為什麼要去火星：NASA的空間探索歷程（簡體書）

本書追溯了NASA的火星之旅，從20世紀60年代的近天體探測飛行，到今天漫遊者登陸尋找生命。

幾十年來，火星一直吸引著人類的注意力。自1958年NASA成立以來，NASA一直將火星視為一個引人注目的獎品——一個超越月球的計劃，機器人和人類探索可以在此交匯。

NASA的空間探索歷程，代表了這個機構最偉大的成就之一。

W.亨利•蘭布賴特是美國雪城大學馬克斯維爾公民與公共事務學院公共管理、國際事務和政治學教授。他是《為阿波羅提供動力：21世紀美國宇航局和太空政策的詹姆斯•E.韋伯》一書的作者。

譯者簡介：

左文文，博士畢業於北京大學，就職於中國科學院上海天文臺，主要從事科研與科學傳播工作；

屈艷，博士畢業於法國巴黎天文臺，就職於中國科學院國家天文臺，主要從事星系宇宙學數值模擬研究工作。

火星會成為下一個人類居住地嗎？為什麼我們孜孜不倦地探索火星？是誰推動了火星探索的發展？又是如何做到的。這顆紅色的星球何以吸引如此大的注意力，在所有探索行為的背後，科技與政治的複雜程度遠不是看上去那麼簡單。

美國東部夏令時2016年8月6日凌晨1點25分，美國國家宇航局（National Aeronautics and Space Administrations; NASA）的火星科學實驗室（Mars Science Laboratory; MSL）衝入火星大氣，當時它被封裝在一個更大的飛船裡，有隔熱罩保護著。歷時8個月、3.52億英裡的行程，MSL終於開始體驗NASA所說的“恐怖7分鐘”。在這段短暫的時間裡，MSL需要把它的速度從每小時1.3萬英裡降至幾乎為零，否則它將墜毀。彼時NASA正被預算問題困擾著，如果這個耗資25億美元的任務失敗了，後果不堪設想。火星大氣立即使飛船減速，但在離火星地表僅7英裡時，飛船降落的速度仍高達每小時900英裡。就在那一刻，飛船張開了一個直徑達51英尺的巨大降落傘。

隨著飛船降落的速度逐漸降低，MSL脫離了它一直搭載的飛船。飛船飛走了，制動火箭的推力使MSL懸停在離火星地表約兩層樓高處。MSL裡有一臺小汽車般大小的設備，稱作好奇號火星車。火星車有1噸多重且攜帶了精密的儀器，僅依靠制動火箭或安全氣囊無法完成著陸。因此，科學家們首次設計了一個名為空中吊車的儀器，並把它連接在MSL上。吊車的連接索緩緩地將火星車放到地面。最後，連接索斷開，制動火箭把空中吊車帶走，由核能驅動的好奇號火星車被安全放置在火星地面。這一切都自動發生在地球之外的1.54億英裡處。凌晨1點32分著陸，14分鐘後，加州帕薩迪納噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory; JPL）接收到從火星發回來的第一個無線電信號。JPL的一位飛行動力學工程師艾倫·陳（Allen Chen）接收到信號後，興奮地宣布：“證實著陸，火星上設備正常。”

在此之前，還沒有一項前往火星的技術如此複雜。MSL和它的好奇號火星車把一個旨在“循著水”的、進行了多年的火星探索計劃推向高潮。它的目標是探索火星現在或曾經是否有生命居住。好奇號火星車不會真的去找生命，它要尋找的是構成生命的化學“基礎構件”。下一次或一系列的火星探測將把火星的土壤樣本和岩石帶回地球供科學家分析。這樣一個斥巨資打造的項目為未來打下了基礎。火星探索於50多年前就已開始，在這段漫長的歷程中，這個特別的任務至關重要，它就像一座裡程碑——昔日的努力成就了它，而它也為未來的征程創造可能。

做到這一步是一項了不起的成就，不僅在科學技術方面是如此，在公共政策和計劃執行上也是如此。NASA不僅克服了棘手的技術困難，在一路上還遇到了艱巨的政治挑戰。在某些方面，政治挑戰比技術難題更難。重大的技術突破不是自然而然取得的，特別是在與政府斡旋，並且多年花費幾十億美元的情況下。它需要NASA內外的政治倡導者們凝成一股強大的推動力，讓火星探索優先獲得經費支持、建立計劃並成功執行。為了推動火星探索不斷向前，誰做過什麼？又是如何做到的？這些問題對我們了解NASA的歷史和火星這顆紅色星球十分重要。

