8 新視野號的三條命
2015年7月14日，臨近晚上9點，新視野號（New Horizons）的首席科學家阿蘭·斯特恩（Alan Stern）和NASA的局長查爾斯·博爾登（Charles Bolden），一起在美國約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室裏，焦急地等待著新視野號飛船向地球傳回第一批信號。大約13個小時前，遠在40多億千米外的新視野號剛剛一次性地飛掠了冥王星（Pluto）及其係統內的五顆衛星。
實驗室附近有將近2000人一起在等待著新視野號的消息，而全世界還有無數人正坐在電視機和電腦前，關注著這次飛掠行動。回首往事，老科學家阿蘭不禁唏噓。他用了至少27年，才使新視野號飛掠冥王星成為今天的現實。他花了14年來推廣這個項目，花了4年來建造和發射飛船，飛船又用了9年多時間來穿越太陽係。這一刻，阿蘭和他的夥伴們翹首以盼，他們的努力能換回什麽結果，很快就能揭曉答案。
阿蘭心裏很清楚，現實並不像童話故事那樣，總會有個美好的結局。在勵誌故事中，努力的人總會獲得豐厚的回報，而在現實中，辛勤一輩子卻竹籃打水一場空的科學家比比皆是。
如果要評選史上經曆磨難最多的太空探測器的話，我肯定會把票投給新視野號。它就像是經曆了九九八十一難才抵達西天的唐僧，但要想取回真經，還差最後這麽一錘子買賣。冥王星的質量非常小，引力很弱，新視野號的速度太快，以至於無法泊入冥王星環繞軌道，隻能是一次性飛掠。所以，要取到冥王星的有效信息，隻有一次機會。
從新視野號發出的無線電波大約需要4個小時才能抵達地球，所以，阿蘭知道，雖然還沒收到信號，但此時此刻結果已經決定了。在阿蘭的感覺中，這幾分鍾就像一個世紀一樣漫長，他的腦海中不斷閃現著新視野號多舛的命運。
讓我們把時間拉回1999年，NASA在全國範圍內征集PKE任務的具體方案，PKE任務的全稱是“冥王星-柯伊伯快車”（Pluto-Kuiper Express）。這個任務的前身叫作“冥王星飛掠探測任務”，是由NASA噴氣推進實驗室於1992年提出的，預算是4億美元，預計最快在1998年發射，飛七八年到達冥王星。這個計劃得到了時任NASA局長丹尼爾·戈爾丁的大力支持。可是計劃在推進過程中非常不順利，主要原因是花費太高。到1995年，任務演變為冥王星快車任務（Pluto Express），預算從4億美元降為3億美元。到1999年，這個計劃增加了探測柯伊伯帶（Kuiper belt）(1)小天體(2)的任務，於是又更名為Pluto-Kuiper Express，簡稱為PKE任務。
阿蘭·斯特恩當時是美國西南研究院空間科學與工程部的副主任，他所帶領的團隊受到了NASA的邀請，提出PKE任務的詳細設計方案，方案最核心的部分是采用何種設備來觀測冥王星和柯伊伯帶的小天體。阿蘭他們當時提出的方案是由照相機和光譜儀組成的一套組合設備。但是，好景不長，在資金預算方麵又出現了問題。這個任務的預估費用一再增加，很快就要接近8億美元了(3)，這下NASA吃不消了，終於在2000年9月，NASA甚至都還沒有選擇發射什麽設備飛往冥王星，就取消了PKE計劃。
阿蘭一年多的工作成果眼看著就要化為烏有。然而，令他和NASA都沒有想到的是，突然神兵天降，取消行為遭到了空前的壓力。首先是行星科學界的科學家們聯名公開譴責NASA的這個決策，要求恢複項目。然後這種情緒很快傳導到公眾身上，NASA的熱線電話幾乎被打爆了，NASA還收到了一萬多封抗議郵件。有一個十幾歲的小夥子甚至開車橫跨整個美國，來到位於華盛頓哥倫比亞特區的NASA總部請願。在這件事情上可見美國人對太空探索的熱情有多高，也從一個側麵反映出一個國家公民的科學素養水準。2017年，我國也發生了兩次類似的事件，一次是關於中國是否要建設大型強子對撞機的爭論，另一次是關於中國建設大型通用型光學望遠鏡的設計方案的爭論。這兩次爭論也在公眾中引起了較大的反響，雖然與美國的這次事件比起來是小巫見大巫，但在我看來這是一個非常好的現象，說明我國公民的科學素養在逐步提高。
