火星不是 B 计划：Dava Newman 谈宇航服、自主性与太空船地球

Lex Fridman 与 Dava Newman 聊了大约四十分钟。Newman 是 MIT 的阿波罗计划讲席教授，曾任 NASA 副局长，还担任过四次太空飞行任务的首席研究员。她设计宇航服，研究人类在异常重力下的表现，还曾亲自驾帆船环游过地球。一如工程师的风格，她开场就说自己语速很快：挑最好的问题，我们抓紧把它聊完。

他的开场话题，是麦哲伦（Ferdinand Magellan）的船员，那是第一支环绕地球航行的船队。麦哲伦本人在途中去世，三年的航程里，260 名水手中有 242 人丧生。Fridman 问，这些人离港时是充满恐惧，还是充满兴奋？Newman 说，大概不是恐惧。她认为，在所有探索中，真正的主角是挑战和未知。她猜，他们感受到的是惊叹。

她着重谈的，是船上的人这套系统。没有三维的地球仪，麦哲伦的水手们只能望着地平线，追问那边有什么。整个任务要靠团队动力和领导力来支撑。天气极端、家园已远，怎样才能让人保持专注？她说，这个问题一直延续到了太空飞行中。

火星任务的技术清单很长，但 Newman 的专长是让宇航员活下来。她把心理社会问题、团队动力和领导力，列为任何隔离、受限、极端环境里的前三大挑战。“我们都是人。”她说。五百年过去了，最难的部分依然是船员本身。

Newman 的推特账号名就取自 explorer（探索者）一词。Fridman 问她，是什么时候第一次爱上这个念头的。她说，从有记忆起就是这样。她在蒙大拿州的赫勒纳长大，后院就是落基山，她爬山、看洞穴，在大自然里到处跑。对她来说，探索不是一个领域。走进一片从未见过的树林，与前往月球，在她看来算的是同一种探索。

太空是在一个特定的夜晚走进她生活的。阿波罗 11 号期间她才五岁，至今仍记得其中的人情味：Neil Armstrong、Buzz Aldrin，还有留在月球轨道上的 Michael Collins。三个人正在做一件十年前甚至一年前看似不可能的事。她当时大概不知道他们的名字，但她把那幅画面留在了心里。

她说，阿波罗计划教会她做梦：只要足够专注，任何不可能的任务都可能成真。当然，也需要一点运气。领导力必不可少，还需要一个始终锁定目标的任务。从那以后，她觉得人类应当既扎根地球，也成为跨行星的物种，这在她看来几乎是显而易见的。而在有人登上月球之前，这一点根本不明显。

Newman 喜欢“淡蓝点”（pale blue dot）那张照片。她做公开演讲时，常以哈勃深空图像开场，因为要记住，我们只是微小的尘埃，而且到目前为止，我们身处我们所知道的最好的行星上。她自己的研究，起步于她所说的“任务世界”：我们什么时候才能找到生命？她的时间表很乐观。她认为，未来十年，我们很可能就会拿到火星上曾有过生命的证据。

说的是过去，不是现在。她更有把握地说，大约 35 亿年前，那里有过生命，当时火星还有电磁屏障和大气层，重力约为 0.38 g，相当宜人。她开玩笑说，到时候人人都能扣篮。如今，构成生命的基石正在被发现：有机物、极地冰，甚至季节性的水。问题在于辐射。地表上的东西都已经被烤透了，所以搜寻必须往土壤深处去。至于现存的微生物，她仍留着可能性；化石化的生命，她几乎视为板上钉钉。

在火星之外，她对海洋世界十分急切：冰封卫星的地壳之下有液态水。搜寻规则很简单：跟着水走，寻找碳基化学，因为那是我们唯一知道怎么去找的生命形式。其他生物化学也可能存在，她说，但它们很难搜寻，因为我们未必认得出自己看到的是什么。

机器人在火星上已经待了五十年，却仍没有回答这个问题。人类加上漫游车会加快进程，但火星是一种去程八个月、回程一年半的极端旅程。与此同时，开普勒望远镜确认了约 6,000 颗系外行星，其中包括二十几颗位于“金发姑娘”宜居带的岩质行星。它们距离我们十到一百光年。从科学上看，它们似乎可以居住；但从工程上看，我们够不着。她不相信我们是唯一的，包括智慧生命在内，但光速是一道硬性的上限。没有曲速引擎。要把火星之旅从八个月缩短到三到四个月，对船员安全将是巨大的馈赠。这需要推进技术，也许还需要我们尚未写下来的物理学。在那之前，轨道力学依然说了算。

Newman 在奥巴马任期内担任 NASA 副局长，因此 Fridman 问她怎么看阿尔忒弥斯计划（Artemis）。她很喜欢月球计划。在近地轨道上待了四十年，已经够了，是时候重返深空。月球上有很多事要做，但她有个提醒：她希望我们别在那里被困五十年。接下来的十年，先送着陆器，再送人，然后继续前进。

