改變世界的一步

白孟宸 /文

不知不覺，人類實(shí)現(xiàn)登月已有50 個(gè)年頭。1969年7 月20 日，全世界數(shù)百萬人通過廣播聽到了尼爾·阿姆斯特朗著名的“一小步和一大步”的宣言。但對(duì)一些人而言，阿波羅11 號(hào)飛船安全在月球上降落，僅僅是一個(gè)偉大挑戰(zhàn)的開始。2007 年，曾參與阿波羅計(jì)劃的宇航員尤金·塞爾南在總結(jié)阿波羅計(jì)劃意義時(shí)指出：“‘阿波羅計(jì)劃’的十年，是60 年代和70 年代之間最關(guān)鍵的，被我們所抓住的十年。”

——計(jì)算機(jī)駕駛飛船

麻省理工學(xué)院儀器實(shí)驗(yàn)室的制導(dǎo)技術(shù)專家布萊爾·史密斯后來回憶，當(dāng)他和同事們聽到阿姆斯特朗振奮人心的宣言時(shí)，才真正開始緊張起來，甚至有人向上帝禱告，希望麻省理工研制的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)能夠保證阿波羅11 號(hào)成功返回地球。

如今，麻省理工學(xué)院儀器實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)更名為德雷帕實(shí)驗(yàn)室，它仍然是美國國家航空航天局幾乎所有深空探索項(xiàng)目最重要的合作方之一。事實(shí)上，如今被全世界廣泛使用的“軟件工程”一詞同樣是阿波羅計(jì)劃的副產(chǎn)品之一。當(dāng)時(shí)擔(dān)任麻省理工學(xué)院儀器實(shí)驗(yàn)室軟件工程部主任的瑪格麗特·漢密爾頓創(chuàng)造了這一術(shù)語，并通過領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)解決工程問題讓科學(xué)界承認(rèn)了軟件編程已經(jīng)是一門成熟的系統(tǒng)工程。在阿波羅11號(hào)項(xiàng)目中，軟件工程師在關(guān)鍵時(shí)刻對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的準(zhǔn)確判斷以及快速解決故障的能力，扭轉(zhuǎn)了NASA 乃至整個(gè)科學(xué)界對(duì)軟件編程技術(shù)的輕視。

軟件工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得阿波羅計(jì)劃的飛船成為全世界最早使用數(shù)字電傳飛行控制技術(shù)的飛行器。尼爾·阿姆斯特朗日后在回憶錄中寫道，自己只是去了月球，然后又被送了回來。在宇航員看來，駕駛登月艙的實(shí)際上是計(jì)算機(jī)，而非宇航員。

事實(shí)上，即便阿姆斯特朗這樣一位出類拔萃的飛行員，也不可能同時(shí)操縱登月艙上的兩臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和16部姿態(tài)控制推進(jìn)器，只有計(jì)算機(jī)才能完成這一“不可能完成的任務(wù)”。因此，阿波羅計(jì)劃的科技人員們將飛船姿態(tài)控制變?yōu)橐粋€(gè)準(zhǔn)確的甚至是有些理想化的數(shù)學(xué)模型，宇航員給出指令，而計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)解算如何完成并在極短時(shí)間內(nèi)操縱推進(jìn)器和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來最終實(shí)現(xiàn)宇航員的指令。

阿波羅計(jì)劃的成功使得美國國家航空航天局認(rèn)識(shí)到數(shù)字電傳操縱技術(shù)的價(jià)值。尼爾·阿姆斯特朗在進(jìn)入NASA 高級(jí)研究和技術(shù)辦公室之后，在各種場(chǎng)合現(xiàn)身說法為數(shù)字電傳操縱技術(shù)搖旗吶喊。1972 年在美國海軍的F-8 艦載戰(zhàn)斗機(jī)基礎(chǔ)上該轉(zhuǎn)了第一架完全依賴數(shù)字電傳操縱系統(tǒng)的高性能驗(yàn)證機(jī)。如今數(shù)字電傳操縱技術(shù)已經(jīng)廣泛使用在軍事和民用航空領(lǐng)域，波音777 和空客A330 等先進(jìn)客機(jī)紛紛采用了這一技術(shù)。

