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我們部門面臨最大的兩個問題是：儀器發展經費不停追加，儀器交貨日期不斷延後。
署長雷厲風行「快、好、省」
儀器價格上漲的原因有很多種。中心合同工求合同心切，常以低標入場，把儀器發展到航太總署欲罷不能時再加價。主要研究員泰半是大學教授，是一群沒有紀律的自由派，常在儀器設計藍圖完成後，要求修改，讓合同工合法漲價有藉口，但最難纏的問題恐怕是航太總署如何認清飛行實驗所需各項科技的 「成熟度」。如果盲目地把不成熟的科技帶進飛行計劃，等發現時，已成夾生飯，祇有繼續往熟煮，花錢費時。
飛行儀器研發過程有一個由時間、金錢、儀器能力組合的「鐵三角」關係：錢可以買時間、增強能力；不「八百里加急」製造硬體，可省錢；降低儀器能力，可省錢、省時間。航太總署的飛行儀器發展發生問題時，一般把「能力」先「花光」(如在第六章「衛星檢驗等效原理實驗」一文講的那輛光禿禿的汽車)，然後把「時間」再用完，最後才追加預算。
我在MIT論文分析航太總署飛行儀器研發的歷史數據時發現：如對科技成熟度做早期鑑定，後期經費追加率降低。如想達到追加率為零的境界，大型計劃早期的鑑定費用(Definition Investment, DI，又稱「定義投資」)可達總經費的百分之十。以「哈伯」為例，排除「挑戰者號」因素，以八三年定下的經費十二億為準，「定義投資」應為一億二千萬，但實際祇批准了三千萬，即使以七八年國會批准的五億為基礎，也應是五千萬，這些差額足以給哈伯帶來「散光眼」。航太總署肯花上五億為「哈伯」做視力校正，但絕不甘心花小錢做「定義投資」，這牽涉到人類心存僥倖的心理，幾乎是一個無法從邏輯上解決的問題。
我們部門的儀器較便宜，在三千萬到五千萬中間，太空站儀器上億。定義投資一向很少，平均追加經費為原價的一點三倍。以「液滴物理儀」為例，剛開始以一千七百萬簽下合同，有低、高溫兩個共振室，具有高溫處理材料能力。進入硬體製造階段，發現高溫部分科技不成熟，無法投產，祇好撤掉，但這是重大設計修改，合同工造價漲一倍，到三千四百萬。這是一個相當奇怪但經常發生的現象：貨色越來越差，價錢卻越來越貴！後來又要快馬加鞭，趕上USML-1發射，以金錢換取時間，九一年交貨時，總費用為四千八百萬。在儀器研發的四年時間裡，噴射推進實驗室炒掉三個項目經理。但問題其實不是出在人的身上，而是航太總署不認識、不尊重自然之母(Mother Nature)定下的規律，才落得如此下場！
航太總署飛行任務都有「發射窗口」(launch window)。以「火星發現者號」(Mars Pathfinder)為例，它要從地球出發，追上在太陽軌道上運行的火星。地球與火星在太空中相關位置隨時在變，能追上火星的地球位置有一定極限，也就決定了發射時間。「伽利略號」(Galileo)與木星會合設計更為複雜，要多次經其他行星(包括地球)重力助推(gravity boost)才能取得足夠速度，抵達目的地。眾多行星相關位置，好幾年才擺對一次，到時發射不成，下班車不知要等多久。有時，發射窗口由政治、經濟等人為因素決定，像USML-1和太空站，國會要求定期完成，其嚴重性不亞於自然窗口，誤期就會造成信譽損失。有窗口的任務儀器一定要如期完成，航太總署常以金錢縮短時間，造成經費增加。即使完全沒有窗口的任務，儀器交貨時間也最好不要拖，拖了費錢，越早交貨越省錢。我們署長哥登雷厲風行「快、好、省」(faster, better,cheaper)，其原因也在此。
組織工作小組，檢討作業流程