3個月後，NASA終於扛不住公眾輿論的巨大壓力了。2000年12月，他們宣布了一個補救方案。這個方案有點意思，NASA宣布要組織一場競賽，在達成PKE任務目標的前提下，花的錢隻能是之前預算的一半，並且必須讓飛行器在2020年前抵達冥王星。說實話，NASA的這一招還真夠絕的。本以為這是一項不可能完成的挑戰，哪知道，NASA最終從不同的團隊那裏收到了五個方案，每一本方案書都像電話號碼簿那樣厚。人類的創造力也真是驚人，被逼急了什麽都能想出來。阿蘭也領導團隊提交了一個方案，他們把這個方案取名為“新視野號”，英文是“New Horizons”，有些書也將其直譯為“新地平線號”，我這裏采用中文世界更常見的一個譯法。
阿蘭的團隊來自兩個單位：一個是阿蘭所在的美國西南研究院，負責探測器的設計；另一個是約翰斯·霍普金斯大學的應用物理研究所，負責飛船的建造與控製。在怎麽省錢上，他們主要想出了兩個大招——
第一，隻發射一艘飛船。你可能沒搞懂，難不成原計劃要發射兩艘？是的，按照過去NASA發射宇宙探測器的慣例，對某顆行星的首次探索任務都是要雙保險的，從無例外。因為隻發射一艘，失敗的風險太大了。現在，阿蘭團隊大膽地提出就發射一艘，這樣就可以省出一大筆錢。雖然話說得容易，但真要做到降低失敗率那不是拍拍胸脯就夠的，需要大量實實在在的技術提高。
第二，讓飛船在飛往冥王星途中的近10年內休眠，這樣就可以節約人力成本。這話說得容易，但要做到這一點，就意味著飛船航線的精度必須高到令人咋舌。用數據來說，就是必須讓飛船在完全沒有中途航線修正的情況下，在飛行9年半後，在一個9分鍾的時間窗口內抵達冥王星，還要穿過一個隻有56千米×97千米的空間窗口。聽上去有5000多平方千米的麵積，但是要提前將近10年就設計好路線，在40億千米之外控製飛船穿過那個空間窗口，就好比從上海一杆把高爾夫球打到烏魯木齊的球洞裏麵，這個難度可想而知。
阿蘭他們經過不厭其煩地修改和完善，無論是技術實施，還是科學小組成員，又或是在計劃管理、教育、公眾宣傳、成本控製，甚至是在應急措施上，終於讓這個計劃變得無可挑剔。2001年11月底，NASA正式宣布：新視野號在所有候選方案中勝出。
這時候，阿蘭的研究小組還剩下4年零2個月的時間完成飛行器的設計、建造和檢驗，而在NASA以往的飛行任務中，比如旅行者號、伽利略號和卡西尼號，這樣的過程都用了8—12年。現在阿蘭他們需要把時間縮短到原計劃的一半甚至三分之一，預算方麵就更加寒磣了，隻有旅行者號經費的五分之一。
正當阿蘭團隊擼起袖子準備大幹一場的時候，又出幺蛾子了。
確定新視野號方案獲勝還不到3個月，小布什（George Walker Bush）政府就突然宣布要取消新視野號的任務，把它從2002年年初發布的美國政府的預算中去除，這使得美國國會和白宮發生了一場曠日持久的經費戰。大概半年後，在2002年的夏天，美國科學院將冥王星探測列在了行星探測“十年調查”項目的首位，並且說服了足夠多的議員，向他們證明了該任務的巨大價值，這場經費戰才得以平息。我們可以想象在這半年中阿蘭團隊的煎熬，那真是要對這項事業無比熱愛才能堅持下來的。
關於經費的摩擦暫時平息了。但是沒想到，洛斯阿拉莫斯國家實驗室又橫生枝節。這個實驗室於1943年成立，因為研製出了世界上第一顆原子彈而聲名遠播。新視野號的核燃料電池要靠這個實驗室生產，它在新視野號研發期間兩次停止運行，每次停運都持續了好幾個月，這嚴重削減了鈈（Pu，讀bù）的產量。這些困難讓NASA和科學界的很多人曾經都不看好新視野號。但阿蘭他們夜以繼日、全年無休地勤奮工作，最終按時把新視野號送上了發射台。
2006年1月19日，在美國佛羅裏達州的卡納維拉爾角空軍基地，新視野號成功發射，45分鍾後，第三級火箭分離，新視野號脫離地球引力，朝木星飛去。它將在1年零1個月後抵達木星，然後借助木星的引力助推，飛向冥王星。預計抵達目標的時間是2015年7月14日，這是一次超遠距離的一杆進洞表演。
新視野號配備了短暫飛掠冥王星係統時所需要的一切東西。它的工作端裝載了多台儀器，包括兩部相機、兩台可以將不同波長的光分開從而分析天體的大氣組成和表麵物質組成的光譜儀、一台研究撞上飛船的那些塵埃的威尼西亞·伯尼學生製測塵器、兩個用來測量冥王星的大氣逃逸速度以及逃逸氣體的成分的空間等離子體傳感器，還有一個用來測量冥王星的表麵溫度、隨高度變化的大氣溫度和氣壓的無線電探測包。
