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2021-03-17 12:55:00  2441423
太空探索追梦,从这里开始
教育专题

很多人都曾有过想要到太空探险的梦想,但问题是这个梦想就好像无垠的太空一样飘渺,不知道应该从哪里启动、从哪里着陆。综观全世界的大学,都没有一个科系叫作太空探险系,年轻人如果真的想要往这方面发展,他们在大学时到底应该修读什么科系呢?

本期【新教育】且从最近的3个火星探测任务,分析如果想成为太空探险者,到底应该具备什么样的专业知识,以及可以从哪里找到通往梦想的机会。


2020年7月23日,“天问一号”探测器搭乘“长征五号”运载火箭从中国海南文昌发射升空。
2020年7月23日,“天问一号”探测器搭乘“长征五号”运载火箭从中国海南文昌发射升空。




上个月,来自阿联酋的“希望号”、中国的“天问一号”还有美国的“毅力号”,相继抵达火星轨道启动火星探测任务,对航天爱好者而言无疑是一个振奋人心的月份。

探索太空从来不是一件容易的事,从探测器穿越火星大气层,到登陆火星执行任务,每个环节其实都涉及很多不同领域的专家。也因为如此,如果你想要从事火星探测或其他的太空探索任务,首先你必须想清楚你对哪个领域最有兴趣,然后朝那领域前进。


陈日佳说,太空探索任务涉及许多不同的专业领域,单单探测车就有很多不同功能的仪器,所以年轻人如果想要往太空探索这方面发展,首先必须想清楚自己对哪个领域最有兴趣。
陈日佳说,太空探索任务涉及许多不同的专业领域,单单探测车就有很多不同功能的仪器,所以年轻人如果想要往太空探索这方面发展,首先必须想清楚自己对哪个领域最有兴趣。



那么,太空探索任务究竟涉及哪些专业领域?马来西亚诺丁汉大学前化工副教授陈日佳的业余爱好是研究军事与航空科技,他以火星探测任务为例子,点出太空探索涉及的领域主要包括:

飞行动力学

飞行动力学主要研究飞行器在飞行时的运动规律、受力情况和总体性能。这门学问对火星探测任务起着关键作用,因为无论是天问一号或希望号,此前都面临一个巨大挑战,那就是要如何被火星引力捕获而进入火星轨道。只要角度稍微偏移,探测器可能就无法顺利进入火星轨道。

研究飞行动力学需要有很强的计算能力,宇航工程系的课程一般都会包含这个学科。

机械设计、材料科学

探测器的每一个仪器乃至每一个零件都经过精密设计,因为火星的引力比地球小,大气层很薄,且昼夜温差很大,科学家在设计仪器时需要把所有因素都考虑在内,包括仪器所使用的原料。这里就牵涉到材料科学,专家需确保在地球所设计和制造的仪器,在上到太空以后依然能够正常操作。


一枚搭载“希望号”火星轨道器的H-IIA火箭,于去年7月从日本南部鹿儿岛的种子岛航天中心升空。
一枚搭载“希望号”火星轨道器的H-IIA火箭,于去年7月从日本南部鹿儿岛的种子岛航天中心升空。



数码图像处理

帮火星拍照跟自己平时拍照不一样,我们所看到的火星高清图,往往都是由高分辨率相机拍摄,且经过繁复的图像融合处理,才得出一张照片,绝不是普通相机“咔嚓”一声就能拍摄得到。而图像越是高清,就越有助于科学家分析火星的地形和地貌。

除火星图之外,人造卫星图其实也同样需要数码图像处理,这方面就牵涉到软体工程和人工智能程式设计。

无线电通讯

火星和地球因为环绕太阳的轨道不一样,所以火星和地球的距离是不定的。从地球发射信号到火星,平均需要十多分钟,这一距离导致信号抵达目的地的时候,往往已经变得很微弱,所以需要专家去克服火星与地球之间的无线电通讯问题。

人工智能

火星和地球之间的距离导致通讯延误,这意味着探测器从一开始就需要有自动化的功能,例如当遇到障碍,探测车需快速反应避开危险,以及探测车的机械手臂,可自行分析挖掘土壤的难度。探测车的很多仪器都具备人工智能,以防远水救不了近火。

地质学

火星探测任务的其中一个重点是要研究火星的地质,从地质学原理研究火星的物质组成、结构和演化历史。像美国NASA的毅力号,其任务之一是要采集火星岩石和土壤样本,地质学家透过分析样本的硬度、孔隙率等特性,计算火星地质如何形成,以及用了多少时间来形成。