MIT全面品質管理教授司馬正次常提醒他的學生，事情要找成功可能性大的先做，然後以滾雪球方式，擴大成果。我們面臨「金錢」和「時間」兩大問題。金錢通常牽涉面廣、複雜性高。縮短儀器發展周期比較容易處理，而且時間和金錢本是一體的兩面，縮短時間，間接也能達到省錢的目的。多次辯論後，我們選擇從「時間」問題下手。
「微重力」項目有近四百位主要研究員(Principal Investigator, PI)、一千名航太總署中心工作人員和合同工。PI是飛行實驗的創造者，完成前期飛行科學評審後，中心項目科學家和經理會同合同工開始設計飛行儀器。在儀器研發過程中，中心安全工程師要把所有太空人安全要求設計到儀器裡，會計師要緊盯開銷。強森太空中心要批准儀器安全規格、所需太空人操作鐘點、重量、體積、電能等要求。儀器在發射前十二個月要交到甘迺迪太空中心飛行設備組裝人員的手裡。飛行儀器上天是一條漫長的路，平均需五到七年，我們想把它縮短到三至五年或更短。
要徹底地、有效地瞭解整個作業流程，達到縮短周期的目的，我們要請每個環節的專業人員集思廣義，做出貢獻。
我的構想是組織多個工作小組，每個小組包括整個流程的專業人員代表。因為每個小組必須仔細討論所有重要關節，充分交換意見，人不能多，以全面品質管理概念，十二人為限。但要多少組呢？
我在總部組織了一個領導小組，反覆討論，決定共八組，其中「文藝復興組」(renaissance)四個，沒有歷史包袱，可從一張白紙重新設計飛行評審程序藍圖。「修正組」(revisionist)四個，在現有的基礎上改良評審程序。我們檢查大批有關人員的資歷和工作經驗，精挑細選過濾出九十六人，並任命八個小組召集人。
「語言處理」技巧威力宏大
全面品質管理以現代化「語言處理」技巧為主體，與一般自由發言討論方法不同。人類語言可分感情(emotion)、推測(inference)、報告(reporting)三大類。感情語言以二元化(two-value system)出現，如愛、恨，好、壞，快、慢，乾、濕，冷、熱等，這種表達方式不準確，像「愛如海深」和「愛比山高」，到底哪種「愛」比較濃烈，我們很難下結論。推測性語言以觀察到的表面現象為基礎，引申出結論。比如說你在室內看到窗外的人穿著厚重的大衣，合理的推測是室外氣溫低，但這並不是唯一的結論，有可能導演在夏天拍冬季街頭外景，也可能是穿大衣的人好出風頭或神經不正常。推測性的語言也不正確。以報告性語言表達愛，應說愛到心跳每分鐘一百五十次，我們就知道比愛到心跳祇有一百二十次要強烈。室外溫度應以溫度計為準，絕對正確。全面品質管理以報告性語言為根據。
語言的「抽象層」(level of abstraction)梯次分明。比如說屬於低抽象階層的高梁酒、威士忌等可包容於高一級抽象語言的「烈酒」類。葡萄酒、啤酒等為「非烈酒」類，兩類酒組成再高一層的「酒」類，與可口可樂、芭樂汁等「軟性飲料」會合，形成更上一層的「飲料」類，把白開水、液態氧加進來，形成「液」體類。液、氣、固體形成「物質」，地球與其他星體物質組成「銀河系」，諸多銀河系組成「宇宙」。
全面品質管理語言以低抽象層有限的幾個概念出發，向上一層發展，再返回到下一層把所有的概念找出來。比如說，當我們到「烈酒」層時，發現忘記了白蘭地，於是就把這個以前遺漏的補上去，最終的目的是把人類所有的「烈酒」全找出來。這種以「偏」得「全」，用熟悉的、有限的「部分」問題挖掘出包括新的「全部」問題、威力宏大的思維方式，是全面品質管理「語言處理」的精髓。
航太總署沒用過「語言處理」技巧。為此，我將八個小組召集人請到華盛頓，集訓一天，並把我們總部能想到的部分問題，以報告性語言，組成層次分明的抽象梯，請八位召集人在大會前與他們的小組成員討論。總部動用了二十餘位合同工，支援召開大會的準備工作。