本書旨在闡明在火星探索活動中構成政策動力的關鍵人物和機構。其主要論點是NASA內外的火星探索倡導者們結成一個非正式且不固定的聯盟，力圖讓NASA成為他們的火星探索的制度體現，並起到杠桿作用。這個聯盟的影響力 和局限性，及其科學和政治策略，塑造了火星探索計劃的進程和節奏。

研究表明，從長遠來看，倡導者聯盟推動火星探索前進。特別是從20世紀90年代早期開始，它把火星探索從一個個獨立任務轉變成一個連續且相互協調的整體。倡導者聯盟為火星探索計劃打造了政治支持，即使面對時代變遷和反對也把這份支持保持下去。NASA的高級官員是最關鍵的角色，事關聯盟的領導和對火星探索計劃的影響。華盛頓特區的決定和政策給火星探索帶來動力，也使其蒙上陰影。

本書關注的不是科學史或技術發展，也不是火星的文化方面。當然這些話題會出現，但不是重點。本書旨在揭示和分析火星探索背後的政治和政策。

火星探索計劃

自1958年成立以來，NASA就把火星當成一個引人注目的獎項——除月球之外，另一個能夠展開機器人和載人探索的地方。多年來，載人航天去火星探險仍然只是一個夢想，雖然被列在NASA的日程表上，卻總是那麼遙不可及。NASA的機器人火星探索計劃（本書的關注點）現在已經實現，是NASA最偉大的成就之一。

NASA火星探索計劃的本質是什麼？它是如何誕生和維持的？又是如何適應科學發現和不斷變化的政治風向的？什麼曾阻礙了該計劃的進行？又是如何反擊反對意見的？這個計劃將通向何方？在已有的文獻中，這些和其它問題尚沒有得到充分的回答。有關火星的文章大多只涉及具體任務或者強調技術方面。對技術功績背後的人、機構、政治斗爭和政策關注甚少。即使提到NASA的角色，也不夠深入。重要的是，這些探索任務是政府不懈努力的一部分，這份努力已持續了半個多世紀，並承諾將無限期地延長至遙遠的未來。火星探索是一項聯邦計劃，但也是一個目標，像磁鐵一般吸引著人類的想象力。在機器人和載人火星探索的倡導者（他們肯定的與不以為然的聲音似乎常常勢均力敵）看來：這是一個偉大的追求，一個通向未知的艱辛又卓越的征程。

火星探索從20世紀60年代水手號飛掠火星，首次對那顆紅色行星有了模糊的認識，演進到70年代的軌道器和著陸器。之後，到了90年代，NASA建造了既能著陸火星，又能在其上漫遊的機器。1996年，克林頓政府設定了一個國家目標，即NASA開始實施“一個可持續的計劃使火星表面有機器人在工作”。2截至21世紀早期，NASA在火星上建造了一個複雜的基礎設施，一個包含軌道器、著陸器、火星車、實驗室和通信系統的技術系統。此外，隨著其他國家把他們的設備送往火星，NASA便有了同伴。多年來，不僅僅是科學家，大眾也熟知這些機器的名字：水手號、海盜號、探路者號、火星環球勘測者、勇氣號、機遇號、鳳凰號和攜帶好奇號火星車的MSL等等。借助現代技術，地球居民可以通過這些本領非凡的機器參與史詩般的火星探險。這些探測器把人類的視覺、聽覺和觸覺延伸至幾百萬英裡之外。它們把NASA、美國和全世界帶到了一個全新的時代——MSL的首席科學家約翰·格羅青格（John Grotzinger）稱之為“火星探索的黃金時代”，一個任務“得到拓展、彼此交疊且日益協調的”時代。3

計劃的進展並不總是一帆風順的，未來也一定是如此。在成功中夾雜著昂貴的失敗。科學界和大眾的熱情起起伏伏，時而歡喜至巔峰，時而失望到谷底。介於1976年的海盜號和1992年發射的火星觀測者號之間，火星探索經歷了一段漫長的空白期，然後火星觀測者號失敗了——這可是耗資10億美元的失敗。但NASA在20世紀90年代仍堅持著它的追求，並步入了新世紀。做到這樣並不容易，這是一次對科學界、官僚和政治韌性的考驗。理解火星探索計劃的關鍵就在於美國民主中通用的一點——在面對科學、官僚和公眾方面與之競爭的優先事項，以及不斷變化的政治風向時，如何維持一個長期的、宏觀的、高風險和昂貴的聯邦研究和發展（Research and Development，R&D）計劃。

