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，讓星際探測乃至太空經(jīng)濟更加現(xiàn)實可行。那么這到底能不能行得通?因此，報告在描述技術(shù)方案之后，給出了關(guān)于經(jīng)濟效益的分析。分析以NASA的太空探索路線圖為基礎(chǔ)，計算利用近地小行星資源來為NASA未來20多年載人探索任務(wù)服務(wù)的費用，并把它與一切依賴地球資源的任務(wù)模式費用相比較。研究的目的是證明，利用報告中設(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、無人或載人空間任務(wù)手段。

而具體的任務(wù)場景，就是我們在上一篇文章里討論的那5類。在這5類任務(wù)的考察中無論哪個，都不僅僅包括投入使用之后的運行費用，也包括初始設(shè)計、研發(fā)、試驗和評審（DDT&E）費用的評估，以及對上述場景中重復(fù)性單元費用、替換費用、發(fā)射費用的評估。評估考慮了這樣4種選擇中的研發(fā)和運行變量：

20年周期內(nèi)支持所有任務(wù)的費用評估對比

從地球提供補給的NASA日常業(yè)務(wù)（無小行星資源利用）

從地球提供補給的商業(yè)最優(yōu)方法（無小行星資源利用）

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”驗證機

▲ 深空探測系統(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)公司和藍色起源公司已經(jīng)提供的業(yè)務(wù)和服務(wù)來計算的。這兩個商業(yè)企業(yè)的實踐已經(jīng)證明，成功的商家可以按照遠(yuǎn)低于NASA傳統(tǒng)研發(fā)的價格來提供飛行器。但研究結(jié)果顯示，即使能節(jié)省這么多費用，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用依然是無法承受的。

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

當(dāng)小行星資源開采技術(shù)成熟后，還可以完全商業(yè)化，部署更多的“蜜蜂”、“工蜂”和軌道存儲設(shè)施，為商業(yè)航天服務(wù)。在這個過程中，還會不斷引入更新的技術(shù)和設(shè)計方法，航天器產(chǎn)量的擴大和運行流程的完善還可以進一步降低成本。這將進一步提高小行星資源開發(fā)的經(jīng)濟效益和經(jīng)濟規(guī)模，為迅速成長的太空旅游業(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。

計算結(jié)果

經(jīng)過復(fù)雜的運算，團隊得到了這樣一個結(jié)論：對于月球軌道前哨站來說，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)量的推進劑，而“方斯”是最后一個發(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年長度的任務(wù)中才能得到體現(xiàn)。

對于近地小行星探測來說，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)射重型運載火箭，采用更多級數(shù)來提供足夠的推進劑。而一般來說，發(fā)射到LEO軌道只需要采用兩級火箭。

對于載人登月探索月球來說，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，所需要提供的推進劑多兩倍。

對于火星探測來說，如果不采用小行星資源，需要比采用小行星資源的推進劑數(shù)量多4倍（液氧-甲烷推進劑）或5倍（水推進劑），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

對于低軌道和地球同步軌道的商業(yè)衛(wèi)星運輸來說，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)射費用要高出50%～100%。

最終，這些分析展現(xiàn)了一個高營業(yè)額商業(yè)模式的基礎(chǔ)，可以刺激政府公私合營模式（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業(yè)收入（通過向NASA提供服務(wù)以支持探索目標(biāo)），從其他純粹的商業(yè)來源中獲得另外三分之一的營業(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，將提供一個堅實的基礎(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”。

團隊在報告中特地指出，計算中的所有獨立參數(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)也是相對保守的。言外之意，實際的經(jīng)濟效益可能比推算的更好。

到底能省多少錢

無論是采用基于水的太陽能熱推進，還是采用液氧-甲烷化學(xué)推進劑，相對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革命性的優(yōu)勢。利用APIS架構(gòu)可以顯著降低對火箭及其上面級的枚數(shù)和大小需求，并降低相關(guān)開支。這還免去了在地球上運輸和存儲相應(yīng)數(shù)量推進劑的需要（約25000噸）。相應(yīng)地，在20年時間內(nèi)節(jié)省的費用超過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，報告強烈推薦NASA實現(xiàn)所謂的“基礎(chǔ)性改變”，一方面設(shè)法從私營部門獲得投資來實現(xiàn)高效費比研發(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輸任務(wù)中利用小行星資源。

雖然NASA報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、材料就能實現(xiàn)的。其中真正缺少的，是巨額的資金。美國已經(jīng)決定逐步放棄國際空間站，NASA也打算從2019財年開始正式為重返月球申請資金。報告中的狂想能不能實現(xiàn)，可能就取決于今后幾年的進展和政策走向了。