美國國家航空航天局 (NASA) 有一項艱鉅的任務。它必須說服美國納稅人，太空科學每年花費 162.5 億美元是值得的。為了實現這一目標，該機構開展了廣泛的公關活動，類似於美國最大公司的營銷活動。美國國家航空航天局在 21 世紀的營銷中吸取了一個寶貴的教訓：為了推廣其專案，它必須提供引人入勝的視覺效果和引人入勝的人類角色故事。因此，美國國家航空航天局源源不斷地釋出來自其載人航天計劃的新聞稿和影像。
每次太空梭的發射都是一次媒體盛事。美國國家航空航天局將其宇航員塑造成現成的英雄，即使他們在太空中的成就不再具有開創性。美國國家航空航天局公關能力的最佳例證也許是美國首位進入地球軌道的宇航員約翰·格倫參與了 1998 年的 STS-95 太空梭任務。格倫在 77 歲時重返太空，使 STS-95 任務成為自阿波羅登月以來最受關注的任務。美國國家航空航天局聲稱格倫是為了科學而去的——他在各種醫學實驗中充當豚鼠——但很明顯，格倫乘坐太空梭的主要好處是宣傳，而不是科學發現。
美國國家航空航天局仍在太空中進行一流的科學研究，但這主要是由無人探測器而不是宇航員完成的。近年來，“探路者”號探測車已經勘測了火星表面，“伽利略”號宇宙飛船已經勘測了木星及其衛星。“哈勃”太空望遠鏡和其他軌道天文臺正在帶回宇宙早期時刻的圖片。但機器人不是英雄。沒有人為望遠鏡舉行綵帶遊行。載人航天飛行提供了美國國家航空航天局用來向公眾推銷其計劃的故事。而這正是美國國家航空航天局每年花費近四分之一的預算來發射大約六次太空梭的主要原因。
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美國國家航空航天局現在揹負著國際空間站這個預算“出血”的地球軌道“實驗室”。美國國家航空航天局表示，空間站為太空研究提供了一個平臺，並有助於確定人們如何在太空中安全地生活和工作。這些知識可用於規劃載人火星任務或在月球上建造基地。但這些為空間站辯護的理由在很大程度上是神話。事實擺在眼前，就像土豆一樣簡單：國際空間站不是尖端科學的平臺。無人探測器可以比載人任務更廉價、更有效地探索火星和其他行星。而月球殖民地將是一個愚蠢的命運。
[分隔符] 科學的神話
1990 年，美國物理學會這個由 41,000 名物理學家組成的組織審查了當時計劃在國際空間站上進行的實驗。許多研究涉及檢查空間站微重力環境中的材料和流體動力學。其他提議的實驗側重於在空間站上生長蛋白質晶體和細胞培養物。然而，物理學會的結論是，這些實驗無法提供足夠的有用科學知識來證明建造空間站是合理的。包括美國化學學會和美國晶體學協會在內的其他 13 個科學組織也得出了同樣的結論。
從那時起，空間站經過了重新設計，計劃進行的實驗列表也發生了變化，但研究界仍然一致反對。迄今為止，來自世界各地的至少 20 個科學組織已確定，在其各自領域進行的空間站實驗是浪費時間和金錢。所有這些小組都建議，空間科學應該改為透過機器人和望遠鏡任務來完成。
這些科學家對他們的反對有各種各樣的理由。對於材料科學研究人員來說，空間站只是一個太不穩定的平臺。宇航員和機械的運動引起的振動會干擾敏感的實驗。同樣的振動也使天文學家難以觀測天空，地質學家和氣候學家也難以像使用無人衛星那樣研究地球表面。從空間站排放的氣體雲干擾了附近需要近真空條件的空間實驗。最後，空間站僅在 400 公里（250 英里）的上方軌道上執行，穿過一個已經得到廣泛研究的太空區域。
