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1962 年 2 月 20 日，「友誼 7 號」（Friendship 7）太空船在地球軌道上持續飛行了將近 5 個小時之後，約翰．葛倫（John Glenn）成功回到了地球，成了第一個不只是在太空中沾沾醬油，還繞行了地球軌道的太空人。美國航太總署（NASA）這次「水星計畫」（Project Mercury）的成功，不只證明長時間太空飛行技術可行，人類也可以良好適應。在第一個衛星、第一隻上太空的動物、第一位上太空的人類等頭銜都被蘇聯搶先後，這項紀錄讓美國稍微鬆了一口氣。
「水星計畫」也是電影《關鍵少數》（Hidden Figures）中的主軸，帶大家穿越時空，告訴大家這場任務背後的隱藏功臣。
電影一開始，把我們帶回到 1961 年，這時水星計畫進行到一半，友誼 7 號太空艙正在試驗中。
隔熱板出頭天
不久，測試太空艙隔熱板時出現了大問題，隔熱板脫落甚至彈了出來，這個問題困擾著研究單位，他們該怎麼解決這個問題，讓葛倫可以順利、安全完成任務呢？此時，主角之一瑪莉．傑克森（Mary Jackson）因此接到了這個支線任務。
其實，這種隔熱板一開始並不在水星計畫的原始設計中。
時間回朔 3 年，我們來到 1959 年 1 月，美國正式公布水星計畫的一個月後，這時整個水星計畫的飛行器承包商已經確定為麥可唐納飛行器公司。
當時的太空艙設計處理高溫的方式，是透過裝在一般隔熱板下的鈹（Beryllium, Be）金屬風扇散熱；在此同時，另一種科技——燒蝕隔熱板（ablative heat shield）的開發也同時在進行。
燒蝕隔熱板的發想源於一個物質特性：當一個物體接觸到高溫的時候，本身會有溫度上升和物質型態改變兩種反應，這之中又屬改變物質型態最容易達成，需要的熱比單純升高溫度更少。舉個例子，當你把冰塊放在室溫中，再變成 25℃ 的冰塊之前，它會先融化。在接觸到高熱時，部分隔熱板會先融化甚至汽化，在高熱空氣和太空艙之間產生一個隔熱的邊界層（Boundary Layer），以保護後者，相關的原理被稱作莱頓佛羅斯特現象。
但在 1959 年，燒蝕隔熱板還是一個研發中的技術。大家要知道的是，儘管當時美國全力在拚太空，但資金仍然有限，所以沒有人想要花錢、花時間在研究沒用的東西上，例如承受高強度 G 力的椅墊（參照以下圖片）。
當時 NASA 太空載人計畫的主導者喬治．落（George M. Low）也發現了這個情況，所以 1959 年 1 月 16 日，在蘭里研究中心（電影中的主要場景）一場與麥可唐諾公司的會議中，他要求設計出一個可以彈性使用風扇及燒蝕隔熱板的太空艙，後來更演變成一定要具備同時安裝這兩個零件的能力。
當時還沒確定太空艙是要降落在海上還是陸上，所以這個設計的用意是防止太空艙過熱的情況，因為隔熱板或許能讓船體安全穿越大氣層，但如果撞在陸地上便沒有功用可言；而風扇則是能夠在這種情況下增加太空人存活率，並在大氣層中調節溫度。
在麥可唐諾公司重新設計之後，工程便被發包下去，包含：6 片安裝了散熱風扇的一般隔熱板，以及 12 片燒蝕隔熱板，整個開發過程在當時被視為最高機密。
但監督這項工程的梅爾（Andre J. Meyer, Jr）很快就發現了瓶頸：鈹材料不夠。鈹是一個貴金屬，熱導率、穩定性很優秀，密度又很低，是當時太空科技的常用材料，但稀少價格昂貴，在太空艙底部用上許多鈹，就像貼滿寶石一樣（鈹是祖母綠、海藍寶石的成分之一）。而當時美國境內只有兩家金屬鈹的供應商，但只有一家能夠生產出符合標準的鈹，所以產生了供不應求的情況。另外，友誼 7 號太空艙將會以很小的角度進入大氣層，承受高熱的時間將會很久，如果風扇有所瑕疵，太空人就會被活生生烤熟。
在鈹風扇可能會很貴又可能不安全的情況下，燒蝕隔熱板反而成了應該要立刻仔細研究的東西。
幸好梅爾本身擁有材料工程的背景，對於製作瓦片型的隔熱材料有所研究。在做足功課之後，他找上了當時試飛用火箭「大喬伊」的工程師們商量，想要將玻璃纖維材質的燒蝕隔熱板改為主要的隔熱措施，並在當年 9 月的實驗飛行中驗證這個技術。
