美国航天大劫难,竟然祸起“拉郎配”的头图

美国航天大劫难,竟然祸起“拉郎配”

2018-01-04  |  蝌蚪五线谱 原创 收藏(34)  | 

1999年9月23日,对于美国的火星探测来说是一个黑色的日子。在这一天,美国发射的“火星气候轨道器”在即将进入预定轨道的时候,突然间从科学家的视线中失踪了……

2010年,美国《时代》杂志为读者展示了美国航天史上十个最黯淡的时刻,其中就有“火星气候轨道器” 坠毁于火星大气的悲剧。

“火星气候轨道器”(网络图)

一个“小马虎”,导致火星计划夭折

1998年12月11日,“火星气候轨道器”在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地,搭乘德尔它2-7425型运载火箭发射升空。该运载火箭是美国麦道公司设计、制造和经营的高可靠性中型运载火箭。

“火星气候轨道器”发射升空(网络图)

“火星气候轨道器”概念图(网络图)

该轨道器是由洛克希德?马丁公司承制的,重量629千克,星体结构高2.3米,宽1.65米,太阳能帆板长5.5米。该轨道器的使命是探测火星大气层、火星气候以及火星地表,并为随后踏上火星的极地登陆火星探测器承担通信中转任务。

1999年9月23日,美国人正在翘首期盼“火星气候轨道器”进入预定轨道的好消息时,“火星气候轨道器”突然与地面控制中心失去了联系……原计划经过6.65亿千米的长途飞奔就可以进入预定轨道了,谁知这个耗资巨大的火星探测器就这样神秘地消失了。

这是美国火星探测史上的一个航天悲剧,它给美国的火星探测计划带来的打击是可想而知的。然而,事故调查结果却大大地出乎人们的预料,原来这个航天悲剧居然是由计量单位换算错误造成的。小马虎酿成大悲剧,教训可谓深刻吧!

公制和英制“混岗”,让两亿美元打了水漂

美国太空署组成的调查组,对“火星气候轨道器”飞临火星前传回的数据进行分析后发现,它进入火星大气层之后与火星的距离大约只有60千米,这一高度大大低于科学家提出的大约85~100千米的最小安全距离,与预定的轨道高度140~150千米更是相差甚远。因此,调查组认为高度太低可能是造成探测器坠毁的直接原因。

火星在太阳系中的位置(网络图)

那么是什么原因使得探测器高度如此之低呢?美国太空署喷气推进实验室等部门的调查确认,造成飞行高度太低的原因竟然是公制和英制的转换问题!原来,美国太空署的喷射推进实验室使用的是公制单位,而美国的工业系统使用的是英制单位。

“火星气候轨道器”内部调试(网络图)

该实验室每天都要根据洛克希德·马丁空间系统公司提供的数据启动两次小推进器,以用来调整探测器的航向。而洛克希德·马丁公司提供的数据为英制单位,导航人员误认为是公制数据而未加换算就输入了计算机系统,这样就导致了公制单位和英制单位数据的混乱,从而造成了严重的导航错误。

原来,在洛克希德·马丁公司提供的数据中是以“磅力”为单位计算推力的,而预测飞船轨道的模型是以“牛顿”为单位的。其实,在公制单位中,牛顿是力的单位;在英制单位中,磅则为质量的单位,1磅(lb)=0.4535924千克(kg)。

据悉,导航人员在计算推力器每次工作的冲量时把英制的“磅力”误做“牛顿”进行操作了。1磅力大约等于4.45牛顿,这样的失误造成的差距还真是不小呢!

