USML-2取得豐碩的實驗成果

我們部門在USML-2上有十四件實驗儀器，共投資一億一千萬美元，分五大類：流體物理、材料科學、蛋白成長及生物科技、燃燒科學及技術發展。

這些實驗的主要設計全在利用微重力的實驗環境。

在流體力學方面，這次任務集中研究表面張力的變化。表面張力是在太空中控制液體的主要力量，對這些現象的瞭解有助於在太空船上多種液體流動及其控制的應用設計。我們繼USML-1後，再次觀察巨大液滴的轉動、振動的行為，以及模擬大氣層、海洋、地殼浮游等現象。
　　
在材料科學方面，集中研究沸石(Zeolite)晶體生長。在太空中，重力消失的情況下，固體顆粒可以在液體中懸浮很長時間而不沈澱，這對沸石生長成較大、較均勻的晶體幫助很大。沸石一般做為分子過濾器，如汽油的提煉等。若分子過濾器非常均勻，則可以增加某種長度分子的汽油之生產量。據估計，用此種分子過濾器，汽油提煉的效率可提高百分之一。

如此，美國每年可減少原油進口兩千兩百萬桶，約可節省四億四千萬美元外匯，這對負債累累的美國是一項值得的科技投資。在USML-2任務中，航太總署特別選了沸石結晶專家奧爾‧沙可(Al Sacco)上天做這項實驗，初步的結果是非常成功的。

蛋白質是生命的基石，瞭解蛋白質的分子結構，可以增加人類抵抗病菌的能力及增加蛋白質的營養價值。一般的蛋白質都含有大量水分，如同豆腐一般。在地面上，因為重力引起的對流及沈澱，很難生長成大而完美的晶體，供科研及製藥藍圖之用。USML-2任務中，共有一千五百種各式各類的蛋白質結晶液體，美國數家大藥廠都參加這項實驗。

在未來漫長的星際之旅，太空人需要新鮮的食物、蔬菜。在這次任務中，航太總署飛行了五株馬鈴薯移植枝葉。在太空中，枝與幹交接的地方，有一個如中指般大小的馬鈴薯芽長出來了。在十六天的飛行中，科學家研究植物的光合作用、生長環境的溫度、濕度及二氧化碳的含量。這個實驗受到新聞媒體的密切關注。

這幾粒小小的馬鈴薯比鑽石的價格貴上百倍，航太總署目前尚無法向市場供應。

在這次任務中，科學家第一次在太空中引燃了約半公分大小的酒精液滴。在地面上，因燃燒而引起的強烈上昇氣流，掩蓋了人類對燃燒程序的理解。失重情況下，火焰是球形而不是地面上的錐形，燃燒後的灰燼也不會向上擴散，因此在太空船上的火警器的設計，與在地面上的設計有基本概念上的不同。

目前家庭中的火警器都是偵測灰燼的存在而報警。在太空中，灰燼的擴散速度極慢，可能火已蔓延了，而警報器卻未鳴響。尤其在龐大的太空站上，有許多太空人到不了的角落，如何在早期偵測到燃燒現象是亟待解決的問題。

人類能源的獲得需要通過燃燒過程。在地面上，各種形式的燃燒反應，例如：內燃機汽缸內的爆炸、火力發電、煤炭、木料的燃燒等，都是與人類生存發展息息相關。因為人類對於燃燒科學知識的缺乏，造成大規模的空氣污染，也浪費了珍貴的能源。

在太空中進行的燃燒實驗，有助於這方面知識的加速收集，對人類在地球上，能繼續健康繁榮地生活下去，有一定的貢獻。

在這次任務中，又上了七個較簡單的先導實驗。這些實驗一般都是在手套箱(有如化學實驗室中常用的glove box)中進行。這些實驗的結果有助於未來實驗儀器的發展及費用上的節省，是一個重要儀器發展的理念及策略。如上述的燃燒實驗是在手套箱中進行的，先行取得了寶貴的儀器運作資料和經驗，再投產大型儀器。

在一九九七年四月的微重力科學實驗室一號(MSL-1)任務中，這個成熟的「液滴燃燒實驗」(Droplet Combustion Experiment, DCE)是在一個主要的大型設備中進行。

另一項實驗為乳溶液結晶(Colloidal Disorder-Order Transformation, CDOT)，一直工作到「太空實驗室」即將封艙時，還沒完成。主要研究員、普林斯頓大學教授保羅‧柴肯(Paul Chaiken)向我提出緊急申請，要求延期封艙三十分鐘，以取得最後幾張高解析度照片。乳溶液形成的晶體極為脆弱，無法承受返航時的減速力量，晶體結構會遭破壞。

這個先導實驗的結果對發展兩年後飛行的「硬球物理實驗」(Physics of Hard Sphere Experiment, PHaSE)儀器極為關鍵。我和強森太空飛行控制中心商量，取得他們的合作，太空人奧爾‧沙可同意加班半小時，完成晶體雷射光照相工作。他飛行歸來後，我特別為這項額外要求，向他當面致謝。

