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人类开采太空资源的第一选择是什么?科学家:水

2018-1-18 20:21:29来源:网易科技作者:小小责编:仲平评论:

据Aeon Ideas网站报道,在小行星上采矿看起来就像是科幻小说里的东西,但有些公司和政府机构已经在努力使之成为现实。这并不令人惊讶:与工程师在地球上建造的令人惊叹的桥梁相比,小行星上采矿实际上只属于小规模的操作。想在要担心的是,利用小行星采矿可能不会很快实现,来不及帮助解决当前世界所面临的紧迫资源挑战。

图:艺术家设想的小行星采矿场景

作为一名学术研究人员,我(本文作者菲利普·梅茨格(Philip Metzger),行星科学家)与几家致力于小行星采矿的公司合作,以尝试解决这个紧迫问题。我需要它们提供资金支持,所以也不能透露它们的商业秘密。然而,我可以揭示自己为何对小行星采矿的商业前景持乐观态度的原因,以及它对我们未来的意义。

许多人对小行星采矿持怀疑态度,因为他们认为这一目标是将铂金带回地球的金属市场出售。记者们反复引用一项不可抗拒的统计数据,认为小行星上的铂金价值可达数万亿美元,但任何了解经济学的人都知道,把大量贵重金属带回地球会让市场崩溃,从而降低小行星的估值。另一方面,如果少量出售铂金以保持高价位,就像钻石行业所做的那样,那么小行星采矿公司如何能与从成熟、低成本陆地供应链和运输网络中获益的地球矿业公司竞争呢?

这就是为什么铂金不是小行星采矿主要目标的理由。相反,来自小行星的首款产品将会是不太珍贵的水。对火箭科学家来说,水是推进剂的原材料。从地球将水发射到太空会消耗大量的推进剂,这使得整个过程显得得不偿失。幸运的是,在太空中,水的蕴含量也十分丰富。水可以被轻松地从粘土矿物中提取出来,而这种粘土矿在被称为碳质小行星的普通天体中十分常见。

当与矿物分离后,水就会被电解成氢和氧,用于制造火箭推进剂,它们是火箭燃料的关键成分。在太空中使用火箭推进剂将降低在太空中做其他事情的成本,从而为地球以外的供应链和运输网络形成良性循环。不过在此之前,我们必须找到能够启动整个流程的客户。

谁会购买由小行星上提取的水制成的火箭燃料?一种想法是将其出售给电信公司,以支持它们将卫星送入轨道。10年前,大多数卫星都是附在小型火箭上发射的。火箭最初将卫星送入地球同步传输轨道上,这是个椭圆形轨道,它的近地点距地球表面只有数百公里,而远地点约为36000公里。火箭运动到远地点后在那里点火,并继续环绕轨道飞行,以便卫星可以开始向客户销售数据。然而,使用一次性的火箭发射卫星的成本非常高。

如今,大多数卫星的所有者会在火箭上安置轻量级的电动推力器。这样的推进器更便宜,效率更高,但功率更小。卫星到达最终轨道需要6到12个月的时间。而时间就是金钱,所以这种延迟仍然会让卫星所有者损失数亿美元的收入。

小行星采矿将提供第三种选择。采矿公司可以把水卖给太空运输公司,后者将利用它来为停在地球轨道上的太空拖船补充能源。这艘拖船将与新发射的地球同步传输轨道卫星对接,并在一天之内迅速将其送入最终轨道。根据我们的计算,这项服务的总费用,包括资本回收、财务费用、保险和所有各方的利润,将比现行方法损失的收入更少,所以这是个很有前景的商业案例。唯一的问题是,是否有足够的早期客户来建立服务。

这是NASA等国家航天机构可以提供帮助的地方。如果他们开发出太空燃料补给站,以降低探测月球或火星的成本。此外,如果他们提供太空水商业合同,以降低新采矿公司的资本投资和风险。通过这种方式,政府机构可以确保私营航天工业的早期成功。这对政府来说是个合法的做法,因为纳税人将从中受益。

小行星采矿基础设施可以帮助解决一个重大的、迫在眉睫的资源问题。在10年或20年内,当前的卫星和光纤系统将无法满足对无线和互联网数据的需求。我知道,除了在太空中建造太大而无法用火箭发射的天线之外,没有其他解决方案,因为没有其他东西能够迅速满足成指数级增长的数据需求。来自小行星的金属不会在地球上出售,因为其成本太高了。它将继续留在太空,将宝贵的数据传输给数字市场。

同样的道理也可以证明,在这个世纪的某个时候,在太空中产生太阳能比通过在地球上任何已知方法产生能源都要便宜。然后,能源可以通过微波传送到地面。将大部分能源部门转移到太空中将会减轻能源生产所带来的环境影响,并能支持能源的整个供应链。要知道,就连风能和太阳能发电也要占据大片土地。

有些估计显示,到2100年,地球外的能源发电可能会减少1/4的人类工业排放。

请注意,这些想法都不包括将小行星上的物质带回地球出售。太空采矿的真正价值将是创造造福于我们所有人的太空产业,而来自太空的主要进口产品将是携带数据和能量的无质量光子。

我们的政府领导人应该明白的重要一点是,投资太空采矿是对我们未来的安全押注,是他们能做的最安全的赌注之一。与当前的商业运作相比,美国宇航局和其他航天机构将以更少的成本支持更多的科学探索,并产生更大的地缘政治影响力。拯救地球和提高我们的生活质量可能只是我们免费获得的额外好处。

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关键词:外星

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