211service.com
Rymdfärja vetenskap
Den tragiska förlusten av rymdfärjan Columbia och dess besättning skrämde nationen. Varför? Inte varför gick det förlorat? Snarare, varför skrämde dess förstörelse nationen?
Farorna med att lansera Shuttle-flyget är uppenbara. Ingen inom hörselavstånd kommer någonsin att glömma det förödande dånet. Även de osmyckade siffrorna är häpnadsväckande. Vid lanseringen bär boostern 1,8 kiloton flytande väte och syre, energin hos 4 kiloton TNT, ungefär 20 procent av den från bomben som förstörde Hiroshima. Astronauterna surfar ut i rymden ovanpå en enorm pågående explosion. Kan det göras säkert? Det enkla svaret: nej.
Återinträdessiffrorna är lika imponerande. Shuttle går in igen vid 18 Mach – det är 18 gånger ljudets hastighet. Om all energi i luften som skjuts ur vägen av skytteln omvandlades till värme, skulle den nå en temperatur lika med den lokala atmosfärstemperaturen (250 grader Kelvin) multiplicerat med 18 i kvadrat; det är 80 000 K. Men all energi omvandlas inte till värme; den faktiska temperaturen är bara 2000 K. Men även det är ungefär en tredjedel av temperaturen på solens yta. Hobbyister som fotograferar återinträdet ser ett vackert ljust spår, som eldklotet från en meteor, gjord av joner skapade av den intensiva luftvärmen som påverkar skytteln. Astronauter som tittar ut genom sina fönster har blivit lika hänförda (och kanske lite rädda) eftersom rymdens mörka himmel döljs av den glödande heta plasman. Kan ett sådant återinträde göras säkert? Nej.
Endast brickorna, främst på botten av skytteln, är utformade för att ta emot sådan värme, och även de kan ta det bara under en begränsad tid. Under återinträde kommer påverkan av Mach 18-luft att förstöra farkosten om inte en noggrann balans upprätthålls och värmen begränsas till dessa plattor. Om skytteln ramlar, försvagas luften snabbt och förstör hela farkosten. Vi vet ännu inte vad som fick Shuttle att ramla den 1 februari, och även när vi gör det kommer det att vara omöjligt att garantera att det inte kommer att hända igen. För mig är rymdprogrammets anmärkningsvärda prestation att endast två skyttlar har gått förlorade på 113 uppdrag.
Det finns få jobb som är farligare än en astronauts. Men de flesta av allmänheten vet inte det - eller snarare, inte. Challenger-katastrofen hade till stor del glömts bort. Felintrycket att skytteln är säker är till stor del ett arbete av NASA PR, som har strävat efter att få flygningarna att låta rutinmässigt. Pendeln är så säker att vi kan flyga senatorer och lärare. Pendelflygningar är så rutinmässiga att vi kan använda dem för att utföra experiment som föreslagits av gymnasieelever.
Det finns en annan stor missuppfattning att NASA har spridit mer aktivt, kanske för att många inom byrån har övertygat sig själva om att det verkligen är sant. Här är det: rymdfärjans primära mål är att främja vetenskaplig kunskap. De flesta forskare himlar med ögonen när de hör detta påstående.
Misstolka inte vad jag säger: det finns bra, till och med stor vetenskap som skjuts ut i rymden på skytteln. Resultat från rymdteleskopet Hubble retar fysiker och astronomer lika mycket som allmänheten. Men man kan hävda att Hubble kunde ha skjutits upp till en lägre kostnad av icke-återanvändbara raketer. Förenta staternas militär föredrar att skjuta upp sina spionsatelliter - nära kusiner till rymdteleskopen - med obemannade fordon. Sådana satelliter behöver inte vara kvalificerade för människor, det vill säga de kräver inte de extra tekniska kostnaderna för att göra dem helt säkra att vara i rymden tillsammans med människor.
Det är sant att Hubble var defekt och krävde reparation av Shuttle-astronauter. Men militären förlorar också sina spionteleskop, och dess svar är att lansera en ersättning. Att lansera två helt nya Hubble-teleskop – originalet och en ersättare, utan varken kvalificerad för mänsklig service (och därför billigare) – skulle utan tvekan ha varit billigare i det långa loppet.
