塑料杯如何成为创造历史的机器

吉姆·哈里斯说，现在它已经收起来了。没什么可做的了。他参观了肯尼迪航天中心的仓库，以确保一切正常。当你问飞行系统设计工程师他参与了什么时，预计他的回答会非常谦虚。

没有必要夸夸其谈。它很简单，很管用。十年前，哈里斯在自家泥泞的车道上将一个倒置的塑料杯连接到吸尘器上，然后按下倒车开关。下个月，这个完整的装置将开始前往我们最近的小行星邻居贝努。它可能会带回一些发现来改写教科书。

目前，他和 OSIRIS-REx 团队的其他成员正在等待。

OSIRIS-REx 任务是达格伍德三明治的缩写，代表“起源、光谱解释、资源识别、安全、风化层探测器”，它将向小行星贝努发射一艘太阳能航天器。这是一颗直径不到 200 米的碳质小行星；尤塞恩·博尔特可以在 20 秒内绕着它跑一圈。它被风化层（松散的顶层物质）覆盖，这是太阳系形成之初形成的。到 22 世纪末，它也很有可能离地球太近，让人无法适应。小贝努掌握着我们如何来到这里的关键，也可能掌握着我们的命运。

它的尺寸、定期近距离飞过地球和古老的结构使其成为理想的造访之地。然而，一个大问题是如何在微重力环境下捕获一颗移动的小行星。

洛克希德马丁公司内部呼吁寻找解决方案。洛克希德公司的 OSIRIS-REx 航天器项目经理里奇·库恩斯 (Rich Kuhns) 告诉《大众科学》杂志：“当你试图获得新想法时，你可能会错过一些真正最好的解决方案。”“这就是创新车库的理念：通过让人们站出来并说‘把你们最好的东西带给我们’，你可以得到最好的想法。”否则，他说，强势的个性可能会主导整个团队，并掩盖真正具有开创性的工作。

于是工程师们开始着手工作。每个人都认为这需要一些基本工具：钻头、铲子或抓取器——所有这些都很难在微重力环境下操作，因为一堆松散的砾石就像装满乒乓球的鱼缸一样。在竞争中脱颖而出的有三叉抓取器、钻头、螺旋钻和扇叶装置，但没有一个能完全克服贝努微重力环境下的反作用力挑战。

时任洛克希德公司首席科学家的本·克拉克博士在海盗号时期的研究帮助哈里斯公司将气压作为收集方法。如何在重力较小的太空车道上铲起一堆碎石？拿出商店吸尘器。

为了验证他的理论，哈里斯和他当时上初中的儿子在丹佛他家的泥土车道上铺了一张纸，在上述塑料杯上戳了几个洞，并证明向泥土中吹入压缩空气会将灰尘吹回到杯子里，或者杯子周围的任何东西里。

哈里斯将他最早的设计称为“Muucav”，即倒写“真空”。在最终版本中，一股纯氮气可以在表面轻轻地吸气五秒钟，而不会产生可能使航天器失去平衡的力。这更像是轻轻敲击空气曲棍球，而不是穿着冰鞋推墙。

库恩斯说：“小行星、航天器和收集器之间的相互作用让这项技术脱颖而出，成为正确的技术。”最后，他们给它起了一个不那么异想天开但更准确的名字：TAGSAM，即“触碰即走样本采集机制”。

现在听起来这简直就是天才之举，但他们并没有直接从适合科学博览会项目的 Solo 杯跳到完全成功的装置。“这不止两个步骤，”哈里斯笑着说。下一步涉及一个金属版本，比第一个杯子大不了多少，配有一个小过滤器和一个二氧化碳筒大小的瓶子。三四次迭代之后，他们确定了我们现在看到的 TAGSAM。这是一款优雅的设备，由直径 12 英寸的样品过滤器、10 英尺长的臂和弹簧单高跷组成。它看起来像一个地板抛光机。

“我们做了很多工作，才把它从车道上搬到了今天的位置，”库恩斯说。他们进行了数周的零重力飞行，每次飞行 50 次。他们在真空中进行了一百次测试。他们在蛭石、泡沫塑料颗粒、火山岩、锯末、砂浆混合物、类似塔吉什湖陨石的物质以及他们能想象到的贝努鸟所附着的几乎所有其他大小和形状的物质上进行了测试。

他们可以从这次轻松的击掌中获得至少两盎司的物质，但最终可能会获得多达四磅的物质。

38 年前，洛克希德马丁公司当时位于马丁玛丽埃塔的子公司聘用了刚从学校毕业的哈里斯。这已经不是哈里斯第一次目睹 NASA 将他多年的心血结晶装上数百磅的推力，并将其送入太空。他为 1999 年发射的彗星探测器星尘号设计了多个部件，包括样品返回舱的内部，以及展开网球拍式网格以固定气凝胶的机械臂。

他将在洛克希德公司丹佛工厂的飞行操作控制台上观看 Atlas V 火箭在十年努力后升空的情景。38 年的等待并没有让他感到厌倦。“当你开始发射和倒计时时，总是很兴奋，”哈里斯说。“当你看到它飞起来时，你会感到哽咽。”

从发射到 2023 年，他们将在未来七年内监测 OSIRIS-REx 的健康状况和运行情况，直到它自由落体返回地球，带着等待被拆开、分割和无休止挑选的风化层礼物。今天的小学生——他们与哈里斯儿子扮演车库实验室助理时的年龄相仿——将在七年后降落在犹他州沙漠时与打开太空舱的人一起。他们将发现的东西可能会解开我们的起源故事。

哈里斯说，谜团在于整个想法。“星尘号”改变了他们对太阳系形成的看法……他们必须根据这些数据重新思考太阳系是如何形成的。我们不知道他们到底会发现什么。这就是重点。”