文/遲惑

小行星采水設(shè)想的根本目的，是降低空間飛行的成本，讓星際探測(cè)乃至太空經(jīng)濟(jì)更加現(xiàn)實(shí)可行。那么這到底能不能行得通?因此，報(bào)告在描述技術(shù)方案之后，給出了關(guān)于經(jīng)濟(jì)效益的分析。分析以NASA的太空探索路線圖為基礎(chǔ)，計(jì)算利用近地小行星資源來(lái)為NASA未來(lái)20多年載人探索任務(wù)服務(wù)的費(fèi)用，并把它與一切依賴地球資源的任務(wù)模式費(fèi)用相比較。研究的目的是證明，利用報(bào)告中設(shè)想的手段，可以建立一種可以自我持續(xù)的、可重復(fù)使用的、無(wú)人或載人空間任務(wù)手段。

而具體的任務(wù)場(chǎng)景，就是我們?cè)谏弦黄恼吕镉懻摰哪?類(lèi)。在這5類(lèi)任務(wù)的考察中無(wú)論哪個(gè)，都不僅僅包括投入使用之后的運(yùn)行費(fèi)用，也包括初始設(shè)計(jì)、研發(fā)、試驗(yàn)和評(píng)審（DDT&E）費(fèi)用的評(píng)估，以及對(duì)上述場(chǎng)景中重復(fù)性單元費(fèi)用、替換費(fèi)用、發(fā)射費(fèi)用的評(píng)估。評(píng)估考慮了這樣4種選擇中的研發(fā)和運(yùn)行變量：

20年周期內(nèi)支持所有任務(wù)的費(fèi)用評(píng)估對(duì)比

從地球提供補(bǔ)給的NASA日常業(yè)務(wù)（無(wú)小行星資源利用）

從地球提供補(bǔ)給的商業(yè)最優(yōu)方法（無(wú)小行星資源利用）

利用小行星資源的NASA日常業(yè)務(wù)（有小行星資源利用）

▲ “蜜蜂”和“迷你蜜蜂”驗(yàn)證機(jī)

▲ 深空探測(cè)系統(tǒng)組成

利用小行星資源的商業(yè)最優(yōu)方法（有小行星資源利用）

所謂的商業(yè)最優(yōu)方法，是根據(jù)太空探索技術(shù)公司和藍(lán)色起源公司已經(jīng)提供的業(yè)務(wù)和服務(wù)來(lái)計(jì)算的。這兩個(gè)商業(yè)企業(yè)的實(shí)踐已經(jīng)證明，成功的商家可以按照遠(yuǎn)低于NASA傳統(tǒng)研發(fā)的價(jià)格來(lái)提供飛行器。但研究結(jié)果顯示，即使能節(jié)省這么多費(fèi)用，如果不采用小行星資源，商業(yè)最優(yōu)方法下的太空探索費(fèi)用依然是無(wú)法承受的。

但是，如果利用小行星上的資源，配合商業(yè)最優(yōu)方法，可以有效地把費(fèi)用減少到原來(lái)的四分之一以下，同時(shí)載人月面、近地小行星乃至火星表面探索計(jì)劃能夠得到有力執(zhí)行。如果NASA能夠承擔(dān)有關(guān)技術(shù)和設(shè)施的前期費(fèi)用，并且投入合理的資金來(lái)使用這些技術(shù)和設(shè)施，再結(jié)合一些商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資的進(jìn)入，那么這個(gè)開(kāi)采小行星以獲取空間資源、支撐空間探索和太空經(jīng)濟(jì)的途徑就可以延續(xù)下去，創(chuàng)造出可以自我持續(xù)發(fā)展的空間資源開(kāi)發(fā)利用經(jīng)濟(jì)循環(huán)，可以在20年內(nèi)獲得超過(guò)20%的利潤(rùn)。

當(dāng)小行星資源開(kāi)采技術(shù)成熟后，還可以完全商業(yè)化，部署更多的“蜜蜂”、“工蜂”和軌道存儲(chǔ)設(shè)施，為商業(yè)航天服務(wù)。在這個(gè)過(guò)程中，還會(huì)不斷引入更新的技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，航天器產(chǎn)量的擴(kuò)大和運(yùn)行流程的完善還可以進(jìn)一步降低成本。這將進(jìn)一步提高小行星資源開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益和經(jīng)濟(jì)規(guī)模，為迅速成長(zhǎng)的太空旅游業(yè)提供更多商業(yè)支持，部署真正意義上的太空旅館，容納上百人甚至上千人的旅客規(guī)模，為月球殖民、火星殖民創(chuàng)造條件。