大科學

火星探索是大科學的一個突出案例。大科學的特點是大型組織、多學科團隊、花費大、由政府管理，並常在政治上有爭議。在NASA及其他機構中有很多大科學的案例，但火星探索尤其凸顯出了“方案式”或“分布式”大科學的特點。很多大科學主要集中在單一的大型機器上。然而火星探索這種分布式大科學則由許多任務（也叫項目）組成，這些任務構成了一個內容廣泛、長達數十年的探索計劃。項目之間的聯繫或密切或松散。某些單獨的任務會耗資數十億美元，以任何標準看都夠“大”。另外一些項目花費幾億美元，以大科學的標準看只能算一般花費。在20世紀90年代曾有一段時間，火星項目被強烈要求變得“更快、更好、更便宜”（Faster, Better, Cheaper; FBC），這一般意味著更小規模。但那之後火星項目不斷長大，例如MSL的造價是25億美元。此外，當把多個單獨任務聚合成一個整體計劃後，它的規模自然非常大。

盡管在過去半個世紀甚至更長的時間裡，具體花費很難精確描述或累計出來，但幾乎可以肯定的是，自其成立以來，NASA在火星上花費的資金已經超過了其它任何一顆行星。近幾年來，行星探測的經費大約有一半用於火星研究，而且在NASA總部和JPL都有火星計劃主任。探測土星的卡西尼號任務是一個集中式的、耗資數十億美元的大科學，而探索火星的任務則更分散，項目的規模也大小不一。

火星項目在時間上跨度很廣，長達數十載。它們的目標也不盡相同——軌道器、著陸器以及火星漫遊車。這不僅是大科學，還是一個不停運轉的大型技術系統。當2008年鳳凰號著陸火星時，一顆火星軌道衛星拍攝下了整個過程。與此同時，勇氣號與機遇號正在火星地表漫遊。與此類似，火星勘測軌道飛行器“目擊”了2012年MSL著陸火星的過程。至此，“一個持續的機器人火星探索計劃”的國家政策得以實現。

由於大科學代表了一個機構以及一個國家經費裡的高優先級事項，更好地理解它是非常重要的。大科學項目是一個機構、甚至常常是一個國家的、高可見度的“旗艦”項目。在執行過程中，大科學項目將政府、大學以及工業界連接成為一個多樣化的大團隊，並會有越來越多的國際合作參與其中。大科學需要解決極具挑戰性的管理和政治問題。它吸收了機構的大部分資金，並且阻止小項目的展開。要順利完成一個長期的大科學計劃，政治困境——誰得到什麼、在什麼時候、以什麼方式得到——是所有問題中最難解決的。

火星的召喚

泛泛地說，探索火星是要理解火星這個有趣的地球鄰居。火星既像又不像地球。地球上的人們可以看到它的一些細節。在空間時代以前，它那深紅色總是激發人們的想象。古羅馬人稱火星是他們的紅色戰神。按照距離太陽從近到遠排序，它排在第四位，在橢圓軌道上繞著太陽運行。它距離地球最近時，大約4870萬英裡（7839萬公裡）遠。火星的直徑約是4200英裡（6790公裡），比地球半徑大那麼一點點。火星繞太陽轉一周需要687個地球日。雖然一個火星年要遠長於一個地球年，火星上一天的長度卻與地球日非常相似。火星每24小時37分鐘自轉一周。與地球相似，火星上也有季節變化。在火星的冬季，觀測者能夠看到極地有比較大的冰蓋，在夏季冰蓋的面積會收縮。火星有大氣層，只是遠比地球的大氣層稀薄。火星大氣的主要成分是二氧化碳，還有少量的氮氣和其它氣體。與此相對，地球大氣富含氮氣和氧氣。由於離太陽較遠，火星非常寒冷，溫度介於-191℉至-24℉（-124℃到-31℃）之間。

火星有兩顆衛星——火衛一和火衛二。它們的相似點與差異都非常顯著，增加了人們深入了解火星的欲望。火星之所以一直是科學家和公眾的特別關注點，除了這些因素外，至少還有三點原因。第一，火星上是否有生命這個問題。在NASA成立以前很多年，甚至在它成立後的一段時間裡，很多圈子裡的人都相信在火星地表有生命存在。當研究表明生命很難在火星地表幸存下來時，各種科學家又指出生命仍有可能在一些“避難所”（他們稱之為“綠洲”）裡生存下來。甚至那些現在相信火星地表沒有生命的科學家們也承認在地表之下的永久凍土中可能會有生命。大家認為那只是一些低級生命，最有可能是細菌。就算目前沒有生命存在，也不代表以前沒有，畢竟火星過去的氣候非常不同於現在的氣候，還有大量的水在流動。所以，火星生命問題，不論是過去還是現在有生命，都是火星探索計劃的強大驅動力，縱觀NASA歷史，在很多情況下，它還是最重要的動力。因為每當人們對火星生命持樂觀態度時，火星計劃往往容易獲得資源。而當悲觀情緒占了上風時，火星計劃就會失去活力。