這些儀器大大地提高了新視野號的科研能力。新視野號采用的是21世紀的技術，而旅行者號這樣的航空器用的還都是20世紀六七十年代的儀器。旅行者1號裝載的成像光譜儀隻有1像素，而新視野號的成像光譜儀有6.4萬像素。有了這些先進的技術，再加上比旅行者號的磁帶大上100多倍的數據存儲量，新視野號的探測效率遠超以往任何飛掠任務。
新視野號的任務主要包括：用七種儀器對冥王星及其五顆衛星做400多次觀測；搜尋可能傷害飛船的障礙物；尋找新的衛星和環結構；不斷觀測冥王星，對其位置進行三角測量，從而精確定位；控製飛船引擎，使它精確地完成飛掠目標的任務；傳輸靠近目標時獲得的所有數據。
光陰荏苒，9年多過去了，時間終於走到了2015年7月14日，最後的時刻終於來臨了。阿蘭·斯特恩從30多歲開始跟進這個項目，這時已經58歲，滿頭黑發的小夥已經變成了頭發半白的大叔。他坐在那裏，靜靜地等待著新視野號的命運，也在等待著自己的命運。
新視野號的任務運行主管叫愛麗絲·鮑曼（Alice Bowman），是一位中年女性。任務運行主管的英文是“mission operations manager”，首字母的組合剛好是“mom”，“媽媽”的意思，而愛麗絲又是一位女性。所以，新視野號的運行團隊成員都親切地把愛麗絲稱為“mom”。
美國東部時間7月14日20點52分37秒，愛麗絲通過擴音器冷靜地宣布：“我們與新視野號的遙測係統鎖定。”
她的話音剛落，整個中心立即響起了掌聲，人們沸騰了，大家振臂歡呼、擊掌慶祝、揮舞旗子、相互擁抱。接著，非常有趣的一幕發生了。
坐在愛麗絲身後、負責新視野號RF通信係統(4)的小夥報告：“媽媽，我是冥王星一號的RF通信係統。”
愛麗絲說：“請繼續，RF。”
小夥說：“RF通信係統報告：載波功率額定，遙測標稱信號噪聲比額定。RF通信係統正常。”
愛麗絲說：“收到，RF通信係統正常。”
大廳中立即響起了會心的笑聲，大家聽出來了，他們這是在玩角色扮演呢。
接下去，所有的飛行工程師一個接一個地學著RF的口氣，跟“媽媽”匯報飛船工作係統一切正常。當所有人都報告完畢後，辦公室的門被推開，掌聲雷動，阿蘭·斯特恩在眾人的注目下走了進來，他高舉著雙臂，臉上洋溢著幸福的笑容，與“媽媽”來了一個熱情的擁抱。
這一刻是對他所有努力的最佳回報，阿蘭他們用了將近30年的時間，克服了無數的困難，用了“三條命”，終於打通關了。
第二天一早，新視野號就已經將它拍攝的第一組高清圖像發回了地球，讓人們看到冥王星是一個複雜到令人稱奇的世界。此後幾個月，飛船陸續傳回數據，一直持續到2016年年末。總體而言，新視野號用七種科學儀器實施了至少400次獨立的觀測，在這個過程中獲得的數據量是NASA首次火星探索任務水手4號（Mariner 4）獲得數據的5000倍。
這批科學數據使人們對冥王星係統的認知產生了革命性的巨變，顛覆了我們對小行星的普遍看法——原來它們也可以這麽複雜，這麽活力四射。公眾對此次任務反響熱烈。阿蘭他們的任務網站增加了20多億次的訪問量，飛掠冥王星的新聞在那一周占據了500多家報紙的頭條，並登上了數十家雜誌的專題，還出現在了穀歌首頁塗鴉的地方。這樣熱烈的反響讓阿蘭感到既欣喜又意外。
那麽，新視野號究竟取得了哪些令人驚訝的成果呢？
(1)柯伊伯帶：太陽係在海王星軌道之外黃道麵附近、天體密集的中空圓盤狀區域。
(2)小天體（asteroid）：太陽係中類似行星環繞太陽運動，但體積和質量比行星小得多的天體，絕大多數的小行星都集中在火星與木星軌道之間的小行星帶。
(3)史騰著，高湧泉翻譯，航向最遙遠的行星[J]，科學人雜誌，2002。
(4)RF通信係統（radio frequency communication）：射頻電流（簡稱RF）是一種高頻交流變化電磁波，當電磁波頻率高於100kHz時，電磁波可以在空氣中傳播，並經大氣層外緣的電離層反射，形成遠距離傳輸能力，射頻通信就是利用射頻進行信息傳輸的無線通信方式。