儘管科學界反對，美國國家航空航天局還是繼續在空間站上進行實驗。該機構對研究微重力下蛋白質晶體的生長特別熱情；美國國家航空航天局聲稱，這些研究可能會促進更好藥物的開發。但美國細胞生物學學會直言不諱地呼籲取消晶體學計劃。該學會的審查小組得出結論，擬議的實驗不太可能對蛋白質結構知識做出任何重大貢獻。
[分隔符] 經濟效益的神話
載人航天飛行非常昂貴。太空梭單次飛行成本約為 4.5 億美元。太空梭的貨艙最多可將 23,000 公斤（51,000 磅）的有效載荷送入軌道，並可將 14,500 公斤的有效載荷返回地球。假設美國國家航空航天局在將航天飛機發射到太空之前，將太空梭的貨艙裝滿了五彩紙屑。即使每公斤五彩紙屑在旅途中奇蹟般地變成了一公斤黃金，這次任務仍將損失 8000 萬美元。
同樣的糟糕經濟狀況也適用於國際空間站。在其歷史上，空間站經歷了五次重大重新設計，並延誤了 11 年。美國國家航空航天局的支出已超過原計劃全部成本 80 億美元的三倍。
美國國家航空航天局曾希望空間站的太空製造能夠抵消部分費用。理論上，微重力環境可以允許生產某些藥物和半導體，這些藥物和半導體將比地球上生產的同類產品具有優勢。但是，將任何東西送到空間站的高昂價格讓大多數公司甚至放棄了探索這個想法。
到目前為止，空間站唯一的經濟受益者是俄羅斯，它是美國在該專案中的合作伙伴之一。美國國家航空航天局在四年內向俄羅斯航天局支付了 6.6 億美元，以便後者能夠完成空間站關鍵艙段的建造。這筆錢是為了彌補俄羅斯因國家經濟崩潰而無法提供的資金。美國威斯康星州眾議員詹姆斯·森森布倫納是眾議院科學委員會的成員，他痛苦地將這筆資金注入稱為俄羅斯的“救助資金”。
但是長期的經濟效益呢？美國國家航空航天局一直堅持認為，空間站的最終目標是作為載人火星任務的跳板。這樣的任務可能至少與空間站的成本一樣高；即使是最樂觀的專家也估計，將宇航員送往紅色星球將花費數百億美元。其他估計高達 1 萬億美元。火星任務唯一可能的經濟效益將以技術衍生產品的形式出現，而歷史表明，這種衍生產品不足以證明耗資巨大的太空專案是合理的。
1993 年 1 月，美國國家航空航天局釋出了一項內部研究，審查了先前任務的技術衍生產品。根據該研究，“美國國家航空航天局的技術轉移聲譽建立在一些著名的例子之上，包括尼龍搭扣、唐和特氟隆。與普遍看法相反，美國國家航空航天局沒有創造這些中的任何一個。” 該報告的結論是，在過去三十年中，美國國家航空航天局的技術轉移成功案例非常少。
[分隔符] 命運的神話
現在是時候談談個人感受了。當我七歲的時候，我的臥室牆上貼著一張阿波羅宇航員的海報。我的英雄們無畏地在月球上行走，並帶著翅膀的榮耀返回家園。他們讓宇宙似乎變得小了一點；他們讓我的眼睛睜得更大了一點。我確信有一天我會追隨他們的腳步前往火星。
那麼，發生了什麼事？我去過火星三次——兩次是在 1970 年代後期的“海盜”號著陸器上，然後是 1997 年 7 月的“火星探路者”號任務。我並不孤單：數百萬人與我一起坐在前排座位上觀看“探路者”號堅固的“索傑納”號探測車在火星景觀上爬行。我還與“伽利略”號宇宙飛船一起前往木星的衛星，並在木衛二上看到了液態海洋的跡象。2004 年，我乘坐“卡西尼”號探測器前往土星，並近距離觀察了土星環。
