重磅│給太空探索算算帳,NASA現在有多窮


重磅│給太空探索算算帳,NASA現在有多窮

2021-02-25 DeepTech深科技

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編者按:在人類探索太空的歷史上,有太多激動人心的故事。然而,我們爲這份激動付出的「代價」也越來越大。面對太空探索節節攀升的費用,我們的腦海中也許會浮現出一連串的問號:太空探索究竟花了多少錢?我們從太空探索中獲得了什麼?太空探索真的值得嗎?不過,如果我們真的仔細給太空探索算算帳,就會發現即使是看起來財大氣粗的NASA,也會有窮得爲錢發愁的時候。

美國參議院預算委員會剛剛在4月份審議了美國國家航空航天局(NASA)2017財年的預算,總額達到193.06億美元。

然而,當這樣一大塊蛋糕擺在NASA面前的時候,很多人卻高興不起來。他們擔心的不只是錢不夠花,還有在預算逐年增加的同時,本應是主角的科學家卻沒有獲得足夠的發言權,而參議員們更在乎的是政治的博弈和經濟的考量。

從美國總統歐巴馬到NASA的大部分科學家,都希望能夠重新賦予NASA完成一項偉大使命的能力,使NASA再現20世紀60、70年代執行登月任務時的雄風。在可見的未來,這項使命無疑將是人類的火星之旅。因此,看起來NASA現在有必要集中全力(包括人力、物力和財力)來開展相關技術的研究工作,特別是要有效地利用並不充裕的資金。

然而,掌握撥付資金大權的參議員卻不這麼想,他們似乎更希望NASA花重金去開發一款目前看來沒有明顯應用前景的火箭——太空發射系統(Space Launch System rocket,SLS),他們也更願意爲此撥付相應的資金。

資金池就這麼大,其他項目的預算受到影響就顯而易見。在預算呈現出的一個「大數字」的背後,很多研究的日子其實過得很拮据,例如在2013年年底,NASA提出一個削減行星科學經費的計劃,大名鼎鼎的好奇號火星車和卡西尼號土星探測器差點因爲經費短缺而被提前終止。

太空發射系統(SLS)發射想像圖

作爲太空探索門外漢的參議員們爲何如此熱衷於對NASA指手畫腳呢?這背後顯然是利益在驅使。在很多參議員看來,太空計劃與其說是人類對未知世界的探索,不如說是一門可以促進就業的「生意」——創造更多的工作崗位要比選擇合適的研究項目重要得多。

比如說,參議院能在預算中要求NASA在一個名爲RESTORE-L的衛星項目上投資1.3億美元,民主黨參議員芭芭拉·米庫斯基(Barbara Mikulski)背後的「努力」可謂「功不可沒」。

執行該項目的戈達德空間飛行中心(Goddard Space Flight Center)就位於她所在的馬里蘭州,而這顯然可以創造不少就業機會,也爲她在當地民衆的心目中加分不少。作爲交換,她也會支持參議員理察·謝爾比(Richard Shelby)增加SLS預算的要求。SLS由位於阿拉巴馬州的馬歇爾空間飛行中心(Marshall Space Flight Center)負責,而來自阿拉巴馬州的謝爾比當然要積極地爲本州的項目「代言」。

美國參議院參議員理察·謝爾比(Richard Shelby)

不過,太空探索畢竟屬於科學研究的範疇,政客們雖然會對預算進行干預,但最終還是要由科學家們來執行,而NASA的科學家們也在努力,爭取做到「好鋼用在刀刃上」。大部分的情況下,他們也確實做到這一點了。2015年,NASA在科學研究上有很多收穫,幾個大項目還引起了公衆的極大關注。

但是在這些接踵而來的驚喜背後,也有人指出,這些太空探索任務都花費不菲。即使是錢真正花在了科學家們想花的地方,太空探索「燒錢」也是不爭的事實,例如好奇號火星車的經費超過25億美元,新視野號的開支也達到7億美元。

當公衆知道錢花在什麼地方的時候,很自然地就會想問:這錢花得值嗎?

