杂程度远不是看上去那么简单。

美国东部夏令时2016年8月6日凌晨1点25分，美国国家宇航局（National Aeronautics and Space Administrations; NASA）的火星科学实验室（Mars Science Laboratory; MSL）冲入火星大气，当时它被封装在一个更大的飞船里，有隔热罩保护着。历时8个月、3.52亿英里的行程，MSL终于开始体验NASA所说的“恐怖7分钟”。在这段短暂的时间里，MSL需要把它的速度从每小时1.3万英里降至几乎为零，否则它将坠毁。彼时NASA正被预算问题困扰着，如果这个耗资25亿美元的任务失败了，后果不堪设想。火星大气立即使飞船减速，但在离火星地表仅7英里时，飞船降落的速度仍高达每小时900英里。就在那一刻，飞船张开了一个直径达51英尺的巨大降落伞。

随着飞船降落的速度逐渐降低，MSL脱离了它一直搭载的飞船。飞船飞走了，制动火箭的推力使MSL悬停在离火星地表约两层楼高处。MSL里有一台小汽车般大小的设备，称作好奇号火星车。火星车有1吨多重且携带了精密的仪器，仅依靠制动火箭或安全气囊无法完成着陆。因此，科学家们首次设计了一个名为空中吊车的仪器，并把它连接在MSL上。吊车的连接索缓缓地将火星车放到地面。最后，连接索断开，制动火箭把空中吊车带走，由核能驱动的好奇号火星车被安全放置在火星地面。这一切都自动发生在地球之外的1.54亿英里处。凌晨1点32分着陆，14分钟后，加州帕萨迪纳喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory; JPL）接收到从火星发回来的第一个无线电信号。JPL的一位飞行动力学工程师艾伦·陈（Allen Chen）接收到信号后，兴奋地宣布：“证实着陆，火星上设备正常。”

在此之前，还没有一项前往火星的技术如此复杂。MSL和它的好奇号火星车把一个旨在“循着水”的、进行了多年的火星探索计划推向高潮。它的目标是探索火星现在或曾经是否有生命居住。好奇号火星车不会真的去找生命，它要寻找的是构成生命的化学“基础构件”。下一次或一系列的火星探测将把火星的土壤样本和岩石带回地球供科学家分析。这样一个斥巨资打造的项目为未来打下了基础。火星探索于50多年前就已开始，在这段漫长的历程中，这个特别的任务至关重要，它就像一座里程碑——昔日的努力成就了它，而它也为未来的征程创造可能。

做到这一步是一项了不起的成就，不仅在科学技术方面是如此，在公共政策和计划执行上也是如此。NASA不仅克服了棘手的技术困难，在一路上还遇到了艰巨的政治挑战。在某些方面，政治挑战比技术难题更难。重大的技术突破不是自然而然取得的，特别是在与政府斡旋，并且多年花费几十亿美元的情况下。它需要NASA内外的政治倡导者们凝成一股强大的推动力，让火星探索优先获得经费支持、建立计划并成功执行。为了推动火星探索不断向前，谁做过什么？又是如何做到的？这些问题对我们了解NASA的历史和火星这颗红色星球十分重要。

本书旨在阐明在火星探索活动中构成政策动力的关键人物和机构。其主要论点是NASA内外的火星探索倡导者们结成一个非正式且不固定的联盟，力图让NASA成为他们的火星探索的制度体现，并起到杠杆作用。这个联盟的影响力 和局限性，及其科学和政治策略，塑造了火星探索计划的进程和节奏。

研究表明，从长远来看，倡导者联盟推动火星探索前进。特别是从20世纪90年代早期开始，它把火星探索从一个个独立任务转变成一个连续且相互协调的整体。倡导者联盟为火星探索计划打造了政治支持，即使面对时代变迁和反对也把这份支持保持下去。NASA的高级官员是最关键的角色，事关联盟的领导和对火星探索计划的影响。华盛顿特区的决定和政策给火星探索带来动力，也使其蒙上阴影。