月球离地球只有三天的路程，因此它是降低风险的合适地点。栖息地、生命保障和新型宇航服，都要先在离开地球的环境里学会。而 400 公里高的近地轨道，也只相当于从波士顿到纽约的一段短途。深空则带来近地轨道没有的辐射。远期目标是让人登上火星，但没有人明天就去。她希望用十年时间在月球上投入，让宇航员在长途旅行之前身体健康、安全可靠，并且训练充分。

原位资源利用（ISRU）是另一个理由。月球南极附近的沙克尔顿陨石坑，把永久阴影区里的冰和附近的日照地形连在了一起。你要去有水的地方，因为水既是燃料，也是生命保障。你不必把所有质量都从地球运过去，而是要学会用本地材料进行 3D 打印，搭起加压外壳，靠这片土地生活。月球上的一天相当于地球上的二十八天，白天和黑夜各十四天，所以她预计的是持续一到数周甚至一个月的考察，而不是永久定居。从月球上看到地球升起，是太阳系里最动人的景象之一。大多数人依然会想回家。

“人”这个词，如今有了新的用法。她在 NASA 任职期间，相关法律修改过，宇航员不再是政府雇员专属的头衔。只要越过一百公里的高度、飞入轨道，你就是宇航员，包括私人公民在内。她自己也愿意去月球试一试。把下一代送上火星，是她毕生的事业，她预计那将是她学生那一代的事，而不是她自己这一代。

自阿波罗和土星五号以来，美国就没有了重型发射能力。Newman 作为阿波罗讲席教授，眼下这种运载能力一个也没有。这种局面即将在三条路线上同时改变：NASA 的太空发射系统（Space Launch System）、SpaceX 的重型运载器，以及紧随其后的蓝色起源。在她看来，这太棒了。

她对 SpaceX 的看法并不站队。她提醒 Fridman，这家公司的资金来自政府：NASA 和美国空军的经费。这本就应当如此，因为政府押注的是一家行动迅速的公司。SpaceX 已经不再是初创公司，它出过事故，吃过不少昂贵的教训，却依然在改变节奏。私营企业承担的风险，会比公共机构更大。这很有价值。

最好的安排，是两种文化同时存在。载人航天仍需要 NASA 用血的代价换来的安全与质量保证经验。政府机构，无论是 NASA 还是欧洲航天局（ESA），也会变得官僚、厌恶风险、行动迟缓，因此产业必须去推动。她担任副局长期间，甚至在 NASA 内部设了一个奖，奖励“聪明地失败”，这是对一种只懂得如何不失败的文化的一次小小撬动。成本和发射频率也必须动起来。她说，回收一级火箭可以节省大约 70% 的成本。航天飞机是可以重复使用的，在航天工程师看来，它依然是人类飞过的最优雅的飞行器，只是用不起。看着助推器稳稳落地，永远看不腻。她把它称作火箭的体操，也是更便宜、发射更频繁的时代里改变游戏规则的关键。

发射只是这一开场的一半。过去，要在立方星（CubeSat）上飞一项科学实验，通常是学生从构思、设计到实施的一整个项目。如今，先进的仪器可以装在一个能捧在双手里的东西上。Newman 用单位来衡量：1U 就是这一捧，3U 则是钱和载荷都更多时的规格，大约一个鞋盒那么大。小卫星可能重 100 到 200 公斤。立方星再小一档，几公斤到几十公斤，像积木一样堆叠起来。

她举的例子是 Planet 公司：一群立方星向下俯瞰，每二十四小时覆盖整个地球。气候、地表变化，以及过去需要价值数亿美元的航天器才能完成的对地观测，如今搭在一个便宜的模块化星群上。通信也走在同一条曲线上。那些支撑手机和 GPS 的昂贵卫星，正被大量小型模块化卫星压低价格。她说，每个国家都能发射一颗立方星。这就是太空飞行的大众化。

如果 Newman 对未来的宇航服有什么设想，那一定是非常贴身的。直接作用于皮肤的机械反压，在技术上看起来是可行（feasible）的。她的实验室仍处于研发阶段，还没有飞行系统。专利的关键在图案设计上：如何把这种压力均匀地施加在身上，让人能够在其中生活。

退一步看，这个定义简单得几乎有些过分：宇航服就是世界上最小的航天器。你要把所有生命保障系统全部缩小，裹在一个人身上：氧气、二氧化碳吸收、压力、热控制、湿度、通信，再加上一点辐射防护。已经飞过的宇航服都是工程奇迹，但它们重约 140 公斤，本质上还是充气的气球。活动能力很差。阿波罗的乘员只能像兔子一样蹦跳，因为他们的膝盖根本弯不下去。

