移民火星，這些不得不關(guān)注的黑科技

佛羅里達(dá)中央大學(xué)的行星科學(xué)家 Philip Metzger，也是肯尼迪航天中心沼澤工程實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合創(chuàng)始人，在最近一次座談會(huì)上說：“成功移民火星，需要依賴3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，或稱為‘致勝秘籍’。這些技術(shù)，將讓未來火星移民基地的補(bǔ)給成為可能?！?

來源：太空聯(lián)盟公眾號

圖片來源：NASA

佛羅里達(dá)中央大學(xué)的行星科學(xué)家Philip Metzger，也是肯尼迪航天中心沼澤工程實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合創(chuàng)始人，在最近一次座談會(huì)上說：“成功移民火星，需要依賴3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，或稱為‘致勝秘籍’。這些技術(shù)，將讓未來火星移民基地的補(bǔ)給成為可能。”

他說：“除非我們成功搭建起包含這3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的供應(yīng)鏈，這樣—些可盈利的投資將成為通向火星的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，否則，我不認(rèn)為移民火星真的可行。”

“就像電子郵件、Facebook，它們是互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)變得可行的‘致勝秘籍’。所以，將‘致勝秘籍’獨(dú)特地應(yīng)用到太空，將使太空工業(yè)經(jīng)濟(jì)變得可能。” Metzger告訴太空網(wǎng)站Space.com。

而他認(rèn)為針對太空的3項(xiàng)“致勝秘籍”是：

能為航天器提供能源的小行星采礦技術(shù)、

為了處理地球上以指數(shù)增長的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，而在太空中建造巨大天線的技術(shù)、

向地球輸送清潔能源的技術(shù)。

以上是Metzger在“新太空時(shí)代大會(huì)“中所做演講中的觀點(diǎn)，這次大會(huì)主題為“可持續(xù)擴(kuò)張：到達(dá)火星及更遠(yuǎn)區(qū)域”，主要討論了火星移民的經(jīng)濟(jì)問題。于2017年3月11日在麻省理工學(xué)院（MIT）斯隆管理學(xué)院舉行。

如今，有很多人在猜測“誰將是登陸火星第一人？”，多方在開展火星計(jì)劃，如NASA計(jì)劃在21世紀(jì)30年代左右送宇航員到火星附近，再如SpaceX公司正在起草他們自己的火星移民計(jì)劃。

但在大會(huì)上，NASA工作人員和部分專家強(qiáng)調(diào)，最好不要把這些努力看成是一場競賽；因?yàn)橄胍鹦且泼袢〉瞄L久的成功，緩慢而穩(wěn)健的步伐才是最好的。這樣才能讓政府和私人企業(yè)建立起必要的供應(yīng)鏈。

Metzger對這3項(xiàng)供應(yīng)鏈技術(shù)的可行性非常自信，因?yàn)樗蟾呕?0年左右的時(shí)間，來記錄其他人提出的任何關(guān)于在太空中如何賺錢的主意。

“我聽過的最瘋狂的想法，是在月亮上建設(shè)退休后的養(yǎng)老家園，這樣的話，當(dāng)人們摔倒的時(shí)候，他們不會(huì)摔到他們的屁屁，因?yàn)樗麄冋幱谠虑虻牡椭亓Νh(huán)境。”他向參會(huì)者們解釋，“我并不認(rèn)為這種情況能夠?qū)崿F(xiàn)。”

致勝秘籍之一：為推進(jìn)劑而生的小行星采礦技術(shù)

Metzger告訴大家，關(guān)于小行星采礦，已經(jīng)出現(xiàn)了一個(gè)商業(yè)案例。這一案例中，航天器距離地球表面35400千米，圍繞發(fā)射后用電推進(jìn)技術(shù)進(jìn)入地球靜止軌道的傳統(tǒng)衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)，用6-12月可以去往任何地方。但是，這家衛(wèi)星公司花了很多間接費(fèi)用，卻沒有獲得任何收益。

小行星采礦為縮短工程時(shí)間，提供了一個(gè)解決方案。那小行星采礦將如何運(yùn)作呢？

一艘飛船會(huì)挖掘小行星上的巖石，并從中提取巖石中與粘土以化學(xué)方式結(jié)合的水分子。接著，飛船將獲得的水送到繞軌道飛行的倉庫中，在那里，水被分解成氫和氧，而氫氣和氧氣可以作為火箭燃料。一艘星際交通船將收集這些燃料，并與最近發(fā)射的衛(wèi)星會(huì)合，然后將這些燃料注入這顆衛(wèi)星，使這顆衛(wèi)星有足夠動(dòng)力進(jìn)入最終軌道。

Metzger說：“如果上述過程可以在一周內(nèi)完成，這家衛(wèi)星公司將節(jié)省數(shù)億美元。”

他也表示，他算過大致費(fèi)用，用于制造小行星采礦的飛船、燃料倉庫、星際交通船，以及三者運(yùn)行的費(fèi)用，在一定參數(shù)條件下，都表明這是盈利的。

Luxembourg也研究了一個(gè)類似項(xiàng)目。SES是世界上最大的衛(wèi)星控制中心之一，去年6月份宣布，將用2.23億美元用于小行星采礦計(jì)劃。

Credit： NASA/Pat Rawlings

致勝秘籍之二：太空天線的3D打印技術(shù)