近年來，無人宇宙飛船的能力取得了巨大的進步。美國國家航空航天局的“發現”計劃鼓勵設計緊湊、經濟高效的探測器，這些探測器可以進行精確測量並傳輸高質量的影像。例如，“火星探路者”號僅花費 2.65 億美元就返回了大量資料和圖片。美國國家航空航天局的“新千年”計劃正在測試微衛星和慣性羅盤等先進技術。
當然，機器人宇宙飛船仍然需要人類的指導，即來自地球控制室的科學家和工程師。與宇航員不同，任務控制員通常不會在媒體上受到讚揚。但是，如果探險家劉易斯和克拉克今天還活著，他們就會坐在那裡。他們不會有興趣把時間花在擰緊空間站的螺栓上。
在月球上建造載人基地就更沒有意義了。正如“月球勘探者”號探測器所表明的那樣，無人宇宙飛船可以非常有效地研究月球。我們的命運不是建造月球殖民地，就像不是用手走路一樣。
[分隔符] 下一步是什麼？
目前，美國國家航空航天局似乎致力於維持其載人航天計劃，無論成本如何。但在未來十年，該航天機構可能會發現，它不需要人類角色來講述引人入勝的故事。“火星探路者”號證明，無人任務可以像太空梭飛行一樣讓公眾興奮。“探路者”號網站一年內的點選量達到了 7.2 億次。也許機器人也可以成為英雄。
孩子們現在不再凝視宇航員的海報，而是在玩火星探測車的玩具模型。下一代太空探險家正在成長，他們知道無需登上宇宙飛船即可訪問另一顆行星。幾十年後，當這些孩子們長大後，他們中的一些人將領導下一次偉大的太陽系探索。他們將坐在安靜的控制室裡，向遙遠的探測器傳送指令，並進行最終調整，引導我們走向星辰。
C對載人航天飛行的批評來自多個方面。有些人指出載人任務的成本很高。他們認為，美國國家航空航天局有大量的任務要完成，而載人航天飛行正在耗盡更重要任務的資金。其他批評者質疑將人送入太空的科學價值。他們的論點是，載人航天飛行是一項昂貴的“噱頭”，而科學目標可以透過機器人宇宙飛船更輕鬆、更令人滿意地實現。
但過去 47 年宇航員和宇航員的實際經驗果斷地表明瞭人類作為太空探險家的優點。在太空中需要人類的能力來安裝和維護複雜的科學儀器，並進行實地勘探。這些任務利用了人類的靈活性、經驗和判斷力。它們需要的技能在可預見的未來不太可能實現自動化。純粹的機器人探索計劃不足以解決使行星值得詳細研究的重要科學問題。
許多送入太空的科學儀器需要仔細放置和對準才能正常工作。宇航員已成功地在地球軌道上（例如，哈勃太空望遠鏡）和月球表面部署了儀器。就太空望遠鏡而言，最初有缺陷的儀器的修復及其持續維護已由太空梭機組人員在維修任務中出色地完成。從 1969 年到 1972 年，阿波羅宇航員在月球表面精心設定和對準了各種實驗，這些實驗透過測量地震活動和熱流，為科學家提供了月球內部的詳細影像。這些實驗完美運行了八年，直到 1977 年因財政而非技術原因而關閉。
人們已經設想了精細的機器人技術，以便在行星或衛星上遠端放置儀器。例如，地面探測車可以想象地安裝一個地震監測網路。但這些技術尚未在實際的太空行動中得到證明。非常靈敏的儀器無法承受機器人部署的粗暴操作。因此，這種網路的自動部署版本很可能比人工部署的版本靈敏度和能力都低。
當複雜裝置發生故障時，人類在太空中的價值變得更加明顯。在幾次情況下，宇航員能夠在太空中修復硬體，從而挽救了任務及其產生的寶貴科學資料。1973 年“天空實驗室”發射時，實驗室的熱防護罩被撕掉，一塊太陽能電池板丟失。另一塊太陽能電池板被束縛帶束縛在實驗室上，無法釋放。但是，第一批“天空實驗室”機組人員——宇航員皮特·康拉德、喬·克爾溫和保羅·韋茨——安裝了一個新的熱防護罩，並部署了被固定的太陽能電池板。他們的英勇努力不僅挽救了任務，還挽救了整個“天空實驗室”計劃。
