作者:晋楠 来源:中国科学报 发布时间:2017/7/12 9:05:43
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飞往火星的人
美国宇航员新团队吸纳科技人才

 Warren “Woody” Hoburg

Jessica Watkins

Zena Cardman   图片来源:《科学》

作为美国加州大学洛杉矶分校的一名博士生,Jessica Watkins的博士论文是关于火星上出现的扩展的山体滑坡。她依赖的是来自在轨卫星和美国宇航局(NASA)漫游者探测器的数据。但是现在,作为NASA的一名新宇航员,Watkins未来有一天将有机会亲自参观火星地形。

今年6月,这位加州大学帕萨迪纳分校的博士后成为获选加入NASA宇航员队伍的12人之一。这个新团队将作为专门的人力储备,帮助NASA通过一系列新探测器实现其将人类送往太空的目标,并最终将人类送往火星。这12人中的大多数是拥有丰富飞行经验的现役军人,但其中也有4名新宇航员是拥有科学和工程学博士学位的公民。对他们来说,能够获选加入宇航员队伍可谓实现了一生的梦想。

第22届宇航员的申请人数达到创纪录的18300人,而整体选拔人数达到350人。在接到来自得克萨斯州休斯顿的命运召唤之前,他们所有人已经有了坚实的科学基础,今年8月,他们将开始为期两年的训练。他们实现太空飞行目标的独特道路也说明了下一代美国科学家和工程师将如何训练。近日,《科学》杂志采访并报道了其中3名新宇航员的故事。

Hoburg:优化的决策

想要了解是什么让Warren “Woody” Hoburg被选中,就需要了解他想要做什么:能够围绕全球不间断飞行的太阳能驱动无人机。

“这是令我兴奋且愿意去做的事情。”今年31岁的Hoburg说。这位麻省理工学院航空学助理教授在青少年时期是一位业余火箭迷,他2008年在麻省理工学院获得学士学位,此后2014年从加州大学伯克利分校博士毕业后回到麻省理工任教。如果成功的话,Hoburg的实验室将是世界上首个完成类似周游世界旅行的团队。

无论滑雪、攀岩,做飞行员抑或搜救队员,挑战极限一直是Hoburg生命中的主题。

值得一提的是,这架太阳能飞机将利用GPkit制造,这是由Hoburg本人研发的将数学几何学与工程设计结合在一起的软件工具。GPkit已经帮助他和麻省理工的同事选择了“丛林鹰枭”(JHO)的优化设计。JHO是为美国空军打造的一架轻量无人机,可为世界上任何地方发生的灾难提供长期通信。

JHO的设计目的要满足空军要求的严格限制:这个工具可连续5天在海拔约4600米的同一高度载荷4.5公斤。Hoburg说,现有飞机无一可以胜任这一工作。GPkit帮助研究人员做了反直觉性的决定,转而利用气动飞机而非太阳能驱动的飞机。

今年5月,JHO刚试飞结束,尽管其仅在较低海拔飞行了几分钟。Hoburg希望该团队能够在今年夏末展示该无人机的持久性能。

“作为一名宇航员,我将有很多机会与校园群体互动,鼓励他们追求科学、工程和数学。”Hoburg说,“从我开始建造火箭起,做一名宇航员的梦想就一直印刻在我的心里。”但他也不得不接受将离开麻省理工的事实。“一旦向休斯顿报告,我将永远离开。一想到要离开麻省理工,我就非常难过。但我不可能对NASA说不,这个机会太好了。”他说。

Watkins:脚踏两颗星

如果能在火星上行走,Watkins绝对会去的一个地方将是Naukluft高原。这位行星地质学家想去穿越对NASA“好奇”号探测器来说过于危险的岩屑和石矶地带。该探测器过去5年一直在探索这颗红色星球上的盖尔陨坑。

今年29岁的Watkins是新班级中最年轻的成员,她从小就想成为一名宇航员。然而,她对地质学的热爱却要晚一些。在加州斯坦福大学本科毕业后,她的第一个目标是成为一名机械工程师。

