为火星设计麦克风的洛杉矶音乐家
3804字
2021-02-22 00:20
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火星译客

这被称为“恐怖七分钟”。当这艘重达2300磅的六轮核动力火星车周四接近火星时,一个超音速降落伞将把下降的速度减慢到每小时200英里。在着陆点上方约70英尺出,火箭将使其盘旋,然后一架“空中起重机”将美国宇航局最新的岩石爬行器降到下面铁锈色的泥土上。当“坚韧不拔”号着陆时,下降的飞船将自行升空并在附近坠毁。

别担心,一切都会好起来的:毅力号将探索火星地质,并在那里寻找古代微生物生命的证据,它正在使用已知的着陆策略,其中许多是2012年“好奇号”任务中的着陆策略。不过,最新的是,地球人将能够听到大部分七分钟的戏剧。探测器上嵌入了一个小型麦克风,如果一切顺利的话,它将记录下下降的声音,以及稍后的火星环境本身,这是火星探测器尚未实现的。

考虑到过去60多年来人类一直在向行星射击的高度敏感的硬件的广度,令人吃惊的是我们从来没有能够监听到。当然,曾经有过这样的尝试:20世纪80年代初,两个苏联Venera探测器在金星上携带了用于估计风速的麦克风。但是录音是静态的,不连贯的。美国宇航局在1999年的火星极地登陆任务中包括一个麦克风,但探测器在到达时坠毁成碎片。美国航天局在2008年再次尝试凤凰号火星任务,但麦克风在起飞前被关闭。太空机构有成千上万张行星探索的图片,但外星音轨的珍贵图片却很少。

因此,如果现代设备能够浦最终捕捉到风的冲击和尘埃的断断续续的喷沙,伴随着下降和着陆的视频,是的,机器人探测器日复一日的在杰泽洛陨石坑的沙质表面爬行时发出的咔擦声和呼噜声(好的,sol-in和sol-out)-你不想听吗?

洛杉矶摇滚音乐家、作曲家、终身太空爱好者杰森阿基里斯梅齐利斯当然做到了。2016年,他和朋友约瑟夫卡斯滕在餐厅露台上喝酒,后者在帕萨迪那附近的美国宇航局喷气推进实验室从事机器人技术工作。他们在谈论好奇号火星车戏剧性的着陆策略,梅齐利斯很好奇这听起来会是什么样子。有没有可能在即将到来的“坚韧不拔”号着陆器上安装一个麦克风来捕捉伴随着美国宇航局的视频传输的听觉戏剧?“那会有多酷?”他沉思着。

梅齐利斯对这个问题的不懈追求促使他与美国宇航局会合。这个故事提醒我们,创新可以来自令人惊讶的地方。

梅齐利斯,一个46岁的年轻人,穿着一件不规则的拖把上衣,作为一个音乐家,他有点晚熟。他知道高中毕业前才开始学吉他,这导致他的成绩直线下降,注意力也随之转移。结果,他在一次钢琴试听中失败了,因为他对加州大学洛杉矶分校的音乐学校毫无准备且紧张,加州大学圣地亚哥分校取消了他对该校课程的接收。他去了家乡库伯蒂诺的德安扎学院,一位老师教他理论表演、和声结构、音乐分析。事实证明,这正是他所需要的框架。老师帮助梅齐利斯准备音乐学校的入学考试,所以当他申请到加州大学伯克利分校的音乐系时,他轻而易举的就考上了。毕业时,他精通吉他、贝司、钢琴以及其他键盘乐器。

大学毕业几年后,梅齐利斯,用艺名贾森阿喀琉斯,前往洛杉矶,在接下来的几年里,在摇滚乐队——黑带空手道、

你可怕的微笑、猫头鹰——做录音和制作工作。他在市中心的排练仓库里有自己的工作室,在那里他录制了自己的第一张个人专辑《喜剧城》。此后,他与匈牙利和捷克斯洛伐克交响乐团合作录制了自己的作品,现在他正在帮助Guns N‘Roses键盘手Dizzy Reed制作下一张专辑。换句话说,他有一个光明和多样化的职业生涯,但这不是火箭科学,至少不是那种喷气推进实验室在寻找的。

