曾几何时,拥有自主研发的载人航天器仅仅是中国人的梦想。在那美苏争霸的遥远年代里,我们只能坐观,看从Yuri Gagarin到Alan Shepard如何space safely and maneuver spacecraft safely(to space:在空间遨游-意译;to maneuver:移动,用策略)。尽管现在看来也不是难事,但作为Project Mercury(水星项目,Mercury首字母大写表水星,小写为化学元素水银)的一部分, 是后者在早期真正实现了把人类送上宇宙的梦想。

而真正的太空竞赛是从美国的Gemini Program(双子星计划)开始的。之所以如此得名,是因为每一个太空舱(capsule:既指太空舱也指平常吃的胶囊)都将搭载两名宇航员(astronauts)。在这个阶段,美国宇航员学会了如何操作轨道集合,如何停靠另一个宇航器,以及如何太空行走。而这一切都是为了之后的Apollo登月计划(Apollo:音译为阿波罗,本意为太阳神)而作的准备。

而这其中最重要的任务之一就是太空行走。Certainly, they would be walking on the Moon, so learning safe methods of leaving the spacecraft and re-entering it were important (would是will的过去式。因为这里描述的事实发生在过去,所以will也要用过去时. 注意和would本身作为一种表达礼貌的请求、虚拟状态时作区分)。当然,学会如何在完全不同的重力条件下控制自己的身体也是一件难事。要知道尽管我们的思维方式没变,但肌肉组织会随物理条件不受控制地改变运动方式——这需要一个适应过程。

在又结束了晕船测试、医学观测后,第一次测试飞行得以实现,尽管没有载人。在这之后陆续发送了十批载人飞船,这些宇航员们都成为了之后阿波罗计划的执行者。

双子星计划是阿波罗登月能够成功实现的重要前奏,因为没有这一历时五年时间的训练过程,就无法保证后者的顺利实现。现在,这10名宇航员中9人仍然健在,而这些太空舱也散布在美国各地的博物馆里,供人瞻仰学习早期的太空历史。

相比之下,我们的载人航天技术得以实现晚了整整40年,这当然和综合国力有关,也和我们不重视科技教育有关。其实在载人航天这一技术实现之前,还有很多阶段是可以开始攻略或研究的,比方说太空升降舱(space elevator,注意区分elevator和escalator,两者都是电梯,前者指垂直升降的类型)的研制。这个是早在火箭之前、1895年就首次提出来的——目的是将一些交通工具发射到预定轨道,但我们都没有能力和精力去关注。

现代的升降舱概念实际上就是一条连接地面和轨道的缆绳(cable)。其工作原理是在近地一端,升降舱依靠重力得以固定,而在近轨道一端就依靠离心力使整个装置得以平衡,主要涉及到的物理学仅仅就是张力(tension)和抵消由科氏力产生的震动所需的平衡。

当然,这中间也有一些材料学的知识。比如近轨道一端的缆绳要最厚,才能承受最大的张力。而找到合适的材料也是建造升降舱的难点。Ideally, the material should be of high enough tensile strength (张力强度)and elasticity(弹性) and low enough density(密度) to control weight。虽说这个问题是世界范围内的难题,但如果我们能够早参与,目前的情形也可能更乐观。

目前世界范围内这项技术的现状是已经可以支持在月球和火星上搭建相应的升降舱。火星上的升降舱可以在其行星引力范围外还能提供持续的运输,而月亮上的升降舱则可以将提前放置在月亮上的材料送到一个从地球方向方便抵达的位置。而建造这两项的材料都已经齐备,只等地球这端理想的材料合成出来。

相比于太空竞赛,如果说我们爱好和平的理念还可以作为“挡箭牌”,那么类似于太空升降舱这样的竞争性不强的项目,为什么仍然不积极呢?我想可能也有文化的关系。尽管在古代,我们对宇宙的认识浓缩为天圆地方的观点——天人合一、从宇宙汲取能量达到阴阳和谐是信仰的一部分,但总的来说,天的神圣性让我们更关注脚下的土地。而普通人的好奇心程度自然也会影响政策决策者的判断和教育学科的导向。而我想,随着21世纪以杨利伟为代表的优秀宇航员成功实现太空飞行,我们也可以通过这种无论主动还是被动的参与,传播文化中好的一面,让爱好和平真正成为具体实践。

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