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登月大賽成功與失敗的故事:來自以色列民間的創世紀號

Rock Sun
・2019/08/10 ・3183字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

50 年前,美蘇之間的太空競賽造就了無數的故事和科技創新。50 年後,一支從 SpaceX 太空競賽誕生的以色列團隊,要挑戰一件前無古人的事情:靠著民間資助及技術能力,送一顆探測器上月球去。

目前歷史上只有 3 個國家曾經在月球上成功降落過探測器(軟著陸,不是計劃性墜毀的硬著陸),按時間排列依序為蘇聯、美國、中國。而最近幾年民營太空計畫和重返月球的話題和重要性越來越明確,Space X 的成功、美國宣布重返月球、中國登陸月球背面等等的事情,一再的告訴我們~舊愛可能還是最美,熟悉的月球在未來最對味。

或許有些天文迷已經知道 SpaceIL 團隊創世紀號(希伯萊語: Beresheet)的故事。但在最終報告還沒出來之前,我們還有很多時間可以認識一下這近期最野心蓬勃的登月計畫和與其團隊 SpaceIL 奮鬥的故事。

SpaceIL團隊與創世紀號(圖片來源:The Verge)

功敗垂成的 Lunar X Prize大賽

「今天我們要向世界各地的民間團隊提出挑戰,請他們設計、建造月球探測器,並儘速將成品送上月球表面,讓探測器在月面上移動 500 米,還必須回傳 1G 的高解析影像及數據。」

以上~就是大名鼎鼎的 Lunar X Prize 的比賽重點,看起來很單純是吧?這個著名的獎項在 2007 年宣布,原本預計在 2012 年結束,但是經過不斷的延期,最後才在去(2018)年 3 月由主辦單位宣告比賽結束。

長達 11 年的比賽過程,有將近 30 支隊伍參加,但沒有人完成任務。有些人可能會認為 Lunar X Prize 失敗了,但這其實可以視為一場慘烈的大成功:因為這些(雖然沒有成功登月的)團隊靠自己的能力,發展出了新時代的硬體和技術。

以色列登月團隊 SpaceIL的誕生

來自以色列,打造了創世紀號的SpaceIL 團隊,就是參賽隊伍之一。他們在漫長的競賽結束之後,仍決定堅持下去,試著去完成任務。

一切要從 2010 年說起,一位名叫亞里夫‧巴許(Yariv Bash)的年輕工程師,聽說了當時 Lunar X Prize 的事,而有個瘋狂的構想(可參見預告片 5:45的畫面),他找了另外兩位夥伴,分別是電子工程師跟電腦學家,想要從零開始參加這場競賽,連草圖都在第一天完成了,上面還寫了可能會有的問題和時程表。

SpaceIL創辦人亞里夫.巴許(Yariv Bash),2015年在以色列Google年會上演講(圖片來源:SpaceIL

但是就像每一個剛起步的民營公司、創業者會遇到的問題:他們需要錢。

他們很幸運的某個大型會議上遇見以色列媒體業富豪莫里斯卡恩(Morris Kahn),非常樂意贊助整個計畫。 SpaceIL 團隊由此建立,開始了他們另類的月球探測器計畫,該探測器後來經由民眾投票取名為創世紀號。

創世紀號很小,沒裝燃料大約才 160 公斤,尺寸跟廚房餐桌差不多大。而在沒有多餘時間或人力設計零件的情況下,他們利用很多現成物件,加入一些巧思,然後大量運用 3D 列印技術來產生需要的設備,例如它的腳有另外鋁製的蜂巢結構,用來吸收與月球表面接觸時的衝擊能量。為了節省太空艙的建造費用,SpaceIL 甚至沒在上面裝太多的防護設備。

「老實說……這些東西(太多的零件)很可能會變成阻礙,在前往月球的路上就壞掉,所以你如果想做個簡單的首次太空任務,只要規劃能撐幾天的系統就好」計畫主持人巴許在紀錄片《登月50周年鉅獻:以色列登月計畫》裡面說到。

SpaceIL三位元老當初在酒吧見面時的合影,當時桌上的紙已經畫出和寫出了探測器的重點(圖片來源:Discovery《以色列登月計畫》節目截圖)

Lunar X Prize 競賽宣布結束後,很多團隊都停止開發,但是仍有少數幾個公司繼續堅持自己的道路,SpaceIL 就是其中一個(另一個比較有名的是Moon Express)。Lunar X Prize 宣布結束時,創世紀號已經設計好,也準備好要搭載在 Space X 的火箭上,只差沒有發射。團隊此時需要新的一輪資金才能在接下來 1 年內順利發射,幸好另一位猶太裔富商謝爾登‧阿德爾森(Sheldon Gary Adelson)此時加入了這場計畫。最後~創世紀號完成了,花的不多……總共花了大概 1 億美金。