阿波羅計(jì)劃廣泛采用軟件工程和數(shù)字電傳控制等一大批新銳電子技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一種在60 年代中后期被認(rèn)為前度值得懷疑的電子元器件——集成電路。集成電路技術(shù)并不是阿波羅計(jì)劃的副產(chǎn)品，但通過這一項(xiàng)目集成電路的可靠性和高性能優(yōu)勢(shì)得到了全面的驗(yàn)證。而在阿波羅計(jì)劃開始前，包括美國在內(nèi)的各國都不傾向在先進(jìn)設(shè)備上大規(guī)模使用集成電路。但到1963 年，美國每年生產(chǎn)的集成電路芯片有60%都流入了阿波羅計(jì)劃的相關(guān)項(xiàng)目。阿波羅計(jì)劃對(duì)芯片的可怕需求甚至一度影響了美國軍方在“民兵”-2 洲際彈道導(dǎo)彈上使用集成電路芯片。同時(shí)，阿波羅計(jì)劃帶來的充沛資金刺激了硅谷的發(fā)展。1965 年戈登·摩爾提出了著名的“摩爾定律”，1970 年英特爾完成了全世界第一臺(tái)單芯片中央微處理器。

——改變你我生活

阿波羅計(jì)劃對(duì)普通人衣食住行的影響同樣巨大。現(xiàn)代醫(yī)療和野外生存中經(jīng)常使用的自熱食品以及冷熱水循環(huán)技術(shù)很大程度上是阿波羅計(jì)劃的副產(chǎn)品。早在雙子座計(jì)劃中，美國宇航員已經(jīng)將脫水食物帶往太空，然后加入冷水進(jìn)行調(diào)配。雙子座-3 號(hào)的宇航員甚至偷偷攜帶了從佛羅里達(dá)州熟食店購買的三明治。

但NASA 發(fā)現(xiàn)冷水調(diào)配的脫水食物所供給的熱量明顯不足，食物糟糕的口感對(duì)于長(zhǎng)期在軌飛行的宇航員士氣造成了不利的影響。經(jīng)過計(jì)算，NASA 認(rèn)為阿波羅計(jì)劃的宇航員每天至少要攝入2800 卡路里的熱量。為了保證營(yíng)養(yǎng)攝入，宇航員的一日三餐開始科學(xué)地搭配起來，各種食物獨(dú)立包裝被以色標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注。飛船首次出現(xiàn)了可以向食物中加入熱水的水循環(huán)系統(tǒng)，如今這套系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用在醫(yī)療體系中。阿波羅8 號(hào)的宇航員首次在太空使用勺子吃了一頓火雞大餐。阿波羅11 號(hào)的宇航員太空服上加裝了一套應(yīng)急流食攝食系統(tǒng)，阿波羅13 號(hào)的宇航員第一次獲得了在月球上喝水的機(jī)會(huì)，這些技術(shù)現(xiàn)在被用在重癥病人的攝食系統(tǒng)和野外求生水囊的設(shè)計(jì)中。

與在太空吃飯相比，阿波羅計(jì)劃在“穿”方面積累的技術(shù)更多。1966 年NASA 獲得了液體冷卻降溫服專利。NASA 研發(fā)這一技術(shù)的初衷是防止宇航員因?yàn)轱w船內(nèi)過高的問題而出現(xiàn)中暑甚至失能的情況。為了帶走體表的熱量，NASA 在宇航服塞入了近100 米長(zhǎng)的冷卻液循環(huán)管路和一套相當(dāng)精密的溫度測(cè)定系統(tǒng)。美軍很快向坦克、間諜飛機(jī)駕駛員和其他需要在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期作業(yè)的人員配發(fā)了采用相關(guān)技術(shù)的降溫服。進(jìn)入21 世紀(jì)，降溫服終于走入民間，被用于多發(fā)新硬化癥病人的輔助治療和康復(fù)。患上這種病以后，病人在體溫超過24 度后會(huì)出現(xiàn)肌肉力量迅速降低的癥狀，降溫服使患者能夠進(jìn)行一定的戶外運(yùn)動(dòng)。

