空间探测的先锋

在美国西海岸加利福尼亚州洛杉矶地区东北部有一个名为帕萨迪纳的小城，世界闻名的加州理工学院就座落于此。在离加州理工学院不远的地方，有一片被群山环抱的建筑，那就是大名鼎鼎的美国航空航天局喷射推进实验室。
　　实验室作为现代科学研究机构中必不可少的重要组成部分，肩负着极其重大的使命，而作为业界翘楚的美国喷射推进实验室，无疑是学界的一大“圣地”。如果仅从其名称来看，喷射推进实验室似乎只是一个普通的实验室而已，但实际上它是一个占地面积达72公顷、拥有各种先进设备、功能完备的科研实体。
　　喷射推进实验室是美国航空航天局的一个下属机构，所需科研经费主要由联邦财政拨款（最近几年该实验室的年度预算均将近15亿美元），行政上则由加州理工学院负责管理。目前，喷射推进实验室的主要任务是开发和管理各种无人太空探测项目以及环地轨道、天文探测和深空探测任务。
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　　实验室的归属之争
　　关于喷射推进实验室的归属问题，还有一个有趣的故事。实验室的设施有很大一部分位于另一个小城——拉肯纳达·弗林屈奇市的土地上，这座小城由南北两部分组成，北部叫拉肯纳达，在西班牙语中的意思是峡谷，南部叫弗林屈奇，这是兴建它的美国议员的名字。因为实验室的通信地址一般都写在帕萨迪纳市的名下，所以这引起了拉肯纳达·弗林屈奇市市民的极大不满。两座小城也常常因为争抢喷射推进实验室的地址落款而争执不休，颇有些类似中国一些相邻的城市之间争抢旅游景点或文化古迹所在地。
　　
　　大师奠基——实验室的由来
　　喷射推进实验室始建于1936年，其前身为加州理工学院的古根海姆宇航实验室。古根海姆宇航实验室于1926年在丹尼尔·古根海姆基金的资助下建立。该基金是由美国商人、慈善家丹尼尔·古根海姆和他的儿子——身兼商人、外交官、出版商和飞行家多重身份的哈利·古根海姆于1926年6月16日共同捐资设立的，旨在推动当时航空飞行的科学研究。
　　1930年，哈利·古根海姆与时任加州理工学院校长的罗伯特·米利肯 （曾获1923年诺贝尔物理学奖）共同说服了著名的匈牙利籍犹太数学家、航空航天工程学家和物理学家西奥多·冯·卡门移民美国并领导古根海姆宇航实验室。我国著名科学家钱学森作为冯·卡门的得意门生，也成为了喷射推进实验室初创时期6人小组中的一员。在冯·卡门的领导下，实验室于1936年开始了对火箭的研究。喷射推进实验室是世界上第一个、同时也是1936～1940年间唯一一个以高校为基地的火箭研究中心，是世界空间科学与技术的发祥地。
　　慧眼识才——实验室的科学精神
　　冯·卡门对钱学森颇为欣赏，曾经说道：“我发现他非常富有想象力，他具有天赋的数学才智，这种才智是我不常遇到的。”冯·卡门是当时世界上空气动力学方面的顶尖学者，他对学生的要求与众不同，他极其看重学生的创新精神。冯·卡门认为，任何一个工程技术问题根本就没有什么百分之百的准确答案，如果有，那也只是解决问题和开拓问题的方法。在这样的学术环境下，钱学森的思维变得十分活跃和开放，他不仅听冯·卡门讲授的空气动力学，还经常去物理系、化学系和生物学系听课。很快，钱学森就变成了学院的著名人物。
　　有一次，著名科学家、时任物理系教授的保罗·爱泼斯坦对冯·卡门说：“你的学生钱学森有时在我的班上听课，他才华横溢。”
　　“是的，他极为优秀。”冯·卡门回答。
　　“那么，请你告诉我，你是否觉得他有犹太血统？”同是犹太人的爱泼斯坦诙谐地追问道。
　　冯·卡门没有回答，而是耸了耸肩，开心地笑了起来。这两位大师之间的幽默对白同时表达了他们对钱学森发自内心的赞许。