梅齐利斯正在寻找另一个锚。他说:“音乐方面我与我父亲传承下来的知识面非常分离”。(他父亲是硅谷的一位计算机系统分析师,也是一位音乐家)梅齐利斯对空间科学越来越着迷。他阅读大众科学杂志,向科学家提出问题和想法,参加讲座和外展活动。事实上,他在JPL的一个开放式项目中遇到了卡斯滕。有一次,他给行星科学家艾伦斯特恩发了一封信,他是美国宇航局新地平线号前往冥王星任务的首席研究员,询问带有多个小型着陆器的探测器是否有助于分析新地平线号发现的各种各样的表面。他得到了深思熟虑的答复。他把一些音乐寄过来,以防斯特恩想要工作之余放松一下。

作为一名音频工程师,梅齐利斯的目标是从设备中获得连贯的、真实的录音,而不是创造一个适合特定科学品质的录音。

摄影:Phuc Pham

2016年的那个晚上,梅齐利斯和卡斯滕在一起喝酒时,问他的朋友需要什么才能得到一个麦克风,以及他对一个新颖的摄像系统的第二个想法,即“机上毅力”。新货行车的有效载荷决策已经被很好地解决了——你不能仅仅把这样的额外硬件投入一项数十亿美元的科学任务中,而卡斯滕,一个将帮助你穿越火星表面的火星车司机,并没有完全否定梅齐利斯能够说服NASA在飞机上安装麦克风的想法。工程师也不认为他的想法想梅齐利斯解释的那样是“狗屎般疯狂”。没有任何来自美国宇航局的正式邀请,也没有任何合理的形势他的工作会得到认真考虑梅齐利斯就开始了他的挑战。

作为一名音频工程师,他对麦克风有广泛的了解。现在,梅齐利斯开始研究如何在太空中使用它们:Carl Sagan早在几十年前就提出了这个概念,还有NASA和苏联的努力。不过,显而易见的是,空间声学并不是优先考虑的问题。每增加一盎司的燃料就需要在起飞和着陆时增加燃料,并且在飞行过程中消耗宝贵的电力。“此外,”JPL的装配、测试和发射运营经理大卫格鲁尔,负责监督麦克风的工作,说“在航天领域,我们很少使用麦克风和声音,因为我们的大部分研究都是在真空中进行的。”

在他的演讲中,梅齐利斯把重点放在了美国宇航局可能会考虑由麦克风来表现毅力的原因上:比如,公众宣传的潜力,给空间科学迷们带来了一些新的东西可以关注;它可以成为探测器的诊断工具,甚至是机械故障的早期预警系统。他说:“我们理所当然的认为,在我们潜在的感知中,声音的使用频率是多少。当你听到一些不稳定的声音时,你第一次能判断出你的汽车或冰箱什么时候出了问题。”他接着解决了工程上的难题。麦克风将需要在发射和7个月的火星之旅中生存下来,连同120度的地球本身的热摆动。梅齐利斯研究了模数转换器应该如何设计,设备应该具有什么样的灵敏度,哪些部件应该安装在车外,哪些部件可以在车内进行保护,需要什么样的测试和校准,最终的记录需要如何处理。

然而,在进行研究的几个月后,梅齐利斯收到了卡斯滕的一封信。火星2020——包括“坚韧不拔”号火星车在内的任务的官方名称,的确会包括一个麦克风。巧合的是,与美国宇航局的波长非常相似。麦克风将会科学的聚焦,它将被安装在名为超级摄像头的仪器中,以帮助研究岩石在被激光击中时会发生什么。它还可以记录周围的声音。不久之后,梅齐利斯发表了一篇文章,宣布了第二个实验性麦克风,这个想法是在计划的后期出现的,当时经理们意识到他们可以把这样一个东西压在板上。