當然，有些故障過於嚴重，無法在太空中修復，例如 1970 年“阿波羅 13 號”宇宙飛船氧氣罐爆炸造成的損壞。但在大多數情況下，當宇宙飛船裝置發生故障時，宇航員能夠分析問題，做出當場判斷並提出創新解決方案。機器能夠進行有限的自我修復，通常是透過切換到可以執行與損壞裝置相同任務的冗餘系統，但它們不如人類靈活。機器可以設計用來解決預期的問題，但到目前為止，只有人類表現出處理意外困難的能力。
[分隔符] 作為實地科學家的宇航員
探索分為兩個階段：偵察和實地研究。偵察的目標是獲得對給定區域或行星的組成、過程和歷史的廣泛概述。在偵察階段提出的問題往往是籠統的——例如，那裡有什麼？地質偵察的例子包括繞行星執行的宇宙飛船繪製行星表面地圖，以及自動化著陸器測量行星土壤的化學成分。
實地研究的目標更加雄心勃勃。目的是詳細瞭解行星過程和歷史。這需要在現場觀察，建立概念模型，以及制定和檢驗假設。必須多次訪問同一地理位置。實地研究是一項開放式的、持續進行的活動；地球上的一些實地研究地點已經連續研究了 100 多年，但仍然為科學家提供了重要的新見解。實地研究不僅僅是收集資料：它需要人類智慧的指導。現場需要人員來分析過多的資料，並確定應該收集什麼和應該忽略什麼。
從偵察到實地研究的過渡是模糊的。在任何探索中，偵察都佔據了最早的階段。由於偵察基於廣泛的問題和簡單、集中的任務，因此偵察是最適合機器人的探索型別。無人軌道飛行器可以提供有關行星大氣層、表面特徵和磁場的總體資訊。探測車可以穿越行星表面，測試土壤的物理和化學性質，並收集樣本返回地球。
但實地研究是複雜、解釋性和永續性的。解決科學難題的方法通常不是立即顯而易見的，而必須在研究過程中制定、應用和修改。最重要的是，實地考察幾乎總是涉及發現意想不到的東西。一個令人驚訝的發現可能會促使科學家採用新的探索方法或進行不同的觀察。但遙遠行星上的無人探測器無法重新設計以觀察意外現象。儘管機器人可以收集大量資料，但在太空中進行科學研究需要科學家。
誠然，機器人任務的成本遠低於人類任務；我認為它們的能力也遠不如人類。蘇聯在 1970 年代發射的無人“月球 16 號”、“月球 20 號”和“月球 24 號”宇宙飛船經常因以低成本從月球返回土壤樣本而受到讚揚。但是，如果沒有載人“阿波羅”計劃的結果提供的正規化，這些任務的結果實際上是難以理解的。在“阿波羅”任務期間，受過地質學訓練的宇航員能夠選擇給定地點最具代表性的樣本，並識別有趣或奇異的岩石，並根據這些發現採取行動。相比之下，“月球”號樣本是由機器人探測器隨意收集的。我們對每個“阿波羅”號地點的地質構成和結構的瞭解比“月球”號地點要詳細得多。
對於最近的一個例子，請考慮“火星探路者”號任務，該任務被廣泛宣傳為一項重大成功。儘管“探路者”號發現了一種不尋常的富含二氧化矽的岩石型別，但由於探測器的侷限性，我們不知道這種成分是代表火成岩、撞擊角礫岩還是沉積岩。每種成因模式都會對火星的歷史產生截然不同的影響。由於樣本的地質背景未知，因此該發現的科學價值微乎其微。訓練有素的地質學家可以在幾分鐘內對岩石進行現場鑑定，從而為隨後的化學分析提供背景，並使科學回報大大提高。
