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人类为什么不再登月了?

虎嗅APP 07-22

虽然我们都知道今年是人类登月 50 周年(当然,同时也是互联网发明 50 周年),然而一个耐人寻味的数据是:人类的登月史只维持了短短三年(1969~1972)。此后连续 47 年,再无任何一位人类登上过月球。

这就导致了一种声音在全球广为流传:50 年前的那个登月神话,那些诞生于媒体和互联网都不完善年代的国家级工程,是不是压根都是假的?

别笑,随着时间推移,这种质疑不仅未见消失,反而还愈演愈烈—— 1979 年只有 6% 的美国人相信 " 阿波罗 11 号 " 飞船载人登月是骗局,到了 1999 年,相信 " 登月阴谋论 " 的美国人增加到了 11%,2009 年时这一数据上升到了 22%。而最近的调查表明,10% 的美国人,16% 的英国人和 20% 的意大利人,都觉得 50 年前的那场登月不靠谱。如果你打开中国高知互联网用户比例最高的知乎,搜索 " 登月 ",那么关联的词汇自动就会显示 " 骗局、造假、是真的吗 "。而在豆瓣的 " 登月 50 年专题 " 中,用户们自发上传的内容中,也不乏大量质疑登月造假之声。

关于 " 登月阴谋论 " 相关的讨论早已汗牛充栋,常见的质疑和谣言也都早被驳斥不知多少遍(比如月球上的美国国旗被吹动等),然而这似乎并没有打消公众的广泛疑虑。

问题出在哪里?显然,大多数人是不可能具备足够知识储备和逻辑素养,更没时间去详细查证的,这是其一。更关键的是,权威科学机构或媒体们,此前很少从用户心理出发,沿着他们朴素的认知推断,去找到质疑发生的根源。而唯有解释清楚这些根源,才可能真正动摇公众的观点。

所谓朴素的认知推断,大致有以下三类——

一是 "50 年前技术那么落后,怎么可能把人送上天?"; 二是 " 你说能把人送上天,为什么 1972 年之后 40 多年来,再没人类登过月?";三是 " 登月肯定没什么价值,否则除了美国别的国家为什么不登月?"

本文将就这三个问题,逐个聊一聊。

为什么 50 年前的科技能把人送上月球

这是所有质疑的原点之一,正如美国的 " 国博杂志 "《史密森尼》撰文所述——

" 当约翰 · 肯尼迪总统在 1961 年宣布美国将要登月时,他正致力于让国家做一些根本无法做到的事情。我们缺乏工具或设备——火箭、发射台,太空服、计算机或微重力食物。而且我们甚至不知道我们需要什么,我们没有清单,世界上没有人有清单 …… 为了让我们登上月球,必须解决一万个问题。"

然而事实上,情况远没有当时和后人想象的那样糟糕。1960 年代的美国,已经拥有了足以将登月梦想变为现实的基础科技储备。

首先是运力,载人登月的基础,是能够把一百多吨重的宇航员、登月舱、生存补给、计算机等负载,送上近地轨道。这就要求必须有强力且稳定的巨型火箭。

幸运的是,NASA 在 1960 年启用了马歇尔空间飞行中心,而这个中心的主任,就是德裔火箭专家冯 · 布劳恩——他在二战时设计出了著名的 V2 火箭,几乎是 20 世纪最出色的航天天才之一。

冯 • 布劳恩此前设计洲际导弹的经验,已经成功将人造卫星送上天。随后他又在此基础上,设计出了人类至今无法逾越的巨型火箭 " 土星 5 号 "。这个高 111 米,总质量 3000 吨,能将 118 吨负载送入近地轨道的巨无霸,几乎以零失误率圆满保障了阿波罗系列的所有任务。相比之下,同时代苏联 N1 火箭的试射,则每次都以失误和事故收场。

1969 年 7 月 16 日,阿波罗 11 号起飞 图:NASA

第二个决定阿波罗计划的关键技术,也恰好诞生于肯尼迪讲话的三年前—— 1958 年,美国物理学家杰克 · 基尔比完成了一个名为芯片(集成电路)的雏形产品。这种当时还并不足够成熟的技术,却是 50 年后每个地球人如同空气与水般不可或缺的产品。

1962 年时,麻省理工的工程师正式使用芯片技术改进太空计算机,让计算机运行速度提升了 2.5 倍,所占空间减少了 40%。1965 年时,摩尔定律被提出:每两年计算机芯片的能力增加一倍,即使成本在同时下降。

当时,计算机还是重达几百公斤充满整个房间的庞然大物。在 15 吨重的登月舱中,每减少一公斤质量,每降低一立方厘米体积,都是了不得的成就。芯片,让计算机进入天空成为可能。

阿波罗号导航计算机的封装集成电路 图:NASA

如果说前两项技术拓展了可能性,打开了技术上限。那么第三项技术突破则是关键的 " 技术兜底 ",保障了登月工程的可行性,夯实了整个系统的下限。

早在阿波罗计划的起初,NASA 就已经开始考虑人类登陆月球所需的计算能力。这不仅仅是对太空舱的计算能力,还需要一个复杂而强大的网络来处理月球任务的所有数据,一个可以接收,管理,使用和转移所有数据——发送到航天器的信息以及传回地球的信息。那个数据量对于当时的计算能力而言,无疑是海量的。