爱德蒙科学天文扫描望远镜在20世纪80年代是一种很受初学者欢迎的仪器。梅齐利斯拥有这台望远镜已经有很长时间了。

摄影:Phuc Pham

梅齐利斯既激动又惊慌。他也许有机会尝试一下实验麦克风,但如果美国宇航局已经在推进自己的计划,他可能也会开始在其他地方寻找想法。他得赶紧把他的提议提出来。“我吓坏了,因为这是一个非常难得的机会,真正做到这一点,,我差点错过。”音乐家回忆说,从他在洛杉矶的房子的门廊,俯瞰圣费尔南多山谷。(在洛杉矶的经典音乐场景中,他的领居和密友是安东尼哈德森,一位艺术家,同时也是Guns N'Roses之父的首席吉他手Slash。)他刚刚带我参观了一番,我注意到了古典乐器和太空探索纪念品的混合物。在一个柜子里,他收藏了一批按字母顺序排列的VHS上的科幻电影,尽管有些朋友曾经把盒子里的所有磁带都乱翻了,当作恶作剧。(他们仍然拖着脚步)和一架百年钢琴坐在一个房间的书架上,是天文学的标志性作品:一个球状的红色爱德蒙科学天文扫描望远镜 ,在上世纪80年代,这是一种很受初学者欢迎的乐器。梅齐利斯还拥有一块来自航天飞机宇航员布鲁斯麦坎德莱斯1984年首次无束缚太空行走时穿的宇航服的布料,以及第一个商用合成器发明者鲍勃穆格的签名照片。

在门廊上,梅齐利斯一边喝这一杯苏格兰威士忌一边谈论着他对火星话筒的追求:“我知道我想进入那个世界,所以我的紧迫感放大了10倍。怎样才能完成任务?我觉得失去是我的责任。”

老实说,他不应该有太多机会。他与美国宇航局的唯一接触是他与卡斯滕建立的偶然友谊。就是这样,而且NASA也不是一个以开放政策著称的组织。太空探索的触角延伸到全球,大学、研究团体和太空机构在由高资质工程是领导的严密合同下密切合作。一个带着吉他的音乐家和交响乐作曲家在蛇舞闲逛,和Slash的爸爸一起,他不太可能有机会为美国宇航局制造一个火星麦克风。

事实证明,他确实做到了。2016年8月,在听说美国航天局的计划三个月后,梅齐利斯像喷气推进实验室提交了他的演讲稿,表示愿意协助研发麦克风。他很快就找到了格鲁。梅齐利斯包括他写的关于麦克风设计、校准最终产品以及原始数据文件后处理的白皮书。他甚至聘请了一位名叫凯撒加西亚的声学科学工程师来帮助打磨音高。总之,他严谨而有条不紊。他做得对。

10月,梅齐利斯收到一条消息。格鲁想谈谈。梅齐利斯和加西亚接到一个电话,格鲁向他们讲述了这项工作的细节,并指出他对两人所做的工作深信不疑。梅齐利斯需要成立一家公司,使这一安排与美国宇航局的合同政策相一致,但之后他们就可以开始了。当格鲁挂断时,梅齐利斯对加西亚说:“等等,刚才发生了什么事?”加西亚回答说:“我想你刚找到了一份工作。”

梅齐利斯去上班了,“入口、下降和着陆”话筒将比面对科学的超条幅话筒面向更广泛的受众。尽管官方对麦克风的规格只规定该装置能在火星车的火星之旅中持续使用,但它可能在计划的两年任务中长期保持功能。(火星探测器的寿命可能比预期的寿命长;9年的好奇心仍然很强。)麦克风将模拟声音,延迟几天送回地球;这些声音还将用于伴随着陆期间拍摄的视频。

梅齐利斯的“概念性外壳草图“,将保护麦克风免受火星恶劣大气的影响。

插图:Jason Mezilis

当梅齐利斯在他的提案中把重点放在公众宣传上时,这是有先见之明的。比方说,为了地质学家的利益,你不应该设计一个直指地面的相机,而应该制作一个能捕捉到这个世界巨大而引人注目的全景的相机。梅齐利斯的目标是相似的,从设备上诱使一个连贯的,真实的录音,而不是创造一个特定的,高度深奥的质量调整。他说:“我开始考虑你对音频的所有可能考虑,包括我的世界中的所有问题,以及它们如何应用于美国宇航局的世界。”例如,梅齐利斯创建了一个过滤器,在处理这些文件时,可以抵消声音对探测器自身的影响。换句话说,它将消除周围金属可能带来的回声或振动。为了做到这一点,他在自家后院建立了一个粗略的模型,展示了一段毅力。