　　此外，冯·卡门还倡导自由民主的学风，鼓励学生们在学术上勇于自由地发表意见。在一次学术研讨会上，钱学森刚念完自己的一篇论文，就有一位老教授站起来提了不同意见，结果被钱学森毫不客气地顶了回去。当时，彼此都没有在意，讨论继续进行。
　　会后，冯·卡门笑着问钱学森：“你知道那位老人是谁吗？”钱学森说不知道。冯·卡门笑得更欢了：“他就是大名鼎鼎的冯·米塞斯呀！”这下轮到钱学森大吃一惊了：“我的天，他就是力学权威冯·米塞斯啊！”但是，冯·卡门并没有因为钱学森顶撞了权威而责备他，反而称赞道：“不过，你回答他的那句话好极了。”
　　
　　同样的事情也曾经发生在这对师生之间。有一次两人为了一个问题争论得不可开交，冯·卡门甚至大发脾气，把东西摔在了地上。钱学森从未见到冯·卡门如此生气，就不声不响地离开了。不料第二天下午，冯·卡门突然来找钱学森，面带歉意地对他说：“昨天下午，你是正确的，我是错误的。”这让钱学森感动不已，也让他深刻地认识了一位大师的风范，这一切对他以后的学术生涯影响很大。
　　1939年夏，钱学森获得加州理工学院航空、数学博士学位。
　　出手不凡——实验室在战争中的角色
　　第二次世界大战期间，喷射推进实验室承担了更多与军事有关的任务。美国军方就曾委托喷射推进实验室对有关纳粹德国研制的V2火箭及其他一些军事工程项目的情报进行科学评估。1939年，喷射推进实验室在美国陆军的资助下进行了一些关于火箭的项目研究。1941年，实验室首次向美国军方展示了可用于缩短飞机起飞滑跑距离的助推起飞火箭。1943年，以冯·卡门为首成立了一个公司专门制造助推起飞火箭，到了11月，这个机构启用了喷射推进实验室这个名称，正式成为了加州理工学院管辖下的军方研究机构。二战结束后，喷射推进实验室先后研发了两种进入实战部署的武器系统：MGM-5“下士”和MGM-29 “中士”近程弹道导弹。“下士”近程弹道导弹是美国第一种可以携带核弹头的弹道导弹，也可以配用常规弹头，它还是美国第一种被出售给外国（英国）的弹道导弹。1955年第一个“下士”导弹营被部署在欧洲，到1964年为止，美国一共正式部署了6个“下士”导弹营。“下士”导弹的最大射程约为139千米，由于导弹采用了液体火箭发动机，使用的燃料具有很强的腐蚀性，导致装填作业异常危险和繁琐。同时，复杂的液体火箭发动机降低了可靠性，落后的制导方式使得命中精度也很差，所有这一切最终导致“下士”导弹被使用固体火箭发动机的“中士”导弹所取代。“中士”近程弹道导弹是美国陆军研发的第一种采用固体燃料的地对地导弹，而喷射推进实验室正是主要合同商。1962年“中士”导弹入役，并于次年开始正式部署海外。“中士”的制导方式是惯性导航而非“下士”的指令制导，这样可以提供更强的抗干扰能力，所需的地面支持设施也更少。“中士”导弹发射前的准备工作所需时间更短，操作也更为安全。
　　在冷战高峰期间，喷射推进实验室还研发了一系列原型武器系统（指未能进入部队正式服役的武器系统），如洛基防空导弹系统和阿洛比探空火箭的前身等。
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　　实验室的第一位女性科学家
　　早在20世纪四五十年代，喷射推进实验室就开始录用女性员工，主要工作是操作用来计算弹道的机械式计算机，当时这个计算组的操作人员都是女性。然而，直到1961年，丹娜·尤勒瑞才作为实验室雇佣的第一位女性科学家正式开始与男性同事们一起工作。丹娜是一名出色的计算机科学家，1959年毕业于爱荷华州的格林尼尔学院，获得英语文学和数学的双学位，后又于1975年在特拉华大学获得计算机科学专业的博士学位。丹娜在喷射推进实验室的主要工作是为各种项目进行建模和算法设计，这些项目包括美国航空航天局的深空探测网以及测距者计划与水手计划所使用的实时自动跟踪系统。