“我认为工程学是我成为宇航员的一条路径。”她说。然而,大学第二年工程学课程“噩梦般的组合”开始让她重新思考职业计划。

“因此,我要重新调整这两件事。”她回忆说,“或者我需要找到感兴趣的新领域帮我实现成为宇航员的目标,或者我要放弃这个目标。为此我开始寻找另一扇门,而我找到了地质学。”

她在伯克利期间研究的长段滑坡主体位于水手谷,一条长4000公里、深7000米的峡谷。而类似的地质滑坡在地球上主要是冰川滑坡。行星地质学家认为这些现象之间存在相关性,这种相关性正是吸引Watlins的地方。

“对我来说,仔细观察地球也非常重要,因为地形地质学是行星地质学的基础。”她说。为此,从伯克利毕业之后,Watkins跟随地质学家、火星科学实验室(MSL)项目首席科学家以及由NASA喷气推进实验室管理的“好奇”号漫游者项目负责人John Grotzinger做博士后。

现在担任加州理工学院地质和行星科学系主任的Grotzinger对Watkins的另一个职业也感到吃惊。“我们在谈论橄榄球时,我问她是否计划参加2016年的奥林匹克运动会国家队。”他回忆说,“她一点儿也不像在吹牛,而是告诉我,‘我就在其中。但我想成为宇航员,所以不打算继续了。’”

对Watkins来说,做这两件事都毫不费力。“能够做这两件事,我觉得非常幸运。”她说,“能够作为第一批看到火星图像的科研人员,我觉得它对我的重要性无可取代。同时,我也很享受操作方面的事情,即帮助决定我们每一天希望获得什么样的数据。”

现在,她正在修改一份描写盖尔陨坑中夏普山沉积层不一致性的文章,这是调节火星湿润—干旱循环的记录。她希望在今年8月去休斯顿之前完成它。

Cardman:抓住好机会

在Zena Cardman决定去往太空之前,她的一个目标是到达地球上最遥远的地方:南极。

今年29岁的Cardman刚到北卡罗莱纳州大学教堂山分校攻读生物领域的博士学位。“我想看看那里的极端环境并做一些研究。所以我找了80位曾在南极洲工作的科学家,然后厚着脸皮给他们写了信。”

并未出乎意料,大多数科学家忽视了她的主动要求。但加州莫菲特菲尔德NASA艾姆斯研究中心地质学家Darlene Lim给她提供了一个很好的机会:在加拿大湖泊监测早期化石记录以及模拟在火星上做类似研究需要什么样的项目。

Cardman立即回复愿意去,为此在过去10年中,她每年夏季都要在不列颠哥伦比亚亭湖待上几周。现在Lim还在进行一个类似的双重目的的研究项目——有关熔岩地形生物模拟项目,这需要了解爱达荷州和夏威夷州的玄武岩火山地形。Cardman也参与了这个项目。

这与下一步Cardman希望开展的工作存在直接联系。“它模拟一名非专业领域的宇航员在收集样本,然后将正确的信息传给有专家成员的遥远团队。”她解释说。让这一链条发挥作用的后方管理令人却步,它包括从应对30分钟以上的传输延迟到确保宇航员和专家在选择最有希望的样本地点时协同作战等。

让所利用的技术发挥最大作用是另一个目标。“我们还在学习如何放置相机。”Cardman补充说,“这需要在样本特写镜头和更大的背景范围之间做取舍,此外通过观察宇航员的手看他们采集样本时是否正确也很重要。”

此前,在联邦项目支持下,Cardman已经参与了这些以及其他的项目,但这些项目目前正在受到特朗普政府的攻击。在听到NASA的召唤时,Cardman的洞穴生物膜研究工作刚做了一半,她表示不确定是否能够完成该研究。“在头两年,我们的课程管理非常严格。”她说,“但之后就会比较灵活。”

“或许到时我可以决定是否要完成博士学位。”她说,“或许我会觉得获得博士学位也不能让我成为更好的宇航员,它可能会让我不能参加地面项目,甚至是飞行。”

无论她如何决定,Lim都会支持她。“我的任务是尽自己的最大努力,当Zena去火星时,她会完全准备好那次旅行。”(晋楠编译)

《中国科学报》 (2017-07-12 第3版 国际)
 
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