När det kommer till själva vetenskapen är rymdfärjan ett dåligt val av plattformar. Människor är en källa till buller-vibration, infrarött, gravitation. Känsliga experiment måste komma bort från detta. Att bara flyga ett experiment på ett bemannat uppdrag ökar automatiskt experimentets kostnader. Många forskare stönar privat över vetenskapliga uppdrag som försenades och blev dyrare eftersom de flyttades från obemannade bärraketer och tvingades bli en del av NASA:s vetenskapliga motivering för skytteln.
Hubble åsido, vad skulle du nämna som NASAs riktigt strålande prestationer under de senaste 20 åren? Min favorit: upptäckten att varje måne på varje planet skiljer sig markant från alla andra månar, ett resultat som är helt oväntat och fortfarande inte förstås. Man kan också välja vädersatelliternas fantastiska framgång. Eller de märkliga bilderna du får från ditt satellit-TV-system. De som vet kanske väljer våra rymdspionsystem. Sedan finns det GPS - Global Positioning System, som används för att guida flygplan, båtar, vandrare, bilar såväl som soldater och smarta vapen. Dessa projekt har en sak gemensamt: de var alla obemannade.
Efter Columbia-katastrofen sa senator John McCain att rymdutforskning är ett uppdrag som USA inte kommer att överge. Jag hoppas att han har rätt. Men (och här kan senator McCain skilja sig åt), en sådan utforskning under de kommande decennierna eller två kan kanske göras bättre med obemannade fordon. Vi skickar redan robotar till Mars. Vi har planer på att ta tillbaka prover. En dag kan vi till och med skicka dit astronauter. Men låt oss inte ha bråttom att göra det. Nya teleskop och obemannade instrument kommer att berätta mer om rymden än om astronauter i omloppsbana.
Det finns en framtid för människor i rymden. Så småningom kommer hypersonisk flygning att fulländas, och vi kommer att kunna åka flygplan i omloppsbana. Men ingen vet när de nödvändiga scramjet-motorerna kommer att kunna sättas in; de är fortfarande i FoU-stadiet, med stark tonvikt på R. Tester avslöjar kritisk ny fysik med varje tillagt Mach-tal, och hypersoniska prototyper har knappt nått Mach 5. Orbit kräver mer än Mach 18.
Kanske kommer ett annat tillvägagångssätt att lyckas först. Utvecklingen av ultrastarka kolfibrer kan göra drömmen om en rymdhiss (tidigare kallad skyhook) verklig, vilket gör att vi kan åka långsamt och säkert upp och ner. Men vetenskapen är inte här än. Om 20 år - vem vet?
Många inom NASA tror att framtiden för deras byrå beror på att den mänskliga rymdfärden fortsätter och förlängs. Utan astronauter, lyder argumentet, kommer allmänheten att tappa intresset för rymden. Jag tycker att detta argument är fel. Få amerikaner visste ens att rymdfärjan var i omloppsbana - tills astronauterna dödades. När eleverna jag känner på Berkeley sätter rymdaffischer på sina väggar, är de inte affischer av astronauter. De är bilder av regioner där stjärnor föds, av exploderande stjärnor, av extremt avlägsna och hemskt vackra galaxfält. De togs alla med instrument som inte behövde människor för att komma ut i rymden och som krävde sin frånvaro för att kunna ta stabila bilder.
Rymdfärjan är inte säker och den kommer inte att vara säker inom överskådlig framtid. Är det värt de förlorade liv att använda det? Vi måste vara ärliga. Kanske borde Shuttle-uppdragen fortsätta, men om de gör det, låt oss göra det i full allmän insikt om att risken för dödsfall på varje uppdrag är cirka 2 procent. Soldater som går in i strid accepterar ofta risker som är ännu högre än så. Astronauterna kände alltid till denna fara, och de valde att acceptera den. Kan allmänheten acceptera en så hög nivå? Jag vet inte. Men vad beslutet än är, bör det fattas i ärlighet och sanning. Rymdfärjan är stor ingenjörskonst; det är drömmen om människan i rymden; det är ett äventyr. Men det är inte säkert, det kan inte göras säkert, och det är ingen stor vetenskap.