梅齐利斯使用相同的第二个样本麦克风进行测试,并校准滤波器以处理最重的音频文件。

摄影:Phuc Pham

随着梅齐利斯专注于麦克风的结局方案,包括推销定制的产品和使用现成组件的更实惠的替代品,NASA最终选择了后者,该机构探索了潜在的收益。除了帮助监测和诊断火星车上的问题(了解硬件声音将有助于排除故障),麦克风还可以帮助美国宇航局更好地了解火星环境。研究人员可以将声音在这颗红色星球上的传播方式与地球上的相通声音进行比较,从而为他们的模型添加细节。火星上的空气密度比地球上的低得多,这可能会是某些东西听起来很闷;而大气层中的重二氧化碳成分可能会是高频噪音静音,因此我们更容易听到低音。这一信息还可以帮助编剧和导演们在猜测埃隆马斯克的梦想能否成真时,把自己的故事讲得更准确一点——当人类搬进来时,生活会是什么样子。

麦克风还可以在地球上传递强大的时刻,格鲁记得他在雇用梅齐利斯后不久与一位JPL访客的一次邂逅。她问他美国宇航局是否会在另一个星球上安装麦克风。当他告诉她他们的计划是,她很高兴。格鲁问他为什么这么感兴趣。“她姐姐是瞎子”,他说。“她看不到从火星回来的图像,无论她妹妹多么努力的解释着这些图像有多神奇,她就是看不到,她用不同的方式获得了自己的感受。”

格鲁从来没有像他的客人那样感受到麦克风的用处。他说,“我对此感到无比兴奋,这是我们从未有过的,你会听到火箭的轰鸣声,然后也许轮子真的嘎吱嘎吱地落到地面上,然后当下降阶段结束,飞到远处,他会变得越来越安静,”他停顿了一下“在那一点上留下的僵尸火星周围的噪音,不管他们是什么。”

2017年夏天美国航天局批准了梅齐利斯的建议,并根据它的规格组装的部件,包括DPA麦克风的高级商用麦克风和前置放大器组合、模数转换器和定制防尘屏幕。麦克风位于机箱外部,刚好在中间车轮的上方的左侧;前置放大其位于探测器内部。总而言之,这些部件使有效载荷增加了102克。它是由七个摄像头组成的EDLCAM系统(“进入、下降和着陆”)的一部分,该系统将在“七分钟恐惧”期间收集40G的视觉和声学数据。

在喷气推进实验室,麦克风是在一个充满模拟火星大气的气体的真空室中测试的。

由JPL/NASA提供

麦克风将从降落伞展开前开始录制,经过下降和着陆过程,然后再着陆后不久停止,大约287秒,也就是不到5分钟。如果他幸存下来着陆,麦克风可以重新启动,以记录额外的声音,只要它还能继续运作。在梅齐利斯的建议下,喷气推进实验室也在探索同时使用超级摄像头和EDLCAM麦克风的可能性,以便在地球表面制作一个立体声录音。“这是完全沉浸式感官体验的最后一步,”梅齐利斯说“换句话说,这不是给科学界的,是给你们的。”

巴兹·奥尔德林(BuzzAldrin)在月球上留下的靴子印的标志性照片,哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)创造的宇宙尘埃和气体的支柱图像,麦克坎德莱(McCandless)的无束缚太空行走的照片,都是偶然捕捉到的惊人瞬间。如今,在这个充斥着奇异迷人的小品和巧妙的声音采样的时代,“毅力号”可能会以美国宇航局尚未考虑的方式潜移默化地融入文化。