大會在九二年十一月下旬，在南卡州的喜爾頓角(Hilton Head)召開，為期三天。要求所有與會者，不要處理辦公室事務，集中精力，把所有能夠對飛行實驗縮短周期的建議找出來。
經過三天熱烈討論，總結了兩百六十六項建議，其中十八項列為第一優先，即刻付諸實施。
大會最大的發現是：在前期科學評審階段，定義投資不足，對科技「成熟性」鑑定工作掉以輕心，草率上馬。上馬後，中心和合同工即刻投入大批工程人員，開始排除萬難、赴湯蹈火前進。這就像把一個綠色的芒果從樹上摘下來，不能馬上食用，祇好先放在米缸裡「漚」。在漚的時間裡，「計程表」(taxi meter)不停地跳，大隊人馬薪水照發，費時費錢。大會後決定，在第一次科學評審時，要求主要研究員以實驗室數據證明科技成熟度，我們祇挑熟了的果實摘，不熟的留在樹上，祇批地面研究經費。總部給中心新的權力，讓中心自行決定成熟度，發生問題，中心負全責。大會通過把第一階段的科學評審由「概念設計評審」(Conceptual Design Review, CoDR)改為「科學概念評審」(Science Concept Review, SCR)，減低對早期工程設計的要求，加強對科技成熟度的鑑定，這恐怕是大會最大的收穫了！
在大會閉幕式中，局長羅姆感謝與會人員，在提到我時，聲音哽咽。後來因為這項工作，九五年航太總署頒給我「傑出成就獎章」。在九七、九八兩年中，我抽空把那次大會的成果，寫成四篇文章，在MIT和美國品質學會(American Quality Society, AQS)雜誌上發表，引起許多工業界人士的興趣。
在九四年間，我再次使用「語言處理」全面品質管理方法為副署長哈勞威發展出第一代「微重力和生命科學」策略。九五年間，航太總署「全面品質管理」部門女性副署長羅蕾•布萊德琳(Lauri Broedling)要求我為航太總署總部研究、推薦、解決員工與上層領導溝通問題。當時總部正在大幅裁員，由兩千三百人裁到九百五十一人，人心惶惶，署長辦公室大門上電鎖，總部大門裝金屬偵測器，上下對話中斷。我與總部各部門代表十二人組成的小組工作三個月，向航太總署第一副署長提出十六條尖銳的建議。這是我第一次在航太總署全體副署長前做報告。會後，我收到二十多封電子賀函。布萊德琳後來離開航太總署，現任麥道飛機公司資深副總裁。
修改「飛行評審」大會後，我開始積極組織預期在九五年十月發射的「美國微重力實驗室二號」(USML-2)的任務。本來四次USML太空實驗室系列是國會的要求，但因太空站組裝，已造成國際夥伴合作劍拔弩張之勢，不好再太細分你我，USML-3就改名為「微重力科學實驗室一號」(MSL-1)，在總部也歸我負責，重新邀請國際夥伴參加。
第十二章：微重力任務
微重力任務從一開始就遭到一些科學團體和媒體的責難。常諷刺為花「大」錢做「微」科學。實際的情形是微重力任務是「太空實驗室」的主要顧客，「太空實驗室」和「哈伯」又是太空梭前期顧客，是航太總署太空站整體策略的一環。微重力任務也是太空站主要顧客，但太空梭、太空站絕不是為微重力任務而建，沒有微重力任務，太空梭和太空站計劃也要進行，微重力任務祇是使用已經存在了的太空梭和太空站而已，這是比較公平和客觀的看法。
克服失重後遺症
下面讓我談談微重力科研梗概。
微重力太空實驗室主要從事生命科學、物理、化學等方面的實驗，為人類長期在太空生活和送人去別的星球做準備工作，同時也把實驗結果帶回地球，增進人類社會的生活素質。我先解釋一下為什麼需要在太空失重情況下，做這類研究工作。