更可怕的是,当时人类使用计算机的习惯,是发送一个计算指令后,往往就去做别的事情了,因为计算机往往要几个小时甚至几天后才能得出结果。甚至于,当时的计算机平均年故障率有几个星期。这对于要在月球实时接受地面指令,并事关生死的宇航员来说,都是完全不可想象的。

好在 1964 年 4 月 7 日时,IBM 推出了一款名为 system/360 的大型机,这个产品的设计融合了 IBM 从早期与航天局合作中汲取的经验教训——

首先,这个产品的兼容性是划时代的,人类可以从利用 " 计算机 " 实现特定任务的自动化,飞跃为通过 " 计算机系统 " 管理复杂的流程。阿波罗控制中心利用五台 System/360 搭建了被称为 RTCC(实时计算机综合系统)的大型机房,负责收集、处理并发送任务控制信息,并且计算速度之快几乎没有延误。

其次,IBM 员工研制了微型集成电路,用于将 System/360 大型机从相当于电冰箱的尺寸缩减到公文包大小,并使其足够坚固,能够进入太空。而系统的稳定性也远超 NASA 制定的标准。

此外,整个土星 5 号火箭的导向、指挥、遥测等功能,完全依赖于火箭第三级上安装的 IBM 计算机,其每秒发布 25 次信号,帮助火箭在发射过程中处于正确的路线。总计有四千名 IBM 员工研制了相关计算机系统,并且为阿波罗计划的启动和指导其安全登陆月球而编写了复杂的软件程序。

IBM 程序员在查看登月计算机的方程式

1967 年,在美国纽约州 Owego 的 IBM 办公室,阿姆斯特朗(最右)等宇航员们参观了双子座宇宙飞船模型。Owego 的测试使用了航天器模型和 IBM 7090 编程,就像一台机载计算机。两年后,阿姆斯特朗使用 IBM Gemini 计算机引导 Gemini 8 在太平洋安全着陆。

阿姆斯特朗在 IBM 参观飞船模型

1969 年 7 月 20 日,就在距离阿姆斯特朗迈出 " 人类一大步 " 约 122 米的月球上空,登月舱里突然响起了刺耳的警报声。警报向 NASA 显示机载电脑可能会随时停机并导致无法顺利登月。当时,留给阿姆斯特朗决定是否继续执行登月计划的时间只有短短几秒钟。

严谨和可靠在此刻显得如此可贵,参与登月项目的 IBM 工程师团队在此前的模拟测试中对这一情况早有演练。他们迅速向 NASA 报告,这一警报不会导致电脑停机,可以继续执行登月计划。

几分钟后,背负着人类使命的阿姆斯特朗从登月舱走出,在月球上留下了那个载入史册的脚印。

阿波罗 11 号的飞行指挥员 Gene Kranz 曾说过:" 我们在做出继续还是停止决定时使用的系统信息由 IBM 开发,而当天的最终决定是由 IBM 工程师操作的计算机提供给我的。如果没有 IBM 及其提供的系统,我们就无法成功登月。"

IBM 工程师在监控阿波罗号的发射

如上所述,总之在 1961 年 5 月至 1969 年 7 月期间,这些挑战中的每一个都得到了解决。宇航员之所以能飞向月球,因为美国数十万科学家,工程师,管理人员和工厂工人解开了一系列谜题,也因为当时的美国恰好已经具备了火箭、芯片、大型机等划时代的质变级科技储备。

为什么 40 多年来,再没人类登过月?

1972 年 12 月 14 日,美国宇航员尤金 · 赛尔南钻进了登月舱,身后是人类在月球留下的最后一个脚印。此后,再无人类登上过月球。

" 你说 50 年前就有人登过月,那为什么随着技术进步,后来反而再没听说有人上去过?" 这几乎所有 " 朴素质疑 " 中最核心,也是最强有力的一个。

而回答这个问题,首先要搞明白,50 年前人类为什么要上月球。上一个问题我们解决的是 " 为什么能 ",这个问题则是 " 为什么要 "。

上世纪 60 年代初,NASA 局长曾经向政府要求拨款,用于太空环境的研究。肯尼迪总统打断了他:" 我们所做的一切都是为了比苏联人更早登上月球,否则绝不会花这么多钱给阿波罗,因为我对太空不怎么感兴趣。"

现实的确如此,整个美国载人航天计划的初衷,就是冷战环境下为了打击对方气焰、彰显自身优势、占据战略高地的需要。这也就导致在开销上的经济不敏感,在目标和路线上显得不足够理性(同时代的苏联只是有过之而无不及)。

有人估算,整个阿波罗计划前后花费折合计价,相当于现在的 2000 亿美元。仅 1966 一年的费用,就相当于美国 GDP 的 4.5%。再形象一些地说,每发射一艘用于登月的土星五号重型火箭,就相当于烧掉一艘航空母舰。上文提及的集成电路,麻省理工从德州仪器公司买一块就相当于如今的 9000 美元,每次都是一买几十块。