本书关注的不是科学史或技术发展，也不是火星的文化方面。当然这些话题会出现，但不是重点。本书旨在揭示和分析火星探索背后的政治和政策。

火星探索计划

自1958年成立以来，NASA就把火星当成一个引人注目的奖项——除月球之外，另一个能够展开机器人和载人探索的地方。多年来，载人航天去火星探险仍然只是一个梦想，虽然被列在NASA的日程表上，却总是那么遥不可及。NASA的机器人火星探索计划（本书的关注点）现在已经实现，是NASA最伟大的成就之一。

NASA火星探索计划的本质是什么？它是如何诞生和维持的？又是如何适应科学发现和不断变化的政治风向的？什么曾阻碍了该计划的进行？又是如何反击反对意见的？这个计划将通向何方？在已有的文献中，这些和其它问题尚没有得到充分的回答。有关火星的文章大多只涉及具体任务或者强调技术方面。对技术功绩背后的人、机构、政治斗争和政策关注甚少。即使提到NASA的角色，也不够深入。重要的是，这些探索任务是政府不懈努力的一部分，这份努力已持续了半个多世纪，并承诺将无限期地延长至遥远的未来。火星探索是一项联邦计划，但也是一个目标，像磁铁一般吸引着人类的想象力。在机器人和载人火星探索的倡导者（他们肯定的与不以为然的声音似乎常常势均力敌）看来：这是一个伟大的追求，一个通向未知的艰辛又卓越的征程。

火星探索从20世纪60年代水手号飞掠火星，首次对那颗红色行星有了模糊的认识，演进到70年代的轨道器和着陆器。之后，到了90年代，NASA建造了既能着陆火星，又能在其上漫游的机器。1996年，克林顿政府设定了一个国家目标，即NASA开始实施“一个可持续的计划使火星表面有机器人在工作”。2截至21世纪早期，NASA在火星上建造了一个复杂的基础设施，一个包含轨道器、着陆器、火星车、实验室和通信系统的技术系统。此外，随着其他国家把他们的设备送往火星，NASA便有了同伴。多年来，不仅仅是科学家，大众也熟知这些机器的名字：水手号、海盗号、探路者号、火星环球勘测者、勇气号、机遇号、凤凰号和携带好奇号火星车的MSL等等。借助现代技术，地球居民可以通过这些本领非凡的机器参与史诗般的火星探险。这些探测器把人类的视觉、听觉和触觉延伸至几百万英里之外。它们把NASA、美国和全世界带到了一个全新的时代——MSL的首席科学家约翰·格罗青格（John Grotzinger）称之为“火星探索的黄金时代”，一个任务“得到拓展、彼此交叠且日益协调的”时代。3

计划的进展并不总是一帆风顺的，未来也一定是如此。在成功中夹杂着昂贵的失败。科学界和大众的热情起起伏伏，时而欢喜至巅峰，时而失望到谷底。介于1976年的海盗号和1992年发射的火星观测者号之间，火星探索经历了一段漫长的空白期，然后火星观测者号失败了——这可是耗资10亿美元的失败。但NASA在20世纪90年代仍坚持着它的追求，并步入了新世纪。做到这样并不容易，这是一次对科学界、官僚和政治韧性的考验。理解火星探索计划的关键就在于美国民主中通用的一点——在面对科学、官僚和公众方面与之竞争的优先事项，以及不断变化的政治风向时，如何维持一个长期的、宏观的、高风险和昂贵的联邦研究和发展（Research and Development，R&D）计划。

大科学

火星探索是大科学的一个突出案例。大科学的特点是大型组织、多学科团队、花费大、由政府管理，并常在政治上有争议。在NASA及其他机构中有很多大科学的案例，但火星探索尤其凸显出了“方案式”或“分布式”大科学的特点。很多大科学主要集中在单一的大型机器上。然而火星探索这种分布式大科学则由许多任务（也叫项目）组成，这些任务构成了一个内容广泛、长达数十年的探索计划。项目之间的联系或密切或松散。某些单独的任务会耗资数十亿美元，以任何标准看都够“大”。另外一些项目花费几亿美元，以大科学的标准看只能算一般花费。在20世纪90年代曾有一段时间，火星项目被强烈要求变得“更快、更好、更便宜”（Faster, Better, Cheaper; FBC），这一般意味着更小规模。但那之后火星项目不断长大，例如MSL的造价是25亿美元。此外，当把多个单独任务聚合成一个整体计划后，它的规模自然非常大。