在技術發展方面，這次任務中，科研人員證實了太空梭的微重力方向可以調到與晶體生長軸一致，這是科研人員從USML-1後三年不斷努力的成果，對太空站時代的晶體生長環境將會做出巨大的貢獻。

這次飛行，有兩項重要實驗在最後關頭未能被批准上機：第一項為下半身負壓實驗，這個實驗主要的目的是收集太空人在太空嚴重失水症狀的科學資料，已飛行了十九次。另一項是汞鋅碲(Mercury Zinc Telluride)單晶生長實驗。這項實驗在三年前的USML-1上過，但不幸的是，在實驗剛開始不久，一位太空人不小心把電源用腳踢關掉了，經過地面緊急磋商，祇好放棄，三年後又捲土重來。

材料的性質決定於結晶凝固時的條件，在地面上，因重力的影響，造成結晶時之液體、固體的分界區產生一股無法控制的對流，此對流會造成材料形成時的缺陷。在太空中，對流強度劇減，能產生較完美的晶體，其化學及物理性質都比較優越，尤其是半導體方面，太空的晶體生長更為重要。

這項汞鋅碲單晶生長實驗有一個特殊的微重力環境要求，要滿足這項要求，一定要把太空梭的機艙朝前飛行，目的是讓加諸在太空梭微小的重力方向與單晶生長方向一致。太空人辦公室一向極不熱衷這個飛行姿態，因為這姿態的飛行橫切面最大，太空中無數的微隕石擊穿重要的冷卻系統的或然率最大。

在發射前一個星期，太空人辦公室終於完成了電腦模擬計算，顯示每十七次用這種姿態飛行，就會有一次冷卻系統的穿透，造成緊急返航(emergency de-orbit)。航太總署最高決策人在發射前三天決定不批准這項實驗。

主要研究員艾勒克斯‧拉霍斯基(Alex Lehozky)為這項實驗準備了二十年，兩次無功收場，可嘆可憾！航太總署僅批准了一項十小時左右這個方向的飛行姿態，用在一項技術發展的實驗上。

為了增加那十個小時貨艙朝前飛行姿態的安全性，航太總署把一個貨艙蓋僅打開了五十二度(全開為一百八十度)，就好比一個人在雨中跑步用手腕遮住眼睛一樣。但這次飛行中，貨艙蓋的確被小隕石打穿了一個小洞，幸運的是這個小洞的位置不在冷卻系統線的要害上，這也是防患未然的功勞吧！
　　
在這漫長的十六天飛行中，航太總署在全美設了五個實驗遙控中心，有些科研人員可以從他們自己的實驗室與太空聯絡，這對以後太空站經年累月的科研活動，提供了長期挑戰的條件，研究人員可以不必遠離他們的實驗室，也不用與他們的家人分離就可以從太空中獲得結果。這對以後太空站活動管理，注入了濃厚的人情味。

USML-2取得了有史以來最豐碩的微重力實驗科研成果。這些成果是數千位科學家及工程師，在幾年中鍥而不捨努力的結晶，也是七位太空人辛勤工作的結果。這些成果是人類一筆新的智慧財產，對人類未來的生活幸福將有莫大的貢獻。

在這次任務後，馬歇爾中心「任務簡報」電視小組送給我一個航太總署電視金像獎，強森太空中心「太空人辦公室」也頒發給我一個「銀斯努匹獎」，酬謝我對這次任務的貢獻。「銀斯努匹獎」不易得到，是給我的一項殊榮。

我第二次負責的太空實驗室任務是MSL-1，九七年四月上天，因二號發電機故障，四天後緊急返航，我會同馬歇爾中心微重力負責人向航太總署提出重飛要求獲准，在七月初再次上天，取得滿意的成果。這次任務中，德國的「電磁無容材料處理儀器」(TEMPUS)和日本的「大同溫爐」(Large Isothermal Furnace, LIF)以「補償協議」也爭取到上天的機會，是航太總署對太空站國際夥伴的特別照顧。這是TEMPUS和LIF繼九四年「國際微重力實驗室二號」(IML-2)後，再次飛行。我在八九年轉交給加州理工學院威廉‧強森的金屬玻璃實驗，是這次TEMPUS八個項目之一(四美、四德)。

大規模的微重力任務在太空站組裝期間，不再進行。我們部門現正在緊張地研發太空站時代的飛行儀器，預定在二○○三年開始在天上操作。

為了準備太空站時代的微重力科學任務，航太總署從九○年初期就開始有系統地組織多項國際微重力會議。

航太總署與歐洲方面的合作由來已久，開展順利，但與太平洋地區國家，常因政治因素的干撓，困難較多。下一章，我將談在太平洋地區開展國際微重力會議的情況。