創世紀號的旅程與目的

2019 年 2 月 21 日,創世紀號搭著獵鷹型火箭,跟著一個美國空軍的機密衛星和印尼的通訊衛星一起升空。

它預計在離開地球軌道之後,獨自旅行七週才會到月球……等等,阿波羅計畫不是 4 天就到了嗎?為什麼創世紀號要這麼久?這也就跟整個創世紀號的設計理念有關──它並不是走最快路線,而是要靠著重力拋射,走抵達月球最省燃料的路線。創世紀號總共要走 640 萬公里,比阿波羅 11 號還遠了 1 倍,但它只需要裝 570 公斤的燃料而已,跟其他登月計畫相比,根本是芝麻般的重量。

至於創世紀號的任務是什麼呢?當然不只是拍拍照這麼簡單。

創世紀號登月模擬圖(圖片來源:Parabolic Arc)

在今年月球與星球科學協會(Lunar and Planetary Science Conference, LPSC)中,SpaceIL 團隊針對創世紀號的任務提出了詳細的說明。除了研究與測量月球本身的磁場之外,創世紀號最特別的任務內容大概就是要重新登陸在當年阿波羅 17 號著地的地點:澄海。當年阿波羅計畫總共在澄海登陸兩次,傳回的資料讓科學家發現這個地方有磁場異常,這在月球上是很少見的一件事情。

紀錄片《以色列登月計畫》中提到:「我們計畫連接磁場異常與特殊地形的關係,主要利用剩磁的特性。磁場與月球地貌的理應是連續性的關係,如果我們假設寧靜海的磁場相對於月球其他地方(或其他區域的玄武岩)更高但是也比較穩定,但這裡只有表面破裂的地方產生磁場,因為場線與地貌有關係。」

團隊希望創世紀號上面搭載的磁力儀能帶給我們更多資訊,讓我們瞭解月球的磁場變動歷史。將月球岩石磁力與地質年代的研究連結起來,會讓我們對月球的形成歷程有新的認識。

阿波羅11號太空人在完成登月回來後,檢視帶回來的月岩(圖片來源:NASA)

創世紀最後的旅程與未來

密集研究月球地磁,需要在月球軌道上待很久的時間,這也是創世紀號面臨的挑戰。因為資料需要花兩天的時間傳送回地球,這段期間內會遭遇到月球軌道上高得誇張的溫差。在任務第四天,正準備要點燃推進器的那一刻,甚至發生了電腦停擺的情況。SpaceIL 團隊認為故障原因可能是宇宙射線或范艾倫帶的輻射線能量超出預測值,儘管最後使用遠端通信的方式修復了這種情況,但並不是這台迷你探測機最後的苦難。

今年的 4 月 11 日,創世紀號離開月球軌道開始往月球表面墜落,過程中通訊都沒問題就此進入著陸程序,創世紀號逐漸往月球表面降落,途中還傳來一張在太空中拍攝的照片。在接近月球表面時,創世紀號點燃反向火箭,照理講這時候應該要減速的,但回傳資料顯示垂直速度還是很快,主引擎似乎出了問題,在離地 150 公尺處……創世紀號的訊號停止了。

創世紀號與月球合影(圖片來源:Calcalistech)

所有軟登月的任務中,任務是否成功都要取決於著陸。沒錯,最近一次嘗試要登陸月球的新成員創世紀號,最終與以失敗收場。SpaceIL 團隊在斷訊後就無法再聯絡上創世紀號,只是到今天,都還沒有確定的答案到底為什麼機械會在最後一刻失靈。

但是之後無論是誰、無論來自宇宙何方,只要找到創世紀號,就會發現團隊在船上塞了幾件非常特別的物品:一枚小硬幣上刻寫了整部聖經,每個字母都只有微生物大小;還有一個時光膠囊,這個時光膠囊容納了所有參與建造這艘太空船的人的夢想和希望。

雖然創世紀號的登月最終失敗了,但要提醒大家,最偉大的技術和突破,都是在一群人協力追逐同一個夢想中的過程產生的。

除了科學儀器外,創世紀號另外攜帶的一份資料:研發過程中的文件、學生的畫作、聖經文本和以色列歌曲(圖片來源:Phys.org)

 

Discovery頻道登月50週年鉅獻》每週六晚間 7 點播出
《登月50週年鉅獻:以色列登月計畫》8月3日晚間 7 點首播

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Rock Sun
62 篇文章 ・ 310 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》