尽管在过去半个世纪甚至更长的时间里，具体花费很难精确描述或累计出来，但几乎可以肯定的是，自其成立以来，NASA在火星上花费的资金已经超过了其它任何一颗行星。近几年来，行星探测的经费大约有一半用于火星研究，而且在NASA总部和JPL都有火星计划主任。探测土星的卡西尼号任务是一个集中式的、耗资数十亿美元的大科学，而探索火星的任务则更分散，项目的规模也大小不一。

火星项目在时间上跨度很广，长达数十载。它们的目标也不尽相同——轨道器、着陆器以及火星漫游车。这不仅是大科学，还是一个不停运转的大型技术系统。当2008年凤凰号着陆火星时，一颗火星轨道卫星拍摄下了整个过程。与此同时，勇气号与机遇号正在火星地表漫游。与此类似，火星勘测轨道飞行器“目击”了2012年MSL着陆火星的过程。至此，“一个持续的机器人火星探索计划”的国家政策得以实现。

由于大科学代表了一个机构以及一个国家经费里的高优先级事项，更好地理解它是非常重要的。大科学项目是一个机构、甚至常常是一个国家的、高可见度的“旗舰”项目。在执行过程中，大科学项目将政府、大学以及工业界连接成为一个多样化的大团队，并会有越来越多的国际合作参与其中。大科学需要解决极具挑战性的管理和政治问题。它吸收了机构的大部分资金，并且阻止小项目的展开。要顺利完成一个长期的大科学计划，政治困境——谁得到什么、在什么时候、以什么方式得到——是所有问题中最难解决的。

火星的召唤

泛泛地说，探索火星是要理解火星这个有趣的地球邻居。火星既像又不像地球。地球上的人们可以看到它的一些细节。在空间时代以前，它那深红色总是激发人们的想象。古罗马人称火星是他们的红色战神。按照距离太阳从近到远排序，它排在第四位，在椭圆轨道上绕着太阳运行。它距离地球最近时，大约4870万英里（7839万公里）远。火星的直径约是4200英里（6790公里），比地球半径大那么一点点。火星绕太阳转一周需要687个地球日。虽然一个火星年要远长于一个地球年，火星上一天的长度却与地球日非常相似。火星每24小时37分钟自转一周。与地球相似，火星上也有季节变化。在火星的冬季，观测者能够看到极地有比较大的冰盖，在夏季冰盖的面积会收缩。火星有大气层，只是远比地球的大气层稀薄。火星大气的主要成分是二氧化碳，还有少量的氮气和其它气体。与此相对，地球大气富含氮气和氧气。由于离太阳较远，火星非常寒冷，温度介于-191℉至-24℉（-124℃到-31℃）之间。

火星有两颗卫星——火卫一和火卫二。它们的相似点与差异都非常显著，增加了人们深入了解火星的欲望。火星之所以一直是科学家和公众的特别关注点，除了这些因素外，至少还有三点原因。第一，火星上是否有生命这个问题。在NASA成立以前很多年，甚至在它成立后的一段时间里，很多圈子里的人都相信在火星地表有生命存在。当研究表明生命很难在火星地表幸存下来时，各种科学家又指出生命仍有可能在一些“避难所”（他们称之为“绿洲”）里生存下来。甚至那些现在相信火星地表没有生命的科学家们也承认在地表之下的永久冻土中可能会有生命。大家认为那只是一些低级生命，最有可能是细菌。就算目前没有生命存在，也不代表以前没有，毕竟火星过去的气候非常不同于现在的气候，还有大量的水在流动。所以，火星生命问题，不论是过去还是现在有生命，都是火星探索计划的强大驱动力，纵观NASA历史，在很多情况下，它还是最重要的动力。因为每当人们对火星生命持乐观态度时，火星计划往往容易获得资源。而当悲观情绪占了上风时，火星计划就会失去活力。