Mezilis对声音激发我们情感的方式思考了很多。就连小学科学老师那洪亮的声音也让他充满了惊奇。安迪·布里克(Andy Brick)说,他与美国宇航局(NASA)的合作“获得了与音乐一样的魅力和奇迹,这为他打开了创作之门。”安迪·布里克是一位作曲家和指挥家,以电影和电子游戏(包括模拟人生)的配乐而闻名,他曾在匈牙利和捷克斯洛伐克为梅齐利斯的作品录制管弦乐队录音。
 

梅齐利斯决心继续打开更多的门。随着麦克风项目的结束,他开始探索他与卡斯滕初次谈话时的另一个想法:月球外星摄像头。这是一个360度相机的球形笼子,在月球探测器最终降落到月球表面时,它会被月球探测器弹出。它会击落飞船,着陆,弹跳,然后降落。它将把着陆的视频传送到探测器,并最终返回地球。很酷,是的,但也很有用,正如Mezilis的合作者之一,空间系统工程师Rex Ridenoure指出的那样。“关于登陆月球的信息中最大的差距之一就是着陆器降落时,所有的风化层会产生什么样的喷雾,”他说,指的是月球表面的灰尘、砾石和鹅卵石。“所有的东西在各个方向都是超音速的。”这段视频真的可以帮助月球基地的规划者。|
 

使用相机原型将有助于确认,比如说,释放机制不会使火箭失去平衡,或者确保相机不会直接降落在着陆器下面。

摄影:Phuc Pham

梅齐利斯还与亚利桑那州立大学的行星科学家吉姆·贝尔(Jim Bel1)讨论了他的月球自拍球体想法,他为数艘火星探测器开发了摄像系统,包括毅力号。因为从登月舱发射弹跳式太空摄像机对梅齐利斯来说是一个新领域,至少与麦克风相比,贝尔帮助他度过了一个冒名顶替综合症的宇宙案例。“基本上,我不得不扭动他的胳膊,说服他在一个科学会议上做一个关于这个的报告。我认为他觉得自己是一个局外人,好像他在某种程度上不值得,”贝尔说。“我想,伙计,你得明白,我们都是在编故事。没有书,也没有课教你如何操作漫游者。”
 

贝尔是对的。梅齐利斯最终站在与会者面前,分享他的想法并吸收他们的反馈。与他交谈时,很难不注意到他对主题的来之不易的掌握。这就好像真的有一个完全成型的博士候选人潜伏在善良的吉他英雄心中。
 

插图:Jason Mezilis

梅齐利斯目前正在研制一种相机,用于拍摄未来登月任务中着陆器的下降过程。

今年10月,美国字航局授予梅齐利斯及其合作者65万美元,用于开发功能样机。蜜蜂机器人公司将为相机做机械工程,正在计划几次登月任务的火箭公司马斯媵太空系统公司将进行测试。研究小组将建立一个原型来评估所有可能出错的事情:确认释放机制不会使火箭失去平衡;确保相机不会直接降落在着陆器下面;测试喷出的碎片对视图或相机本身的影响。
 

Mezilis的愿景是让麦克风和ExoCam成为未来探测器的常规附件。航天发射初创公司火箭实验室已经正式表示有兴趣在即将到来的金星探测器上使用他的麦克风工作,梅齐利斯希望这架相机能在计划中的几个月球任务中着陆,尽管他仍将目光投向火星。他说:“我想让它看起来就像你站在水面上观看,就像是从雷·布拉德伯里的故事中直接跳出来的一样。”。“这一切都是为了创造那些时刻,一个5岁的孩子会看到这些时刻,然后就说,‘天哪,我们在太空里做这些!这就像魔法,但却是真的”
 

不过,首先,美国宇航局必须破解声屏障。周四,Mezilis现在是一名真正的外星音频工程师(如果你愿意的话,他是一名太空道路工程师),他将和其他人一起收看任务控制中心的直播。视频和音频文件需要几天的时间才能处理并向公众发布。如果一切顺利,世界将在太空探索中经历一个新的维度,一个可能像布拉德伯里梦想的任何东西一样令人难以忘怀的维度,或者像地球上一个微风拂面的日子一样令人安慰和熟悉的维度。
 

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