機器人火星探索計劃的聖杯是火星樣本返回（Mars Sample Return; MSR），即取得火星土壤和岩石樣本。樣本會被帶回地球並被送往全球各地的實驗室分析，來尋找證據回答生命終極問題。這個任務面臨的挑戰是要帶回“對的東西”，並且要保護火星生命（如果有的話）和地球生命不被污染。MSR是一項豐碑式的實驗，可能是自阿波羅（Apollo）計劃以來最複雜、最重要的一項NASA項目。它即將開展，由於耗資巨大可能需要國際合作。但這個目標的價值不可估量，這一點得到廣泛的認可，也為那些通向它的任務指出了方向和步驟。

第二個推動力就是將人類送到火星。機器人計劃因此成了載人任務的先鋒，就像徘徊者號和探測者號（譯者注：這兩個都是機器人探測月球項目）是阿波羅登月的先鋒一樣。這使載人空間飛行計劃成了機器人計劃的潛在伙伴。NASA的領導們預見到機器人探索與載人去火星之間的聯繫。當1989年George H. W. Bush（喬治·H. W.布什）總統宣告美國應當再把人類送到月球，之後前往火星時，他的宣言蘊含了這樣的理解：機器人任務和載人空間飛行在探索方面是伙伴關係。相同的理解也體現在2004年他兒子George W. Bush（喬治·W.布什）發表的類似的宣言《空間探索願景》中。Barack Obama（奧巴馬）（巴克巴·奧巴馬）（貝拉克·奧巴馬）在2010年決定越過月球，強調將火星作為21世紀30年代人類探索的終極目標。中間步驟是在一顆小行星上著陸。再一次，機器人探索將為載人探索打好基礎。

從長期來看，機器人探索可能是載人空間飛行的伙伴，但在短期內，它們常常為有限的經費而彼此競爭，並且代表了不同的文化。在NASA的機器人科學計劃看來，人類探索太空體現的是工程和宇航員文化——之所以想去火星“是因為它就在那裡”。將人類的影響擴展到外太空，這確實是一種動機，一種“開拓”的態度，偶爾還帶點命裡注定的意味。“我們去火星是因為我們必須去”，“它深藏在我們的基因裡，”這樣的話不斷重復著。還有一些載人空間飛行計劃的倡導者不僅將火星視作是一個需要征服的高峰，還是一塊需要被改造成地球般適宜居住的土地。那些認為“我們能行”的NASA工程師們看到載人火星探索中存在非同尋常的技術挑戰。而宇航員們看到了浪漫與冒險。與此相反，支持機器人探索的科學家們則以火星生命的問題為重點，想方設法在比較行星學方面獲得最基本的理解。

需要向NASA華盛頓總部的載人空間飛行理事會匯報工作的領域中心，與那些向機器人科學辦公室匯報工作的領域中心是不同的。載人空間飛行計劃，如其名所示，宇航員是必不可少的，他們可不只是NASA的普通雇員；在很多方面，他們都是機構的公關名片，是激勵年輕人的楷模。21世紀的載人任務最可能到達的唯一一顆行星就是火星。載人空間飛行研究所及其領導都認識到了機器人項目是他們的重要先鋒。MSR任務把機器人科學的利益與載人空間探索的利益聯在了一起。NASA需要知道宇航員在火星將要面對什麼樣的嚴酷環境，以及他們能否利用這顆紅色星球上的資源作長期的停留。而且如果NASA不能把火星岩石和土壤帶回地球，它可能也無法把人帶回家。MSR的技術與載人空間飛行直接相關。盡管如此，短期的經費競爭仍會干擾NASA各部門間與火星探索有關的合作。

第三個驅動力就是政治。空間探索總能帶來與國家領導力、威信、自豪感、士氣鼓舞以及與其他國家競爭有關的理由。政府官員也用它來加強合作。在20世紀60年代，美國與蘇聯在冷戰期間都想第一個到達火星。它是冷戰對抗的目標之一。在冷戰期間以及之後，載人與機器人火星探索計劃的倡導者們也都呼吁把火星探索當做一個共同事業的政治象徵，讓互相對抗的超級大國團結起來。最近，火星還被當成了國際合作的工具。盡管“一起去火星”的口號主要是關於載人探索的，但其合作框架其實也包含了機器人探索計劃。NASA與歐洲空間局（European Space Agency; ESA）特意尋求合作開展機器人項目，但合作關係動蕩不定。