机器人火星探索计划的圣杯是火星样本返回（Mars Sample Return; MSR），即取得火星土壤和岩石样本。样本会被带回地球并被送往全球各地的实验室分析，来寻找证据回答生命终极问题。这个任务面临的挑战是要带回“对的东西”，并且要保护火星生命（如果有的话）和地球生命不被污染。MSR是一项丰碑式的实验，可能是自阿波罗（Apollo）计划以来最复杂、最重要的一项NASA项目。它即将开展，由于耗资巨大可能需要国际合作。但这个目标的价值不可估量，这一点得到广泛的认可，也为那些通向它的任务指出了方向和步骤。

第二个推动力就是将人类送到火星。机器人计划因此成了载人任务的先锋，就像徘徊者号和探测者号（译者注：这两个都是机器人探测月球项目）是阿波罗登月的先锋一样。这使载人空间飞行计划成了机器人计划的潜在伙伴。NASA的领导们预见到机器人探索与载人去火星之间的联系。当1989年George H. W. Bush（乔治·H. W.布什）总统宣告美国应当再把人类送到月球，之后前往火星时，他的宣言蕴含了这样的理解：机器人任务和载人空间飞行在探索方面是伙伴关系。相同的理解也体现在2004年他儿子George W. Bush（乔治·W.布什）发表的类似的宣言《空间探索愿景》中。Barack Obama（奥巴马）（巴克巴·奥巴马）（贝拉克·奥巴马）在2010年决定越过月球，强调将火星作为21世纪30年代人类探索的终极目标。中间步骤是在一颗小行星上着陆。再一次，机器人探索将为载人探索打好基础。

从长期来看，机器人探索可能是载人空间飞行的伙伴，但在短期内，它们常常为有限的经费而彼此竞争，并且代表了不同的文化。在NASA的机器人科学计划看来，人类探索太空体现的是工程和宇航员文化——之所以想去火星“是因为它就在那里”。将人类的影响扩展到外太空，这确实是一种动机，一种“开拓”的态度，偶尔还带点命里注定的意味。“我们去火星是因为我们必须去”，“它深藏在我们的基因里，”这样的话不断重复着。还有一些载人空间飞行计划的倡导者不仅将火星视作是一个需要征服的高峰，还是一块需要被改造成地球般适宜居住的土地。那些认为“我们能行”的NASA工程师们看到载人火星探索中存在非同寻常的技术挑战。而宇航员们看到了浪漫与冒险。与此相反，支持机器人探索的科学家们则以火星生命的问题为重点，想方设法在比较行星学方面获得最基本的理解。

需要向NASA华盛顿总部的载人空间飞行理事会汇报工作的领域中心，与那些向机器人科学办公室汇报工作的领域中心是不同的。载人空间飞行计划，如其名所示，宇航员是必不可少的，他们可不只是NASA的普通雇员；在很多方面，他们都是机构的公关名片，是激励年轻人的楷模。21世纪的载人任务最可能到达的唯一一颗行星就是火星。载人空间飞行研究所及其领导都认识到了机器人项目是他们的重要先锋。MSR任务把机器人科学的利益与载人空间探索的利益联在了一起。NASA需要知道宇航员在火星将要面对什么样的严酷环境，以及他们能否利用这颗红色星球上的资源作长期的停留。而且如果NASA不能把火星岩石和土壤带回地球，它可能也无法把人带回家。MSR的技术与载人空间飞行直接相关。尽管如此，短期的经费竞争仍会干扰NASA各部门间与火星探索有关的合作。

第三个驱动力就是政治。空间探索总能带来与国家领导力、威信、自豪感、士气鼓舞以及与其他国家竞争有关的理由。政府官员也用它来加强合作。在20世纪60年代，美国与苏联在冷战期间都想第一个到达火星。它是冷战对抗的目标之一。在冷战期间以及之后，载人与机器人火星探索计划的倡导者们也都呼吁把火星探索当做一个共同事业的政治象征，让互相对抗的超级大国团结起来。最近，火星还被当成了国际合作的工具。尽管“一起去火星”的口号主要是关于载人探索的，但其合作框架其实也包含了机器人探索计划。NASA与欧洲空间局（European Space Agency; ESA）特意寻求合作开展机器人项目，但合作关系动荡不定。