人類幾百萬年的生理進化，一向以地心引力為中心。我們頂天立地地站著，我們的肌肉、骨骼不停地接受重力的千錘百鍊，才能維持它們的強度；內耳的半規管依賴重力使我們能辨方位；我們的心臟血管的正常操作也與地球重力場密切相關。人類能離開地球的重力場正常地生活嗎？
在過去三十多年太空飛行中，蘇俄和美國的科學家收集了一些初步的數據。這些數據顯示，失重對內分泌、紅白血球的產量、內耳平衡器官及骨質的疏鬆，都有一定程度的影響，但最明顯的生理失重狀況，莫過於太空失水及其引起的一些症狀，如太空貧血、內分泌降低、雙腿肌肉萎縮等。這些症狀如果沒有妥善處理，小至影響太空人的健康，大至引起太空船操控的危險。
人類的體液在重力作用下，大部分是分佈在下半身，在失重狀況下，下半身的體液會向全身分佈，在外表上造成臉部充水等現象。人體內兩個重要的壓感中心(baro receptor)全都分佈在上半身，一個在心臟大動脈上，另一個在頸動脈上。這兩個中心在失重時，傳給腦部的訊號，並不是體液重新分佈的訊息，而是體液太多的告急信號，這個信號會引起體液大量排泄。
通常在太空人進入地球軌道後二十四小時之內，這種排水的現象就會告一段落，此時體液的分佈和重力環境下不同，基本上是一種嚴重的失水現象。在微重力下，人類的生理機能平衡與地面處於不同的基點，在這個新基點上，太空人的血壓與心跳都比在正常重力下為低(約低百分之五)。血壓與心跳的變化輻度降低，應變能力也隨之減低，但基本上，太空人可以在這個基點上正常地生活與操作。然而，生存在這個新的基點上，很明顯埋伏著危機。譬如說，太空梭突然需要緊急降落，太空人沒有時間補充失去的體液，一旦重返正常重力狀況，體液重新向下半身集中，輕微狀況會造成頭暈，嚴重情況的話會造成休克。如果發生在正副駕駛身上，就會造成極度的危險。到目前為止，美國太空人最嚴重的病例有兩起，他們都需要在降落後，馬上打點滴，把失去的體液補充回來，才能站起來。
從一九七一年起，蘇俄與美國就開始進行瞭解這項太空生理現象的科學實驗，並尋求治療方法，但基本上，仍不外在太空人的下半身加上負壓力衣裝置，把體液一面由上半身回收，一面飲用食鹽水或食用鹽片，補充體液，但整個治療程序，一直到一九七七年，才有了突破性的發展。亥亞特(Hyatt)和維斯特(West)在地面臨床實驗中發現，在減輕長期臥床病人的腿部肌肉萎縮時，如使用負三十毫米水銀柱的下半身套子，每次處理四小時，並喝下一公升的肉湯，效果最佳。
另外一條研究線索是控制體內某種特殊的荷爾蒙醛固酮(Aldosterone)，這種激素可以強迫身體把鹽分留住，連帶也把水分保留住。這種方法很受太空人歡迎，就像減肥不需要運動，每天祇吃一顆藥丸就行了，但這種對抗失水的方法還在研究發展階段，遠不如負壓處理成熟。從一九九○年太空梭復航起，美國開始有系統地進行對抗失重的生理實驗，這個實驗被稱為「下半身負壓」實驗。它的構想極為簡單，就像喝飲料用的吸管一樣，把它套在太空人的下半身。
到目前為止，這項實驗共飛行九次，十九位太空人用過這套裝備。在一九九四年七月，國際太空實驗室二號(International Microgravity Laboratory, IML-2)飛行中，日本第一位女性載重專家向井千秋(Chiaki Mukai)隨機做了這個實驗。她從一九八五年，就開始了這次飛行訓練。她是心臟外科醫生，是做這個實驗的最佳人選，也是第十九位實驗者。目前發現最好的用法是在預備著陸前二十四小時內，套上這個裝備，把壓力調到比太空艙低三十毫米水銀柱(每平方吋零點六英磅)，在裡頭待四小時，在這療程開始後一小時內，飲用一公升加糖果汁及八克鹽片。
實驗結果顯示，經過這種處理後，在一天之內，太空人的生理狀況與在地面無異。換言之，如果在這個時間內重返重力場中，不會發生暈機或休克的現象，這對太空梭緊急返航著陸的處理程序上，提供了大幅度的安全保障。