數十年來，火星探索的主要驅動力就是尋找火星生命、送人去火星、以及讓火星為政治目的服務。在不同的歷史時期，這些理由中的這一個或者那一個成為主要動力。有時候不止一個理由影響著火星探索。哪一個能引起共鳴取決於多得數不清的因素, 火星探索倡導者們的策略就是這些因素之一。尋找火星生命的證據一直是影響機器人計劃的方向、進展、還有盛衰的最堅定的主旋律。與生命的關聯已使火星從太陽系內的眾行星中脫穎而出，成了與眾不同的那一顆。

NASA的角色

是什麼或者說是誰在推動決策過程向前進呢？在美國，為火星計劃提供指導和進度管理的核心政府機構是NASA。NASA及其置身其中的火星政治環境是本書的主要研究方向。NASA是驅動火星探索的引擎。這個引擎有時運轉正常；有時運行不暢。在重要的決策時刻都能看到NASA的身影。它在政策制定方面常常很有影響力，而且在執行方面總是起著關鍵作用。NASA提供資金和管理，使項目和計劃從日程表走到最後完成——或者失敗。但誰又在影響著NASA呢？在NASA內外有一群的設法指揮它的擁護者。

火星探索決策的核心就是華盛頓NASA總部的科學項目理事會（Science Mission Directorate; SMD）。這個部門在不同的歷史時期有不同的名稱。NASA幾乎總有一個“科學理事會”。理事會的會長由一位副局長擔任。副局長向局長匯報工作。而副局長的手下通常有一位行星部主任，通常由這位主任負責火星計劃。從行政組織上看，火星計劃現在沒有、並且也從來沒有在機構的組織構架中處於較高的位置。但它的知名度卻遠遠超過它在組織構架中的位置；歷史上，在某些時期，它的名氣曾經遠遠超過NASA的其它計劃。

在NASA的各個理事會中，負責科學事務的副局長總是大權在握，一般僅次於載人空間飛行方面的副局長。SMD從包括美國國家科學院在內的技術團體獲得大量建議。確實，科學家們積極參與政策的議程設置，還寫了大量的規劃文件。

NASA內外的高層領導和研究中心也會對SMD施壓。除了火星計劃，SMD的副局長還要為空間科學絕大多數方面做決策。他（她）在挑選優先計劃時要綜合考慮許多因素，包括他（她）的個人偏好。雖然副局長可以發布影響火星計劃的重大決策，但一般來說，耗資最大、最有爭議的問題則交給一個資深官員、由政府任命的NASA最高行政長官——NASA局長來做最終決定。在SMD的領導看來，火星計劃只是尋求決策與資源的眾多計劃中的一個。而在NASA局長的眼中，SMD只是要求決策與資源支持的眾多部門中的一個。NASA的領導（如副局長）需要平衡多方壓力。永遠都不會有足夠的時間和金錢來讓所有人滿意。

主管科學的副局長與NASA局長都有一些頗具影響力的外部擁護者。他們由研發、使用、資助和學習空間科學與技術的個人和機構組成，包括科學家、工程師、總統、白宮的代理人（特別是管理與預算辦公室(Office of Management and Budget; OMB)）、國會、媒體、工業界、大學、外國政府以及公眾。這些擁護者無論身在NASA內外，都在設法以各種各樣的方式影響主管科學的副局長和NASA局長的決策。NASA局長最常打交道的是外部的政治圈，副局長則主要負責與外部的科學界互動。在決策過程中，他們都要妥善處理與NASA內外其他合作者的關係。

還有很多人（例如代理局長，NASA的“二把手”）在火星決策中扮演著重要角色。但在NASA總部，主管科學的副局長與NASA局長憑借其官方地位，對火星計劃有著舉足輕重的影響。副局長可以使火星計劃成為科學項目理事會的首要計劃。而局長能讓它成為整個機構的首要計劃。

火星政策

在NASA內部及其所有擁護者中，有些人和組織成為火星探索的倡導者。他們不斷施壓，好讓火星計劃在NASA日程表中占據更高的優先級。這些倡導者們，無論人在NASA內外，結成一個松散的聯盟，把各方力量、看法一致的擁護者們組織起來。他們剛開始時還只是少數派。作為“先行者”，他們設法征集更多的人。他們努力遊說主管科學的副局長、NASA局長以及他們身邊的官員，讓他們優先考慮機器人火星探索計劃，並把NASA轉變成白宮與國會發布的方針政策的倡導者。於是，NASA便成為該聯盟在組織方面的核心。為了讓NASA推進他們的目標，他們在NASA內部、周圍甚至越過NASA四處活動。