数十年来，火星探索的主要驱动力就是寻找火星生命、送人去火星、以及让火星为政治目的服务。在不同的历史时期，这些理由中的这一个或者那一个成为主要动力。有时候不止一个理由影响着火星探索。哪一个能引起共鸣取决于多得数不清的因素, 火星探索倡导者们的策略就是这些因素之一。寻找火星生命的证据一直是影响机器人计划的方向、进展、还有盛衰的最坚定的主旋律。与生命的关联已使火星从太阳系内的众行星中脱颖而出，成了与众不同的那一颗。

NASA的角色

是什么或者说是谁在推动决策过程向前进呢？在美国，为火星计划提供指导和进度管理的核心政府机构是NASA。NASA及其置身其中的火星政治环境是本书的主要研究方向。NASA是驱动火星探索的引擎。这个引擎有时运转正常；有时运行不畅。在重要的决策时刻都能看到NASA的身影。它在政策制定方面常常很有影响力，而且在执行方面总是起着关键作用。NASA提供资金和管理，使项目和计划从日程表走到最后完成——或者失败。但谁又在影响着NASA呢？在NASA内外有一群的设法指挥它的拥护者。

火星探索决策的核心就是华盛顿NASA总部的科学项目理事会（Science Mission Directorate; SMD）。这个部门在不同的历史时期有不同的名称。NASA几乎总有一个“科学理事会”。理事会的会长由一位副局长担任。副局长向局长汇报工作。而副局长的手下通常有一位行星部主任，通常由这位主任负责火星计划。从行政组织上看，火星计划现在没有、并且也从来没有在机构的组织构架中处于较高的位置。但它的知名度却远远超过它在组织构架中的位置；历史上，在某些时期，它的名气曾经远远超过NASA的其它计划。

在NASA的各个理事会中，负责科学事务的副局长总是大权在握，一般仅次于载人空间飞行方面的副局长。SMD从包括美国国家科学院在内的技术团体获得大量建议。确实，科学家们积极参与政策的议程设置，还写了大量的规划文件。

NASA内外的高层领导和研究中心也会对SMD施压。除了火星计划，SMD的副局长还要为空间科学绝大多数方面做决策。他（她）在挑选优先计划时要综合考虑许多因素，包括他（她）的个人偏好。虽然副局长可以发布影响火星计划的重大决策，但一般来说，耗资最大、最有争议的问题则交给一个资深官员、由政府任命的NASA最高行政长官——NASA局长来做最终决定。在SMD的领导看来，火星计划只是寻求决策与资源的众多计划中的一个。而在NASA局长的眼中，SMD只是要求决策与资源支持的众多部门中的一个。NASA的领导（如副局长）需要平衡多方压力。永远都不会有足够的时间和金钱来让所有人满意。

主管科学的副局长与NASA局长都有一些颇具影响力的外部拥护者。他们由研发、使用、资助和学习空间科学与技术的个人和机构组成，包括科学家、工程师、总统、白宫的代理人（特别是管理与预算办公室(Office of Management and Budget; OMB)）、国会、媒体、工业界、大学、外国政府以及公众。这些拥护者无论身在NASA内外，都在设法以各种各样的方式影响主管科学的副局长和NASA局长的决策。NASA局长最常打交道的是外部的政治圈，副局长则主要负责与外部的科学界互动。在决策过程中，他们都要妥善处理与NASA内外其他合作者的关系。

还有很多人（例如代理局长，NASA的“二把手”）在火星决策中扮演着重要角色。但在NASA总部，主管科学的副局长与NASA局长凭借其官方地位，对火星计划有着举足轻重的影响。副局长可以使火星计划成为科学项目理事会的首要计划。而局长能让它成为整个机构的首要计划。

火星政策

在NASA内部及其所有拥护者中，有些人和组织成为火星探索的倡导者。他们不断施压，好让火星计划在NASA日程表中占据更高的优先级。这些倡导者们，无论人在NASA内外，结成一个松散的联盟，把各方力量、看法一致的拥护者们组织起来。他们刚开始时还只是少数派。作为“先行者”，他们设法征集更多的人。他们努力游说主管科学的副局长、NASA局长以及他们身边的官员，让他们优先考虑机器人火星探索计划，并把NASA转变成白宫与国会发布的方针政策的倡导者。于是，NASA便成为该联盟在组织方面的核心。为了让NASA推进他们的目标，他们在NASA内部、周围甚至越过NASA四处活动。