幾個太空探索項目的花費(單位:百萬美元),從上至下分別爲:新視野號、好奇號、羅塞塔號、信使號、火星飛船(印度)、旅行者2號、曙光號和卡西尼-惠更斯探測

對於各種太空探索計劃來說,前進的道路上總是荊棘叢生,質疑和批評的聲音也總是如影隨形。

比如,諾貝爾文學獎獲得者、葡萄牙著名作家若澤·薩拉馬戈(José Saramago)就曾經感嘆:「去火星仿佛比拜訪自己的鄰居更容易」。他以此來抨擊人類花費大量資金開展太空探索而對數百萬人因飢餓而死亡無動於衷。當然,很多人也持有和薩拉馬戈相似的觀點,在他們看來太空探索就是燒錢的遊戲,而那些探測器只是科學家們的大玩具而已。

但是,如果我們對人類的太空探索有更加深入的了解,我們就會得出相反的結論。我們從事實出發,看看太空探索究竟有多高的回報率,會使科學家們放棄去華爾街拿高薪的機會而在實驗室里前赴後繼、矢志不渝。

首先,讓我們來看看太空探索是否真的是那麼「燒錢」?

NASA成立於1958年7月29日。50多年來,NASA的經費有了很大的增加,以此爲基礎,它的很多研究改變了人類對宇宙的認識。但是,如果另一個角度來說,60年代其實才是NASA「錢景」最好的時候,而不是現在。

有一組對比可以說明這個問題:在20世紀60年代到70年代初,每個美國人每年大概需要爲太空事業貢獻20多美元,而如果換算成2015年的購買力的話,這個數字應該是200美元;但實際上,2014年平均每個美國人支持太空事業的數額只有54美元。另外,如果NASA在2015年按照20世紀60年代的標準獲得預算的話,那這個數字應該是650億美元,而不是事實上的175億美元。

況且,NASA有很多研究項目需要支持,還僱傭了超過6萬名員工,所以分配到每個項目上的資金就更少。以好奇號爲例,每個人美國人每年在它上面的花費只有0.41美元,還不到半個三明治的價錢!這個例子說明,太空探索的花費實際上並不是隨著經濟的發展和社會的進步而水漲船高,這個數字是被控制在很有限的範圍內的,因此「燒錢」無從說起,某種程度上看NASA還在「變窮」!

圖中顯示出NASA的5個太空探索項目(從左至右分別爲:哈勃太空望遠鏡、卡西尼探測器、好奇號火星車、新視野號探測器和歐羅巴計劃)的花費。而上圖表明,每個美國人每年對特定項目的支持金額其實是微乎其微的。

不過,即使是了解到太空探索花錢不多,也還不夠,因爲如果這些錢沒有發揮作用,打了水漂,那還是一種巨大的浪費。因此我們應該來看看,太空探索究竟獲得了哪些實際的收益。

提起太空探索的收益,有一封回信幾十年來一再被提及。也許很多人都聽過這封信的故事,但這裡我們還是值得花些筆墨再介紹一下這封信。

1970年,一位尚比亞修女瑪麗·朱昆達(Mary Jucunda)給時任NASA馬歇爾空間飛行中心(Marshall Space Flight Centre)科學副總監恩斯特·史都林格(Ernst Stuhlinger)寫信,她在信中問到:「目前地球上還有這麼多小孩子吃不上飯,你們怎麼能捨得爲遠在火星的項目花費數十億美元?」

史都林格博士後來給瑪麗·朱昆達回信,題目是《爲什麼探索太空》(Why explore space)。他在信中這樣寫到:

「通往火星的航行並不能直接提供食物解決饑荒問題。然而,它所帶來大量的新技術和新方法可以用在火星項目之外,這將產生數倍於原始花費的收益。」

恩斯特·史都林格(Ernst Stuhlinger)

史都林格博士說這話的時候絕對不是信口開河,數十年來太空探索的輝煌成就有力地印證了這句話。

電荷耦合器件,也就是我們常說的CCD,是一種半導體器件,能夠把光學影像轉化爲數位訊號。1969年美國貝爾實驗室的威拉德·博伊爾(Willard Boyle)和喬治·史密斯(George Smith)發明了CCD,他們也因此和高琨分享了2009年諾貝爾物理學獎。CCD最早就是應用於天文學,隨後它開始替代膠片在照相機、攝像頭和行動電話中得以廣泛使用。現在我們每一張漂亮的自拍,都離不開CCD的功勞。

太空探索同樣促進了醫學的發展。射電天文學家馬丁·萊爾(Martin Ryle)研發的綜合孔徑射電望遠鏡發現了支持大爆炸宇宙學的關鍵證據,他也因此獲得了1974年諾貝爾物理學獎。而在今天,這項技術已經在很多醫學成像工具中得到了應用,並拯救了無數人的生命。