月球和火星需要一种行星表面的移动宇航服，所以她的团队颠倒了设计思路。他们不再把一艘小航天器包裹在人身上，而是测量人如何运动、为这种运动建模，并追问宇航服能否从皮肤向外生长出来。人体只需要大约三分之一个大气压，约 30 千帕，即 4.3 psi。在海平面，我们生活在一个大气压下，其中大部分是氮气。把那三分之一均匀、持续地施加上去，人就能活得好好的，也很舒服；施加不均，就会留下淤伤。难题在于关节处的均匀性。

做对了，质量可以降低一个数量级，同时保留四肢的全部灵活性。她希望探索者的动作能像奥运运动员一样，把力气花在工作上，而不是跟衣服较劲。她特意提醒，可行和谈不上可飞（flight-ready）是两回事，这两者相隔好几年。

Fridman 问了一个玩笑版本：既然身体被裹得这么紧，头是不是也要包起来，像 Blue Man Group 那样？Newman 说不用。把头骨裹紧没有任何好处。头盔依然保持充气加压，而在她设想的架构里，它会变成探索者的信息门户：用于地图和地形的增强现实，还有能分辨月壤的摄像头。如果做得足够好，面罩里还能有一个小型实验室，你可以问一块岩石由什么构成、有没有水，而无须先向休斯顿申请，才能把它捡起来。

宇航服也是一件设计作品。她的团队里不只有工程专业的学生，还有设计专业的学生、建筑师、工业设计师，以及运动表现领域的人。颜色、美学和材料都在议程之中，因为人要穿着它在极端环境里待上好几个小时。她的伴侣来自建筑和工业设计领域，两人一起研究这个问题。她暗示，只由工程师设计的服装，穿起来往往不好受。在火星上，你去是为了寻找生命的证据，待在着陆器里可不是目的，所以机动性很重要，还要有漫游车和机器人。对她来说，探索始终是一整套组合：有些探索者是人类，更多的则是机器。

Fridman 提到了《2001：太空漫游》中的 HAL 9000，那台把任务置于船员之上的机器。HAL 做得对吗？Newman 不评判电影，她把问题拉回到工程上。对火星来说，现实是二十分钟的通信延迟。地球上不会有任何实际意义上的任务控制中心。系统必须完全自主，人也必须完全自主。她说，这是整个架构里最重要的概念。

月球又一次是合适的彩排场所：三秒的延迟足够短，出了问题还来得及抢救，又足够长，能暴露出自主性在哪里失效。麦哲伦的船员离开港口后就只能靠自己，利用他们在陆地上找到的一切，这其实就是换了老词汇的原位资源利用。五个世纪之后，深空中的船员又回到了这种处境。她补充说，按设计，人类会留在回路之中。他们可能在地球上，在火星轨道上，或在着陆器里。机器仍然由人来设计。所需的那种强健的自主能力，目前还停留在图纸上，没有到发射台。

她希望 AI 在这十年里发挥作用的地方，不在火星。NASA 已经掌握 PB 级的地球观测数据：气候、海洋、陆地、大气。超级计算机可以进行大量运算。用她的话说，AI 的工作是整理这些数据，把它变成人们能看懂、能据此行动的东西。然后才是难的部分，而这一步的难处并不在技术。在数据、分析和可视化之后，你仍然要去改变人的行为。她说，接下来的十年很紧迫。先照顾好太空船地球。

Fridman 问了一个更黑暗的问题：如果人类在未来一两个世纪里没有成为跨行星的物种，这个物种还能存活吗？Newman 几乎立刻就回答：当然能。她不认为火星是 B 计划。拯救太空船地球和人类本身，才是要做的事。简单说，地球并不需要我们，但我们真正需要地球。

这颗星球在我们到来之前就已经在这里，在我们离开之后也还会在这里。问题在于，我们如何与其他生命共处，并让这种共处更接近平衡，因为眼下我们并没有做到。这就是紧迫性所在，她把它放在了这个十年：更可持续地生活，并意识到我们同处于一个蓝色的泡泡之中。她这样表述时说，好消息是，每个人其实都想成为宇航员。我们都是太空船地球上的宇航员，照顾好这颗星球，就是使命所在。

被问到接下来的一百五十到两百年时，Newman 依然保持乐观。近地轨道会成为一个地方：成千上万的人，甚至数以万计，谁知道呢，也许是数百万人，伴随着工业、制造业和旅游业。月球会接待访客，也会有少数居民，离家只有三天，景色难以超越。大多数人依然会想回来。作为一个物种，我们将成为跨行星的存在，在她看来，那意味着月球和火星。金星已经是失控的温室效应星球，是科学目标，而非家园。木星和外太阳系的其余部分，她交给探测器去做。我们会在脑海里、在影像和数据里“住”在那些地方，身体却留在原地。

就近期的时间表而言，她正在竭尽全力，让人在 2030 年代登上火星。先是月球，时间大约在 2025 年到 2035 年之间，从几名宇航员和一支国际船员开始，然后用十年积累月球上的经验。到 2030 年代后期，如果技术到位，就进行载人火星任务。她感谢 Fridman，说这是她的荣幸，这四十分钟的内容也果然像预告的那样紧凑。