司掌人類平衡器官的內耳也是以地球重力為規格而設計的，一旦失去了重力場，內耳也跟著失去了方位的座標，這個損失造成內耳的平衡感與視覺脫離關係，於是產生了太空暈機現象。據可靠資料顯示，有百分之五十以上的太空人都有暈機的經驗。
失重還會引起骨骼失鈣的後果，與上了年紀的骨質疏鬆症(osteoporosis)極為相似。最新的數據顯示，連續失重六個月以上，在回到重力場六個月後，失去的鈣尚無法完全恢復。所以，我們要問，長時間的太空旅行能夠實現嗎？如何才能克服這些困難呢？要不然，經過一年的太空飛行後，太空人抵達火星，他們能登陸嗎？這些問題都要借助微重力實驗，才有解決的希望。在失重的狀況下，可在短時間內，引發太空人骨質疏鬆症，進行此類老人病的研究。參議員約翰•葛蘭(John Glenn)三十六年後重返太空，為這項研究做出貢獻。這是把從天上學來的知識用於地面人類社會的一個高能見度的例子。
微重力研究目前的進展
過去幾年裡，在微重力物理、化學科學方面也有了長足的進展。在地面上觀察到的物理現象一般常被重力蒙蔽。在失重下，許多現象就如撥雲見日、清晰地顯現出來。航太總署大量收集了在失重下燃燒、材料、流體方面的數據。科學的進展是要用實驗與理論兩隻腳向前邁進的：實驗證實並推廣理論，理論預測實驗。例如我們在太空點起了蠟蠋，火焰與地面上不同，是球狀的，使我們能計算出燃料氣體擴散的速度及其他有關因素，實驗和理論就可以做有意義的比較了。
在蛋白質晶體生長方面更有突破性的進展。蛋白質的特性是含水量可達至百分之九十，所以蛋白質的晶體結構特別脆弱，加上蛋白質一般的分子數很高，所以要長一個高質量的蛋白質結晶誠屬不易，但為了製藥及治病上的需求，有許多蛋白質的晶體結構，我們一定要盡快搞清楚，諸如與愛滋病有關的病毒蛋白質及「遺傳基因」上的蛋白質分子結構等。一家藥廠曾投資大筆研究經費，希望找出人類某種小腸寄生菌的蛋白質結構，經過兩年後，宣告失敗。在一九九二年六月飛行的美國太空實驗室一號，成功地在失重下，把這個蛋白質晶體固定，把結構找出來。每次太空飛行都帶著上百個蛋白質結晶實驗，這對人類的醫學方面貢獻是極為巨大的。
我認為微重力研究有一定的科學價值，是值得做的！讓我再詳細介紹一下USML-2任務。
USML-2的任務於九五年十月二十日發射，由哥倫比亞號承當，這是哥倫比亞號經過十六個月的大修後，首次飛行。這次的發射總共延誤了六次，到第七次才成功，創下了太空梭發射取消的最高記錄。一般取消發射的原因，不外機件故障及氣候，除了幾個最大機件，如推送器、機身、機翼外，太空梭的機件都重複好幾套，以確保安全。例如，飛行電腦四套，主要事件控制器兩套等。任何時候，如果在四套電腦中，有一套不能工作，在地面上沒修好，就不起飛。在天上，則視機件的功能：四套中壞了一套，可繼續飛行；四壞二，就要視任務的性質而定了。一般是至少再修復一套，否則要提前返航。
至於氣候的要求，則變化較大。一般最低要求是雲層不得低於四千呎，並且還要是散雲，側風不得超過二十哩等，但五個緊急降落地的氣候也要符合同樣的要求。在發射後，尚未進入軌道前，摩洛哥及西班牙共有三個緊急降落場，外加加州的愛德華空軍基地及新墨西哥州的白沙基地，共五個地方，每個地方的氣候都要達到最低要求，所以有時候雖然在甘迺迪發射中心是萬里晴空，但還是不能發射。USML-2的六次發射取消，幾乎多種情況都碰到了，前後共二十三天，把航太總署折騰得人仰馬翻，也引起新聞媒體的冷嘲熱諷，但受災最大的還是科學實驗及科學家。