[分隔符] 遠端控制探索太空
人類的靈巧性和智慧是實地研究的首要要求。但真的需要人員的實際存在嗎？遠端呈現——將人類能力遠端投射到機器中——可能允許在其他行星上進行實地研究，而無需載人航天飛行相關的危險和後勤問題。在遠端呈現中，地球上人類操作員的運動以電子方式傳輸到機器人，機器人可以在另一個行星的表面複製這些運動。來自機器人感測器的視覺和觸覺資訊使人類操作員感覺自己身處行星表面，“在”機器人內部。作為獎勵，機器人替身可以被賦予增強的力量、耐力和感官能力。
如果遠端呈現是一個如此偉大的想法，為什麼我們需要人類在太空？首先，這項技術尚未成熟。視覺是實地研究中最重要的一種感覺，迄今為止開發的任何即時成像系統都無法與人類視覺相媲美，人類視覺提供的解析度是影片螢幕的 20 倍。但遠端呈現系統最嚴重的障礙不是技術性的，而是心理性的。科學家用於進行實地探索的過程知之甚少，人們無法模擬不理解的東西。
最後，存在關鍵的時間延遲問題。理想情況下，遠端呈現需要操作員向機器人發出命令、命令的執行以及效果的觀察之間的時間延遲最小。太空中的距離非常遙遠，以至於瞬時響應是不可能的。訊號在地球和月球之間往返需要 2.6 秒。地球和火星之間的往返延遲可能長達 40 分鐘，這使得真正的遠端呈現成為不可能。機器人火星探測器必須依賴笨拙的介面，這迫使操作員更多地專注於物理操作，而不是探索。
[分隔符] 機器人與人類作為合作伙伴
目前，美國國家航空航天局的重點是國際空間站的建設。然而，空間站不是目的地；它是一個學習如何走得更遠的地方。儘管在那裡將進行一些科學研究，但空間站的真正價值將是教會宇航員如何在太空中生活和工作。宇航員必須掌握軌道組裝過程，以便他們能夠建造星際任務所需的複雜飛行器。在未來的幾十年裡，月球也將被證明是一個有用的實驗室和試驗檯。月球基地的宇航員可以操作天文臺並研究當地地質，以尋找太陽系歷史的線索。他們還可以使用遠端呈現來探索月球不適宜居住的環境，並學習如何將人類和機器人活動結合起來以實現他們的科學目標。
探索的動機既有情感上的，也有邏輯上的。探索新領域的願望，看看山的那邊有什麼，是人類天生的衝動。這種衝動也具有理性的基礎：透過拓寬人類的想象力和技能，探索提高了我們長期生存的機會。明智地使用機器人和無人宇宙飛船可以降低行星探索的風險並提高其效率。但機器人永遠無法取代人類。一些科學家認為，人工智慧軟體可能會增強無人探測器的能力，但到目前為止，這些能力遠未達到即使是最基本的實地研究形式所需的能力。
[分隔符] 作者
弗朗西斯·斯拉基是喬治城大學的厄普約翰物理學和生物學教授，也是美國物理學會公共事務副主任。他於 1992 年在伊利諾伊大學獲得物理學博士學位，他的研究重點是高溫超導體的光學特性。他撰寫有關科學政策主題的文章並進行講座；他的評論曾在《紐約時報》和《華盛頓郵報》上發表。
[分隔符] 作者
保羅·D·斯普迪斯是休斯頓月球與行星研究所的職員科學家。他於 1982 年在亞利桑那州立大學獲得地質學博士學位，並於 1990 年之前在美國地質調查局的天體地質學分部工作。他的研究重點是月球的地質歷史以及行星上的火山活動和撞擊隕石坑。他曾在許多委員會任職，為美國國家航空航天局提供探索戰略方面的建議，並且是《曾經和未來的月球》（史密森學會出版社，1996 年）的作者。