人類對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的需求量，平均每10.5個(gè)月會(huì)翻番。在10年內(nèi)，我們需要克服互聯(lián)網(wǎng)最大容量的限制，由于企業(yè)建設(shè)光纖光纜的速度，完全跟不上需求量增加的速度。如SpaceX和OneWeb這些太空公司，他們計(jì)劃發(fā)射數(shù)千顆小型的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，進(jìn)入約1200km高的近地球軌道，來保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

近地軌道上，小衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)速度將比地球的旋轉(zhuǎn)速度快，所以它不會(huì)在同一個(gè)地點(diǎn)逗留太長的時(shí)間。這意味著，近地衛(wèi)星不得不將數(shù)據(jù)傳遞給在它身后的其他衛(wèi)星，數(shù)千顆小衛(wèi)星將形成一張網(wǎng)絡(luò)。不過，由于小衛(wèi)星的容量有限，為了應(yīng)對數(shù)據(jù)傳輸量的增加，這個(gè)衛(wèi)星艦隊(duì)將在同一時(shí)間被取代。

Metzger告訴大家，這個(gè)解決方案將帶來今后數(shù)十年的互聯(lián)網(wǎng)使用，當(dāng)然，這并非最終的解決方案。

Metzger設(shè)想，從小行星中得到的金屬礦，可以作為在太空中3D打印大型互聯(lián)網(wǎng)天線的原料。在太空中進(jìn)行3D打印的技術(shù)早已實(shí)現(xiàn)。憑借NASA資助的2000萬美元，美國加州的太空制造公司MadeIn Space，正與NorthropGrumman和海洋太空系統(tǒng)合作，致力于Archinaut計(jì)劃。該計(jì)劃的目標(biāo)是在太空建造一個(gè)3D打印機(jī)，用于在太空中裝配大型且復(fù)雜的建筑物。

聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟ULA制定了太空經(jīng)濟(jì)路線圖，同樣認(rèn)為3D打印系統(tǒng)是可行的，并認(rèn)為小行星采礦和天基制造業(yè)將在未來5年內(nèi)上線。公司代表指出，到2045年，ULA預(yù)計(jì)將有1000人工作并生活在太空中，產(chǎn)生2.7萬億美元收益。

3D打印天線將在離地球22000英里的地球靜止軌道繞地球旋轉(zhuǎn)，與地球的旋轉(zhuǎn)速度保持一致。因此，每一顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星都將“固定”在地球上的1個(gè)或者多個(gè)地區(qū)。如果要求某個(gè)特定城市，如芝加哥的數(shù)據(jù)容量增加，那么，衛(wèi)星能夠通過調(diào)整帶寬，提供更多的容量，Metzger告訴大家。

理想狀態(tài)下，上面提到的天線作為多層系統(tǒng)的組成部分。在這一系統(tǒng)中，光纖和近地衛(wèi)星為高優(yōu)先級，而那些并非必要的需求可以通過地球同步衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)。

我計(jì)算過，如果我們在地球同步軌道上建立一個(gè)系統(tǒng)，可以提供的數(shù)據(jù)傳輸速率為如今的400億倍，直到本個(gè)世紀(jì)末，都能滿足地球的需求。

很多企業(yè)將在其中盈利，互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)萬億美元級的行業(yè)，而且，每10.5個(gè)月還將翻番。

即便未來30年，你只是抓住了這些行業(yè)的一小部分，你仍可以從ULA的2.7萬億美元的市場目標(biāo)中分得一小杯羹。

致勝秘籍之三：向地球輸送清潔能源的技術(shù)

然而，解決地球的數(shù)據(jù)需求，并不能解決我們面臨的所有計(jì)算機(jī)問題。半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)和半導(dǎo)體研究公司在2016年的報(bào)道中提到，2040年，計(jì)算機(jī)將用盡地球上所有可以利用的能源。人類需要在地球以外的地區(qū)，找到可持續(xù)性的能源供應(yīng)。

2012年，John Mankins獲得了NASA創(chuàng)新先進(jìn)理念項(xiàng)目的資助，將他的設(shè)想”在太空中擺放一系列可移動(dòng)的薄鏡將太陽能反射入地球”付諸研究。

NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室前雇員、現(xiàn)為加州圣馬麗亞Artemis創(chuàng)新管理解決方案公司首席執(zhí)行官的Mankins提出，將地球生產(chǎn)的一系列鏡子發(fā)射入太空。不過，由于花費(fèi)的資金較大，這一計(jì)劃難以吸引投資者。Metzger補(bǔ)充，如果在太空中生產(chǎn)這些鏡子，那將是最經(jīng)濟(jì)的方式。

圖片來源：pixabay

如果我們開始第一項(xiàng)致勝秘籍，小行星采礦以獲得推進(jìn)劑，它將帶領(lǐng)我們開始第二項(xiàng)致勝秘籍，即在太空中制造超大型天線。于是，我們無需向太空中發(fā)射任何東西，就能建造出太空太陽能系統(tǒng)。

這樣的話，太空經(jīng)濟(jì)引擎就可以獨(dú)自發(fā)動(dòng)。太空中的人們也可以變得多樣化。越來越多的基礎(chǔ)設(shè)施和越來越多的行業(yè)都將進(jìn)入太空，我們不再需要發(fā)射這么多補(bǔ)給物資到太空中去，Metzger說。

“最后，你會(huì)得到一個(gè)完整的供應(yīng)鏈。”

太空中的行業(yè)越多，制造飛船，移民火星就會(huì)變得越容易。

“我對這個(gè)想法持十分樂觀的態(tài)度。”Metzger說。