　　空间探索——实验室的现在与未来
　　1958年12月，喷射推进实验室转归美国航空航天局管理，成为该局行星探测飞行器项目的主要负责机构。喷射推进实验室的无人星际探索任务就此开始，实验室在白沙导弹靶场、爱德华兹空军基地等地开展了大量的火箭实验任务。
　　喷射推进实验室曾在1939年研发过登月飞行器，这一飞行器设计甚至影响了20世纪60年代的“阿波罗登月计划”。作为在深空探测领域内处于世界领先地位的科研机构，喷射推进实验室先后为“阿波罗登月计划”进行了很多先期的勘测工作，并向火星、金星和水星发射了无人探测器。自20世纪60年代以来，喷射推进实验室已经主持和参与了上百次空间探测飞行项目，包括著名的探索者计划、先锋计划、海盗计划、伽利略木星探测计划和火星漫步计划等，并向太阳系的多个行星发射了无人探测飞行器。
　　实验室的科学家们主要使用自主研发的各种无人飞行器上所搭载的先进探测设备，对地球及其周边行星系统和深太空进行探测和实验研究。喷射推进实验室的科研范围很广，覆盖了行星科学、天体物理学、地球科学等诸多学科领域，执行的也多是可以引导新观测需求和新概念任务的前沿性、基础性研究。例如，实验室的技术研发就涵盖了机器人系统、远程传感仪器、深空通信与导航、精确飞行、对地观测与环境监护等诸多领域。此外，喷射推进实验室还成功地将多项空间技术成功地应用于国土安全、公众安全和医药健康等领域，堪称基础研究向应用技术领域转移的典范。
　　实验室目前最引人注目的三大科研项目为：1.“火星科学实验室任务”，该项目主要通过发射无人太空探测器（即于2012年8月成功登陆火星的“好奇”号火星车）对火星进行科学探测，“好奇”号火星车携带了大量由各国科学家合作研制的探测设备，旨在研究火星的气候、地质、矿藏情况以及是否有存在生命可能性，以便为将来的人类登陆火星计划做准备;2.“卡西尼——惠更斯”计划，即土星探测计划，该项目也是通过发射无人太空探测器来研究土星及其卫星的相关情况;3.“X射线核光谱望远镜阵列”，用于探测黑洞，以及通过对尚存的大质量恒星的成像来了解在它们爆炸时元素是如何形成的。在未来的10年间，喷射推进实验室还将计划实施多达十几次的太空探测器发射任务。
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　　实验室的 “练摊日”
　　喷射推进实验室在每年的5月或6月，设有一年一度的公众开放日。届时公众将有机会参观一些平时不对外公开的工作区域，包括装配和测试太空飞行器的车间等，还可以拍照留念。借此机会，还有许多实验室的科学家会出来“练摊”，拿出自己的研究成果向公众展示，并现场答疑解惑。公众开放日不但是科学家向公众进行科普、与外界形成良性互动的好机会，而且还可以为实验室争取到更多的科研经费大造声势。
　　经过近80年的发展，今天的喷射推进实验室已经是美国航空航天局下属的最重要的实验室，拥有雇员近1万人，其中全职的雇员约有5000人，另有数千名合同制工作人员，其中仅华裔科学家就有300多人，可谓世界上最大的实验室了。
　　作为世界一流的实验室，喷射推进实验室不但拥有辉煌的历史，更执着地行进在科学探索的前沿。在可以预见的将来，拥有大批优秀科学家和先进设备的喷射推进实验室仍将继续保持其在空间探测领域内的领先地位，为人类揭开更多太空深处的秘密。
　　【责任编辑】张小萌