計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，團(tuán)隊(duì)得到了這樣一個(gè)結(jié)論：對(duì)于月球軌道前哨站來(lái)說(shuō)，如果不采用小行星資源，要比采用小行星資源的發(fā)射次數(shù)多一倍，才能建立初期前哨站，并提供足夠燃料供人員返回；兩種采用小行星資源的方法，都要從地球發(fā)射到月球軌道前哨站，它們的初期燃料都要從地球送去。采用水推進(jìn)劑的方案可以直接從“工蜂”那里獲得“蜜蜂”采集的水。采用液氧-甲烷推進(jìn)劑的方案同樣要在第一年內(nèi)從地球獲得相當(dāng)多數(shù)量的推進(jìn)劑，而“方斯”是最后一個(gè)發(fā)射到月球軌道前哨站的，因此小行星資源利用方式的多數(shù)收益要在10年長(zhǎng)度的任務(wù)中才能得到體現(xiàn)。

對(duì)于近地小行星探測(cè)來(lái)說(shuō)，如果不采用小行星資源，初期將比采用小行星資源的發(fā)射次數(shù)多50%，還需要發(fā)射重型運(yùn)載火箭，采用更多級(jí)數(shù)來(lái)提供足夠的推進(jìn)劑。而一般來(lái)說(shuō)，發(fā)射到LEO軌道只需要采用兩級(jí)火箭。

對(duì)于載人登月探索月球來(lái)說(shuō)，如果不采用小行星資源，需要比采用小行星資源的發(fā)射次數(shù)多4倍，所需要提供的推進(jìn)劑多兩倍。

對(duì)于火星探測(cè)來(lái)說(shuō)，如果不采用小行星資源，需要比采用小行星資源的推進(jìn)劑數(shù)量多4倍（液氧-甲烷推進(jìn)劑）或5倍（水推進(jìn)劑），前往低軌道的發(fā)射次數(shù)多10倍。

▲ 可重復(fù)使用飛船降落在月球上

對(duì)于低軌道和地球同步軌道的商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)輸來(lái)說(shuō)，是否采用小行星資源利用的發(fā)射次數(shù)相等，前往地球同步軌道的費(fèi)用是前往低軌道的4倍，其中包括發(fā)射足夠數(shù)量的“工蜂”和可重復(fù)使用航天器。不采用小行星資源的方法，其發(fā)射費(fèi)用要高出50%～100%。

最終，這些分析展現(xiàn)了一個(gè)高營(yíng)業(yè)額商業(yè)模式的基礎(chǔ)，可以刺激政府公私合營(yíng)模式（PPP）的出現(xiàn)。這種商業(yè)基礎(chǔ)的前20年中，可以從NASA獲得其三分之二的營(yíng)業(yè)收入（通過(guò)向NASA提供服務(wù)以支持探索目標(biāo)），從其他純粹的商業(yè)來(lái)源中獲得另外三分之一的營(yíng)業(yè)收入。小行星本地資源利用，加上新興的商業(yè)最優(yōu)方法，將提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，成為通向負(fù)擔(dān)得起的載人空間探索和空間商業(yè)化、太空殖民手段的“階梯”。

團(tuán)隊(duì)在報(bào)告中特地指出，計(jì)算中的所有獨(dú)立參數(shù)和任務(wù)次序都可以修改，但總體方法是穩(wěn)定的，技術(shù)假設(shè)也是相對(duì)保守的。言外之意，實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益可能比推算的更好。

到底能省多少錢(qián)

無(wú)論是采用基于水的太陽(yáng)能熱推進(jìn)，還是采用液氧-甲烷化學(xué)推進(jìn)劑，相對(duì)于不利用小行星資源，在地月空間利用小行星本地資源都能帶來(lái)革命性的優(yōu)勢(shì)。利用APIS架構(gòu)可以顯著降低對(duì)火箭及其上面級(jí)的枚數(shù)和大小需求，并降低相關(guān)開(kāi)支。這還免去了在地球上運(yùn)輸和存儲(chǔ)相應(yīng)數(shù)量推進(jìn)劑的需要（約25000噸）。相應(yīng)地，在20年時(shí)間內(nèi)節(jié)省的費(fèi)用超過(guò)3000億美元。

人們都知道，在當(dāng)前預(yù)算規(guī)模下（2017年大約為200億美元），NASA是負(fù)擔(dān)不起自己深空載人探索構(gòu)想的。因此，報(bào)告強(qiáng)烈推薦NASA實(shí)現(xiàn)所謂的“基礎(chǔ)性改變”，一方面設(shè)法從私營(yíng)部門(mén)獲得投資來(lái)實(shí)現(xiàn)高效費(fèi)比研發(fā)的最優(yōu)方法；另一方面，要在所有超越低地球軌道的空間運(yùn)輸任務(wù)中利用小行星資源。

雖然NASA報(bào)告中的許多東西還都是設(shè)想，但可以發(fā)現(xiàn)，其中多數(shù)技術(shù)并不是遙不可及的，而是用現(xiàn)有工藝、材料就能實(shí)現(xiàn)的。其中真正缺少的，是巨額的資金。美國(guó)已經(jīng)決定逐步放棄國(guó)際空間站，NASA也打算從2019財(cái)年開(kāi)始正式為重返月球申請(qǐng)資金。報(bào)告中的狂想能不能實(shí)現(xiàn)，可能就取決于今后幾年的進(jìn)展和政策走向了。