太空實驗室的控制中心在阿拉巴馬州的馬歇爾飛行中心，近百位參與這次任務的科研人員，要在每次發射前二十四小時前，進入控制中心待命，所以每次發射前，他們都要由全美各地，離開家小，奔赴馬歇爾中心。每次取消就得往返折騰一次，這些科研人員還是咬緊牙根熬了過來，但是有些易腐壞的科學實驗材料就祇能用硬工夫克服。
這次飛行共有一千五百個各類的蛋白質結晶液體，通常這些材料不易久存，有「最後上機，最先下機」的特別優惠待遇。每次取消發射，所有材料需重新換過，一般要求的庫存量能應付三次發射取消，超過三次，就要用非常方法，繼續供應新鮮材料。非常方法包括地面實驗室二十四小時加工，提煉純淨的蛋白質，發動全美各大實驗室供應材料。其他如馬鈴薯秧苗、新鮮沸石結晶液體等，到第七次發射前，已達彈盡援絕的地步了。如超過七次，則祇能棄兵卒保將帥，放棄生物類實驗。
在USML-2之前，總部任務科學家要在發射前一天進入工作崗位。USML-2經驗後，我在華盛頓等到太空梭騰空後，才趕赴機場。通常沒有「發射窗口」的太空梭任務在東部時間下午兩點後一小時內發射，西班牙緊急降落場剛天黑，西岸和白沙緊急降落場則是大白天，整體考慮下，這是最好的安排。
「任務科學家」一天工作十六小時
做為USML-2微重力實驗室總部任務科學家，我的職責包括：整個「太空實驗室」(Spacelab)實驗項目的合成，代表副署長出席研究員工作小組(IWG)會議，會同IWG審核、遴選、向航太總署推薦上天科學家太空人(payload specialist, PS，又稱載重專家)，在發射前數日，向署長哥登做任務匯報(mission briefing)。在飛行期間，與馬歇爾中心任務科學家管理所有研究員，處理天上、地面與科學實驗有關大小緊急事件，每天上午十點以電話會議方式向在總部華盛頓副署長和有關局長匯報，每天與馬歇爾中心「任務簡報」電視小組製作一組十分鐘電視節目等。所有工作中，以電視節目製作最為緊張、辛苦。
在USML-2科學家太空人的推薦過程遭到極大因難。「飛行」副署長否決了一位IWG提名的載重專家，引起風波。我部門副署長要我召開IWG緊急會議，研究員投票再選，化險為夷，事件沒有繼續擴大。通常強森太空中心「太空人辦公室」對載重專家候選人的個人作風、生活習慣密切關注。七個人要在擁擠的空間生活十六天，有些要求都在不言之中。
「任務簡報」電視節目在每天上午十時前，以衛星送到強森太空中心，在中部時間正午以航太總署閉路電視向全國播出。在馬歇爾中心的導演是莎菈•莫肯(Sarah Moquin)，我的責任近於製片人(Executive Producer)。與「任務簡報」電視製作小組工作，每天半夜一點起床，兩點上班，先花一個小時閱讀過去二十四小時內的科學成果進展報告，然後走訪各個研究員通訊站，實地瞭解數據重要性，挑選具有科學突破性的成果，要求研究員待命，上鏡頭接受採訪。
凌晨四點與製作小組開碰頭會，討論後，由我決定當天節目內容，因科學涵蓋面廣，我還要幫助採訪記者擬定問題摘要。打點兩組採訪記者就位後，開車到莫肯的辦公室，協助她擬播音員講稿，我的責任是保證講稿的科學正確性。這時技術員拿來有關的電視檔案素材，由我批准切入播出節目。上午七時前，稿件送交馬歇爾中心新聞部主管批准後，播音員愛蕾卡•藍(Erica Lane)開始演練，採訪小組素帶一到，就到設備齊全的剪接室合成。播音員愛蕾卡•藍是南方人，平常以阿拉巴馬方言與人交談，但在鏡頭前，就以標準的中西部英語發音。
忙完電視節目後，回到任務控制中心，瞭解未來二十四小時的實驗項目、內容，找研究員談話，準備向總部的簡報，出席各類會議，下午五時許回旅館，出去慢跑四十五分鐘，晚上八時就寢，一天工作近十六小時。
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。 | 