(题外话:陈日佳说,马来西亚其实很需要地质学家,因为第一,我国开发油田,如果不懂地质,就不懂得如何开挖;第二,我国未来应该还会有很多轻快铁和高铁工程,这些工程往往涉及隧道的建设,需要有地质学家做地质分析。然而不知道为什么,这个行业如此吃香,本地却很少有大学开办地质学系。)

天体生物学

人类探索火星,最想要知道的就是火星上到底有没有生命存在。科学家并不期望能够在火星找到细胞体,而是探寻有没有其他迹象(例如氨基酸和甲烷),能够揭示火星是否存在过类似地球上的生命。

天体生物学(Astrobiology)的焦点在于研究生命的起源、分布、演化和未来,是一门综合生物学、物理学、化学、地质学等多方面知识的交叉学科。天体生物学家将会研究火星是否有过生命,或至少为我们提供解开这个谜题的线索。

其他

探测器收集到的数据和图像还可以运用在很多其他研究,尤其美国毅力号,它搭载的仪器最多也最复杂,其收集的数据可运用在气象观测、氧气提取等多方面的研究。


美国“毅力号”去年7月从地球升空,今年2月成功登陆火星的耶泽罗陨石坑。毅力号的任务是收集火星岩石和土壤样本,助人类了解这个红色星球的地质和气候,还有探寻火星上是否有远古微生物的生命迹象。
美国“毅力号”去年7月从地球升空,今年2月成功登陆火星的耶泽罗陨石坑。毅力号的任务是收集火星岩石和土壤样本,助人类了解这个红色星球的地质和气候,还有探寻火星上是否有远古微生物的生命迹象。




从什么科系著手?

了解火星探测任务大概涉及哪些领域之后,如果你也想成为太空探索团队的一分子,那么接下来的问题是:你到底应该修读哪个科系?

在马来西亚,恐怕你找遍所有的大学,都找不到“天体生物学”或“行星科学”这样的本科课程(Bachelor's Degree)。但你不必绝望,可以先读一个比如生物学本科,然后再物色外国有哪所大学的研究所,是有提供天体生物学或行星科学这类的硕博士课程。又或者如果你对飞行动力学感兴趣,可以先报读宇航工程系,等本科毕业以后,再到外国攻读飞行动力学硕士课程。

如果你只有本科学历,却想要进入像美国NASA这样的机构,陈日佳说,这是不太可能的事,“因为这些机构要的是专才,不是一个只有基本专业知识的人。”他说,学生若是了解大学制度的话,就明白本科学位只能给予学生基础的专业知识,可是如果想成为专才,则必须攻读硕博士,具备深入的专业知识和做研究的能力。

很多人可能以为本科读什么科系,到了研究所就只能读回同一个科系,但其实不然。陈日佳举例,如果学生的志愿是设计探测车,那么他们可以在本科阶段先修读机械工程或电机工程,然后再跨领域攻读行星科学硕士学位,这么一来他们便同时具备工程学和行星科学两方面的专业知识。

很多人也许要问,既然要从事跟宇航有关的研究,那么报读宇航工程系不就是最直接的途径吗?但陈日佳说未必,因为宇航工程系涵盖的内容相当广泛,火箭和航天器只是其中一部分,如果真正要设计火箭和航天器,还需要有材料科学、机械工程等领域的专家参与,所以要做宇航研究,未必要读宇航工程系。

另一方面,说到太空探索,很多人可能首先想到的是天文学,但陈日佳表示,太空探索和天文学是两件不同的事情,现代天文学主要研究宇宙膨胀、黑洞这些现象,动辄就是几千或几万光年,而太空探索多以天文单位(AU)为单位,相形之下简直是小巫见大巫。他比喻:“这就好像你跟别人说你体重75公斤,对方却说他的体重有两公吨”,两者根本是两码事。

读研才出国省学费

如果真的打算修读跟太空和火箭有关的课程,是不是肯定需要花很多钱?陈日佳的答案是未必,因为他认为学生不妨留在本地大学读本科,等到要读研才出国,这样便可省下三四年的留学费用。

至于工作机会,他说大学如果有本事开办天体生物学或设计探测车这类的课程,意味着有关大学肯定有这方面的师资、人脉和资源,而且教授所领导的研究项目,很可能是跟业界还有太空总署这样的机构合作,所以学生在这些大学读完研究所之后,或可通过这层关系找到工作。

目前,马来西亚的水平还没发展到有能力展开太空探索,所以年轻人如果想要往这方面发展,就只能到外国找机会。这是为什么陈日佳常提醒父母:“如果你的孩子以后要从事这个行业,就要有心理准备,孩子会远离你去做他想做的事。”





延伸阅读:

【教育科普】火星航太之路


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作者 : 报道:本刊 梁慧颖 摄影:本报 陈敬晖、 本报资料室、官方网站
文章来源 : 星洲日报 2021-03-17

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