从两极到恒星

2019年11月16日，飞行员兼作家罗伯特·德劳伦蒂斯开始了一场雄心勃勃的冒险。他从圣迭戈县的吉莱斯皮野外出发，向德克萨斯州的大草原倾斜，这是极地探险的第一站。在沿途的每一站，他都计划谈论STEM教育、航空安全和技术，所有这些都旨在鼓励和激励下一代。

他被称为“世界公民”的1983年改装的双引擎飞机的大部分货物空间已经为这次长途航行配备了额外的燃料箱，但是他确实有空间放置一个小装置，这是加州大学圣巴巴拉分校的研究人员提供的:一个晶片规模的航天器(WSS)。

这颗微型卫星是物理学教授菲利普·卢宾、开发技术人员尼克·鲁珀特、博士后研究员彼得·克罗根和本科生瓦伦·艾耶的成果。这是“星光计划”的一部分，该计划由美国国家航空航天局支持，旨在开发一种航天器和推进系统，能够在人的一生中到达最近的太阳系外。

这一概念与传统做法大相径庭。通常的做法是发射带有推进系统的航天器，将其送到目的地。“星光”采取了不同的策略:把笨重的推进系统留在地球上，用高功率激光向航天器发射能量。

这个非传统的想法使科学家能够将飞船缩小到可以加速到光速的一个重要部分。这将把前往最近的恒星系统——半人马座阿尔法星系的时间从10万年缩短到20年左右。

“化学是通往星际的死胡同，”卢宾说，他指的是传统的火箭推进剂。激光推进应该能使飞船达到足够快的速度，使它能在人的名义寿命内到达附近的恒星。

卢宾和他的团队意识到这个项目更广泛的意义。他说:“我们项目的一部分，虽然技术性很强，但试图激发人们对人类探索的可能性的认识。”

德劳伦蒂斯并没有忘记这一点，他和他的朋友兼飞行员布赖恩·基廷(加州大学圣地亚哥分校的宇宙学教授)在访问圣巴巴拉时遇到了鲁宾。“这次旅行是要把飞机和飞行员带到他们的绝对极限，”德劳伦蒂斯说，“我认为这个薄饼大小的飞船也把我们的知识带到绝对极限。”

而且，正如DeLaurentis补充的那样，“航空确实是迈向星空的第一步。”

实验室为这位飞行员提供了一个WSS，他以已故母亲的名字将其命名为弗朗西斯。它插在USB接口上，在副驾驶座位后面的一扇窗户上。“它会拍照，测量海拔、温度、速度和位置，”他说，“基本上，它一直都在指着窗外。”

在飞船上，德劳伦蒂斯从德克萨斯向南航行，在巴拿马、哥伦比亚、玻利维亚和阿根廷停留。2019年12月17日，世界公民号成功穿越南极，这是莱特兄弟首次飞行的116周年纪念日。飞越南北两极的过程完全由生物燃料提供动力。

尽管重量不到1盎司，航天器还是装了各种各样的传感器。它有一个500万像素的摄像头，环境光检测器，GPS系统，压力和湿度传感器，两个温度计和一个九轴惯性测量单元。该团队计划在未来进一步缩小航天器。高级工程师尼克·鲁伯特说:“我们想要制造一艘几乎可以像处理器一样打印出来的航天器。”

“星光”是一项长期计划，其时间框架可与从二战前开始研制火箭到阿波罗11号发射的时间相媲美。卢宾说，为了让阿波罗11号的机组人员登陆月球，人们花了几十年的时间，而这些工作不一定是为了登月。不同的是，太空竞赛是由冷战时期的军事研究推动的，而星光则是由消费技术市场的民用工作推动的。

宇宙飞船的北行要繁忙得多。这位“世界公民”幸运地在3月份意大利关闭之前离开了意大利。就在那时，当COVID-19袭击欧洲时，探险几乎中断了。德劳伦提斯和世界卫生组织前往最近的仍未关闭的国家西班牙，当疫情席卷整个欧洲大陆时，他在那里接受了六周的隔离。

限制放松后，飞机和宇宙飞船前往瑞典，但在那里又耽搁了一个月。计划是飞往挪威的斯瓦尔巴群岛，但挪威政府没有批准。德劳伦蒂斯没有被吓住，他从瑞典的基卢纳直飞阿拉斯加的费尔班克斯，飞行了11.5个小时。在飞行途中，飞行员、飞机和航天器都经过了磁北极和地理北极，以及难以到达的北极。

在这段时间里，德劳伦蒂斯意外地发现自己没有导航或自动驾驶仪。他周围有五小时的海水，在极地夏季24小时的白天，连星星都没有给他指引。

幸运的是，飞行员的平板电脑还能正常工作，他得以安全航行到费尔班克斯。

然而，航天器没有遇到这样的问题。“我们的仪器工作得很好，即使是在两极，”Iyer说。“我们有不间断的全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(惯性测量单元)数据，这些数据用于罗伯特飞越两极的两次飞行。“这预示着它在通往半人马座阿尔法星的漫长旅程中的可靠性。

尽管大流行威胁到整个远征，但探险队坚持了下来，并最终取得了成功。2020年8月10日，世界公民号降落在吉莱斯皮球场。此后不久，WSS Francis返回了位于鲁宾实验室的家中，在此期间，该团队将其记录的所有数据下载到了其随身携带的microSD卡上。

研究人员利用这些数据来了解飞船的运行情况。Iyer解释说:“这让我们意识到，这台设备有时会在没有明显原因的情况下自动重新设置，这是我们之前在实验室中从未发现的问题。”

至于WSS本身:“弗朗西斯完成了她的使命，一切都很成功，”鲁伯特说。“我们从这次实验中学到了很多，发现了许多改进和简化原型的新方法。弗朗西斯现在已经退休了。她在书架上占了一个很好的位置，紧挨着她的兄弟姐妹。”