今天,伴隨不斷進步的太空探索而出現的新技術,正在爲解決疾病、貧窮、食物短缺、環境汙染和全球變暖等嚴峻問題而發揮巨大的作用。例如,衛星可以在短時間內掃描大片陸地,同時觀察農作物生長所需要的多項指標,包括土壤、旱情和雨雪天氣等,及時有效地調整灌溉管理和肥料使用等,增加農作物的產量。這爲飽受飢餓困擾的國家和地區送去了糧食和希望。

到訪國際空間站的航天員的國籍分布圖

太空探索的另一個重要意義在於可以有效地促進國際合作。21世紀世界各國在科學技術領域的競爭愈發激烈,然而有些重大的科學項目只有依賴國際合作才有可能完成,國際空間站(International Space Station)就是國際合作的產物。

作爲到目前爲止最大規模的國際太空合作項目,國際空間站的建設以美國和俄羅斯爲首,另外還包括歐洲空間局、日本、加拿大和巴西等。從1998年第一個部件曙光號發射升空以來,國際空間站已經運行超過17年時間。這段時間裡,共有來自18個國家的超過200名航天員(目前是222人,數據來自NASA)拜訪過國際空間站,他們在生命科學、物理學、地球科學等領域中完成了一系列研究,取得了豐碩的成果。

雖然美俄關係自2014年烏克蘭危機爆發以來逐漸惡化,俄羅斯副總理羅戈津·德米特里·奧列戈維奇也曾在社交媒體上調侃「美國應該用蹦牀將太空人送往國際空間站」,以凸顯美國只能藉助於俄羅斯聯盟飛船將航天員送入太空的現實,並回擊美國對俄羅斯的制裁。但實際上兩國在國際空間站上的合作並沒有受到明顯的影響,正如俄羅斯航天員科爾尼克(Mikhail Kornienko)在同美國航天員斯科特·凱利(Scott Kelly)合作時所說:「在太空中,我們之間沒有國界」。

太空探索有很多實際的收益,因此「窮」NASA在成果方面很「富有」。

不過,這些富有的成果造福了人類的生活,NASA的科學家和工程師們卻並沒有因此成爲百萬富翁,他們的執著換來的回報更多的是在精神層面。而事實上,太空探索對人類的精神和思想的意義本身就比經濟利益更爲重大。

拋開現實而功利的原因不說,其實單單是「滿足好奇心」這個理由已經足以說明我們爲什麼要探索太空,因爲人類的太空探索正是始於好奇心。在人類的漫漫歷史長河中,我們已經無從得知是誰第一個數天上的星星。但有一點可以肯定,他身體裡那份對星空的好奇,已經深深嵌入我們的基因,在人類的種羣中代代傳承。

最經典的太空圖片之一:1968年聖誕節阿波羅8號在環月球軌道上拍攝的地球。人類首次從地外看到自己生活的這個生命搖籃的樣子。

2002年諾貝爾物理學獎得主里卡爾多•賈科尼(Riccardo Giacconi)曾經說過:

「真正令人驚異的不是宇宙多麼宏大人類多麼渺小,而是渺小人類1.5千克重的大腦居然可以詢問宇宙如何產生、如何演化成今天的樣子,而且可以找出令人滿意的答案,這才是真正的奇蹟。」

里卡爾多·賈科尼(Riccardo Giacconi)

人類是宇宙演化不可思議的產物,在地球上孕育成長的人類卻對搖籃外的世界格外著迷。當人類把目光投向太空的時候,人類自身的精神世界也被深刻改變。太空探索在不斷爲我們揭示更多奧妙的同時,也見證了人類面對挫折的樂觀態度和永不言敗的進取精神,這些都是人類寶貴的精神財富。

月球很遠,火星更遠,但是當它們成爲激勵人類不斷向前的動力的時候,它們就與我們生活的世界緊緊相連,並值得我們花費時間和精力去探索。

參考資料:

[1] http://www.iau.org/public/themes/why_is_astronomy_important/

[2] http://www.popsci.com/real-cost-nasa-missions

[3] http://arstechnica.com/science/2016/04/new-nasa-budget-eats-the-seed-corn-of-its-journey-to-mars/

[4] http://html.rhhz.net/kjdb/20140319.htm

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