这种开销,对于任何一个国家都是不可持续的。

1965 年的美国宇航局戈达德飞行中心

肯尼迪角,此刻人们在观看阿波罗发射

肯尼迪航天中心,经费在燃烧 ……

再说技术路线上的不理性。实际上,很快就有人发现,登月的直接收益并不显著。月球基本上就是一片孤寂的荒漠,整个月球上最有用的氦三也无法开发。如果只是派人上去采采石头,拍个照,那还不如派机器人上去——这就免掉了大量的成本和空间,任务难度大幅下降。

尤其是 " 太空战 " 原本的军事目的,近地空间争夺远比登月有价值多了。近地卫星的收益大,成本低,空间站还可以加装武器。离地球几十万公里远的月亮,可起不到这些作用。

所以,当技术已经磨练打通之后,就没必要再一次次重复烧钱。这是美国之后不再登月的根本原因。

至于其他国家 …… 就在前两天,印度的 " 月船 2 号 " 火箭发射因技术故障临时取消;中国和日本虽说要争夺登月机会,也都把日期设定在 2030 年左右。不得不说,在登月的这条路上,行者众多,但大都刚刚迈过起跑线。

登月没有价值吗?

正因为上述原因,才有人随之判断," 你看,登月劳民伤财,又没啥发现和可利用资源,所以除了美国没人搞 "。

实际上,各世界主要国家都在搞航天和探月工程,如上文所述,只是和美国差距太大搞起来没那么快。至于有人质疑登月没有价值,那可是完全说错了。

除了芯片和大型机的发展,阿波罗计划为了在月球采集地表下面的岩石样本,最终推动了便携式无线吸尘器的发展;为了检查火箭与登月飞行器零部件的结构是否完整,最终推动了 CT 扫描技术的发展;为了创造出更能耐受撞击与压力的航空服,最终推动了 NIKE 的气垫式运动鞋;为了能够源源不断地从太阳辐射中获取能量,最终推动了太阳能电池的发展;为了能够控制月球着陆器与月球车,最终推动了鼠标的发展 …… 这个长长的名单还包括脱水蔬菜、石英钟、软件工程、实时数据库,甚至于女性的平等就业权 ……

不过在这么多林林总总的时代进步中,我觉得最温馨的一个细节是这个——

" 阿波罗 11 号的三位宇航员彼此个性不同,他们从未成为好朋友,只是工作伙伴。在不需要工作和直播的时间里,飞行器中保持着长久的沉默,三人之间并没太多交流。阿姆斯特朗和奥尔德林会研究月球表面照片,柯林斯则有时自说自话。三人有时会欣赏古典音乐,在静谧的氛围中奔向月球。"

这其实是一种非常有隐患的状态。因为科学家公认,人类未来最有可能移民,获得航天大发现的地方,是火星,这也是人类的下一个技术攻关热点。然而火星是个距离地球往返 600 多天的星球,宇航员在这漫长而孤独的旅途中,无论在心理还是生理上都会遭遇巨大挑战,漫长的任务时长,逼仄狭隘的空间,极易引发各种心理问题,这和几天就能到达的月球完全不同。

所以当年帮助阿波罗登月的 IBM,如今又研发了人类的第一个人工智能宇航员助手 CIMON,并已于去年进入太空,协助宇航员工作。这种机器人不仅能对话,有表情,还可以帮助宇航员工作,减轻其负担,并给宇航员解闷。

第一个人工智能宇航员助手 CIMON

保持这些人类先驱的良好状态,也是人类航天从当年粗放驱动,到如今理性发展的一个转变缩影。

后记

让我们回到最开始的问题:50 年前的那个登月神话,究竟是不是真的?它也有最简单直观的回答:数十万的亲历者,他们在年轻时投身于登月这项人类的壮举。IBM 采访了五十年前参与登月项目的工程师们,亲述五十年前的登月故事。听听登月是如何投射在这些工程师身上,真真切切地影响了他们一代人。

【视频】IBM 与登月 50 周年 https://v.qq.com/x/page/u0900fv4ssw.html

登月不仅仅影响了参与者个体,它也带动了人类科技进入信息时代。

美国几乎所有的技术领域都从 20 世纪六七十年代的这笔投资中受益。有专家估算,政府每往 NASA 投入 1 美元,就会产生价值 7 至 8 美元的商品和服务。IBM、惠普、微软、英特尔、AT&T 和高通等美国商业公司都是或多或少受此恩惠而发展起来的;而波音和通用电气等公司则直接受益于航天科技的发展。

更重要的是,如果没有阿波罗计划,很难想象今天的人们会花大量时间用笔记本电脑或智能手机玩社交网络。" 功耗、质量、体积和数据速率——所有这些因素都对实现空间飞行至关重要,而它们又带来了技术的重大变革。"

下次再质疑登月的真相或意义的时候,可以回想他们说过的话。或者最简单地,请低下头,好好看看掌中的手机。

特别策划

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