儘管玻璃纖維燒蝕隔熱板還沒完全成功，但隨著研發問題逐漸被克服、友誼 7 號在當年 3 月確定在海中降落等因素，當時的 NASA老大格列南（ Thomas Keith Glennan）和火箭設計要人席維斯坦博士（Abe Silverstein）正式將風扇改為後備方案。一直到當年 6 月，距離測試 3 個月，辛辛那提實驗室（Cincinnati Testing Laboratory）總算完成了第一片玻璃纖維隔熱板，在重兵看守下交付給 NASA。
這時還衍生了一個問題：隔熱板到底要不要設計成可脫落呢？
如果是鈹金屬風扇的話，這個問題的答案就是「是」，因為一旦太空艙進入更低層大氣，風扇核心可能會過熱，繼續留在太空船上會危及太空人。而且如果最後選擇著陸在陸地上，也可能因為附近有易燃物釀成火災。不過如果是使用燒蝕隔熱板的話，又是另一回事了，因為可脫離的隔熱板不只徒增操作難度，還有可能在起飛時就掉落，或是在過程中傷到太空艙。
最後的決定，其實就像電影中的劇情一樣：在任務過程中，隔熱板要黏的緊緊的，完全不能脫落。
在短短一年內，為了解絕太空艙散熱的問題，NASA 被迫不斷更改計畫，直到年尾才確立燒蝕隔熱板的地位。即使如此，直到友誼 7 號真正發射之時，NASA 工程師其實還是非常擔心隔熱板出問題。
葛倫真實的任務執行過程，跟電影演得有什麼不同？
電影中我們看到葛倫坐上友誼 7 號，許多人圍在電視前屏氣凝神看發射過程的畫面，以及整個任務過程中葛倫與地面控制中心緊張的氛圍。我好奇的是，實際在這次任務過程，除了發生隔熱板故障的意外插曲，還發生了什麼事？
幸好 NASA 早期的太空任務都有留下太空人與控制中心的錄音檔和逐字稿，而且現在絕大多數能在網路上找到。有興趣的人可以看看這兩個版本，一個來自於美國官方的 Internet Archive；另一個是甘迺迪太空中心的網路資源。
在 Internet Archive 的錄音檔（691AAE~715AAE）中，可以聽到葛倫與控制中心的對話，還包括控制中心各部門彼此間的通訊，但音質並不好。在 691AAE 紀錄中，我們是甚至可以聽到發射前的通話（17 分 30 秒前）。
而甘迺迪太空中心的網路資源的檔案則是太空艙中的通話紀錄，所以大家可以很清楚地聽到葛倫的聲音。他與地面的通訊有幾度中斷，但整個任務過程的通話有很明確的逐字稿。
友誼 7 號升空之後，電影中沒有演出來的部分其實相當枯燥乏味。葛倫每半小時會對控制中心做固定報告，包括溫度、氧氣、燃料……等。我們可以知道在太空飛行中，艙內溫度絕大部分是 100℉（38℃），而濕度只有 25%，不過太空人的太空衣內會比較涼一點。
錄音檔 5 分 18 秒，葛倫第一次讚嘆了地球上的景觀（The view is tremendous!），之後他會開始報告他看到的地球景象，包括非洲海岸、美國領土、各種打雷天象、日昇日落等，全部逃不過他的眼睛。在 50 分左右，葛倫向地面報告星象，表示看到昴宿星團，比他在非洲服役時看到的星空更清楚，控制中心還回應他不久後就能看到獵戶座。
準備進入大氣層前，也進入了整個錄音檔的重頭戲，整個過程光是用聽的也非常驚險。途中不只是隔熱板發出警報，其實燃料純度警示燈也有響，葛倫還回報艙外內有不明的光點。在錄音檔 4 小時 7 分鐘時，聽到自動駕駛系統的按鈕出現斷裂聲的訊息。4 小時 30 分鐘左右友誼 7 號進入大氣層，4 小時 43 分鐘時，葛倫回報艙外有巨大的火球，在之後 3 分鐘多沒有控制中心的回應。這沒有回應的 3 分鐘，可能就是相對應電影中控制中心無法聯繫上葛倫那段可怕的沉默。
葛倫真的有要求凱薩琳重算嗎？
我想除了關鍵 3 分鐘沉默之外，大家應該也很想知道，葛倫真的有在發射前夕，要求 NASA 研究數學家、也是電影中女主角凱薩琳．強生（Katherine Johnson）重算降落軌道嗎？
他真的有，但是很遺憾的是並沒有錄音記錄。事實上，這件事情發生在發射前好一段時間，強生花了超過一天做這個計算，她由 11 個參數成功推算出了完全符合 IBM 電腦的數據，讓葛倫能夠安心，火箭可以順利發射。
美蘇太空競賽是一個科學技術的搖籃，也是人類爭相證明自己的過程，電影中的 3 位女主角帶給太空任務一個圓滿的成果和動人的故事，而整個歷史、太空團隊，不管美國還是蘇聯，帶來的是更多的驚喜和智慧。
「我們要不一起攻頂，要不回家吃自己。」（If we don’t get there together, we don’t get there at all）——《關鍵少數》
參考資料