1967 年1 月27 日，阿波羅1 號(hào)爆發(fā)火災(zāi)事故，三名宇航員遇難。隨后NASA 啟動(dòng)了由美國最好的有機(jī)化學(xué)家卡爾·馬維爾牽頭的耐火材料研究項(xiàng)目，并最終導(dǎo)致了聚苯并咪唑（PBI）的問世。如今，PBI 已經(jīng)徹底替代石棉成為全世界最重要的耐火材料，保護(hù)了全世界數(shù)以萬計(jì)消防員。此外，消防員使用的輕量化氧氣面罩，以及在全球無數(shù)建筑中安裝的煙霧報(bào)警器也同樣是阿波羅1 號(hào)火災(zāi)事故的副產(chǎn)品。

在月球和太空的行動(dòng)，也催生了大量民用新技術(shù)。例如月球車的采控系統(tǒng)使宇航員僅憑一根操縱桿便能控制車輛加速、制動(dòng)和專項(xiàng)。這項(xiàng)技術(shù)后來被廣泛運(yùn)用在電動(dòng)輪椅和其他一些特種車輛的操縱中。

由于月球環(huán)境極為惡劣，極端溫度、強(qiáng)烈紫外線和熔巖碎石對(duì)車輛的懸掛和輪胎的強(qiáng)度提出了相當(dāng)苛刻的要求。NASA 在60 年代周后期委托固特異公司研制一種能夠耐受極端溫度變化的新型橡膠。雖然最后阿波羅15、16 和17 號(hào)的月球車選用了鈦合金輪轂加鍍鋅鋼絲編織成的非充氣輪胎，但這并不影響固特異將低溫柔性橡膠用于制造寒帶橡膠輪胎。

而對(duì)于登上月球的宇航員而言，從頭到腳幾乎都是新技術(shù)新材料。現(xiàn)代籃球運(yùn)動(dòng)員使用的氣墊籃球鞋很大程度可以追溯到宇航靴的減震充氣三維襯墊。阿姆斯特朗等人用于收集月壤標(biāo)本的鉆探工具催生了現(xiàn)代家用吸塵器的技術(shù)革命。

同時(shí)，阿波羅計(jì)劃對(duì)醫(yī)療技術(shù)的促進(jìn)不止于此。如今醫(yī)院中廣泛使用測(cè)定病人身體數(shù)據(jù)的傳感器幾乎全部是由當(dāng)年NASA 為了能夠讓宇航員和地面控制中心了解宇航員關(guān)鍵生理指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而研發(fā)的傳感器衍生而來的。現(xiàn)代心臟起搏器的關(guān)鍵部件，例如電能控制系統(tǒng)脫胎于土星5 號(hào)火箭的節(jié)電控制器。阿波羅登月艙用于分析月球表面地形的3D 圖像處理和分析軟件，如今被全世界的醫(yī)生用于分析醫(yī)療造影拍攝的各種圖像。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)不可能準(zhǔn)確地計(jì)算出阿波羅計(jì)劃到底催生了多少種民用技術(shù)和產(chǎn)品，就像我們無法準(zhǔn)確計(jì)算“阿波羅計(jì)劃”到底花了多少錢一樣。1973 年，面對(duì)美國國內(nèi)質(zhì)疑“阿波羅計(jì)劃”花冤枉錢的質(zhì)疑，NASA 經(jīng)過粗略計(jì)算，判斷從1960 年至1972 年，美國政府在阿波羅計(jì)劃上花費(fèi)了254 億美元，當(dāng)然這個(gè)數(shù)據(jù)在問世之后始終遭到懷疑。而阿波羅計(jì)劃相關(guān)技術(shù)向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移始于1964 年，這一年NASA 正是建立了技術(shù)轉(zhuǎn)讓計(jì)劃。1973 年NASA 開始發(fā)布技術(shù)利用計(jì)劃報(bào)告書，1976 年報(bào)告書改為四色印刷，直至今日，NASA已經(jīng)通過報(bào)告書分享了超過2000種技術(shù)、產(chǎn)品和衍生服務(wù)的信息，而這些僅僅是NASA 通過阿波羅計(jì)劃和其他項(xiàng)目積累的應(yīng)用航天技術(shù)轉(zhuǎn)化為民品技術(shù)的“冰山一角”而已。