航天无小事,即使“差之毫厘”的误差也会产生“失以千里”的后果。这个造价高达1.93亿美元的太空船,最终因导航失误迷失在了前往火星轨道的茫茫征途之中。

度量衡的“一国两制”,最闹心的单位换算

“火星气候轨道器”的失败,对于美国来说无疑是一个深刻的教训。美国太空署认为,造成如此严重的事故显然是不能简单地归结为一个小小的“失误”,而应当认为是美国航天系统工程协调工作的失败。

但是,从计量科学发展的角度来看,造成“火星气象探测器”悲剧的深层次原因,则在于美国在度量衡领域的“一国两制”。这里的“一国两制”指的是英制和公制单位的共存。

《汉声数学图画书》及其《英制与公制的换算》封面【1】(网络图)

在英制单位中,长度主单位为英尺,质量主单位为磅,容积主单位为加仑,温度单位为华氏度。因为复杂的历史原因,英制的进制相当繁杂。对于用惯了公制单位的人员来说,要适应美国度量衡的“一国两制”往往是很闹心的。

难怪,初到美国留学的学生大多对英制和公制单位的换算感到头疼。其实,对于美国的科学界来说,他们也希望能够采用统一的公制单位,只是无力改变“一国两制”的现实罢了。

英制单位起源于英国的度量衡单位制,而英制单位又是脱胎于罗马帝国的度量衡单位,都是用当时的农业生产作为单位基准的。例如一英寸等于三颗大麦的总长度,一磅等于一颗从麦穗中间抽取的大麦的重量的7000倍。

采用英制单位国家的时速表(网络图)

公制(km/h)和英制(MPH)并存

航天失败的教训,能否加快米制的推广

1812年,法国颁布施行“米制”,并于1837年起在全国强制推行。1875年,国际度量衡委员会在巴黎开会,法、德、美、俄等17国政府代表共同签署了《米制公约》,并确定了以“米”为标准国际长度单位。1960年,第十一届国际计量大会决定实行“国际单位制”(“SI”)。

签署《米制公约》【2】(网络图)

无论是“米制”还是“国际单位制”,美国都是参与国。那么,为什么美国这样一个科技发达的国家那么留恋英制单位呢?其实,美国在很早之前就开展了关于“英制转公制”的讨论,并且有一批美国工程师、科学家和企业家,甚至也包括美国的一些总统在内,都呼吁建立统一的公制单位制。

美国发行的杰斐逊“总统硬币”(网络图)

1790年,美国第三任总统杰斐逊曾建议国会确立10进制计量法。但是由于随后的国家征地计划依旧采用英制计量,使得该提议没有进入操作日程。

建于1924年的美国国家科学院大楼(网络图)

1863年,美国国家科学院成立,并呼吁推广米制。但国会只愿意从法律上认可米制,允许美国人根据自己的意愿采用新计量单位。美国对于“米制”的抵制,大多是源于人们对于传统的坚守。

一位退休教授拉罗斯·莱特这样说:“大部分国家在最初采用公制计量单位时都会遇到阻力。人们不愿意破坏传统,因为这已经是他们认知和控制世界的一种方式。”

尽管英制单位在美国饱受诟病,但是计量学家对于公制单位的宣传收效不大。难怪,美国著名科普杂志《大众科学》在评选“最糟糕”的科学职业时,在美国推行公制单位的计量学家则榜上有名。

注释:

【1】《汉声数学图画书(全41册+妈妈手册)》由贵州人民出版社出版,日期为2013年10月。其中第41本为《英制与公制的换算》(绘本),作者为美国人,(美)明德尔?西托默,乔治?帕比 等著, (美)汤米?狄波拉,唐纳德?克鲁斯 等绘。

【2】1875年5月20日,俄、法、德、美、意等17国外交代表,分别代表本国政府在法国巴黎签署了“米制公约”,这是一项在全球范围内采用国际单位制和保证测量结果一致的政府间协议。在此次会议上,决定成立国际计量委员会,设立国际计量局,并定期召开国际计量大会。

参考文献

【1】[英]帕特里克?摩尔.《盗火者译丛06 ——火星的故事》[M]. 宋宇莹等译,北京理工大学出版社,2004年版。

【2】新浪网.《科技界8个计算错误悲剧:换算失误致飞船坠毁》. 中国经济网,2013-11-01。

【3】武际可.《长度单位米的前生今世与未来》. 百科知识,2016年21期。

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