圍繞著載人龍飛船發(fā)射的普遍歡樂使人們?nèi)菀缀鲆?，獵鷹火箭的紅色眩光標(biāo)志著一個新時代的到來-私人空間工業(yè)化時代的到來。人類歷史上第一次，我們不僅在探索一個新的大陸。作為一個生物物種，我們正在前進(jìn)到一個新的元素-宇宙。
人類的整個歷史就是我們與時空斗爭的故事。掌握新的視野，走得更遠(yuǎn)；人們出于對美好生活或利潤的渴望，出于恐懼或好奇心的驅(qū)使，人們發(fā)現(xiàn)了更快，更輕松，更便宜，更安全的方式來征服這里和那里的空間。19世紀(jì)初，托馬斯·杰斐遜（Thomas Jefferson）從拿破侖（Napoleon）買下路易斯安那州時，實際上當(dāng)時的美國領(lǐng)土翻了一番，他認(rèn)為定居者要在非洲中部居住這些地方需要數(shù)千年的時間。 。
但是僅僅過了幾十年，加利福尼亞州的黃金發(fā)現(xiàn)動員了大批勤奮的人們，為資本創(chuàng)造了動力，并需要新技術(shù)。隨著無數(shù)新人馬車穿過陸地，鐵路線從海岸延伸到海岸，城市和定居點興起，杰斐遜（Jefferson）200多年前的設(shè)想得以實現(xiàn)-并僅用了一條人類的生命。
我成長于蒙古的一個小村莊，靠近成吉思汗（Genghis Khan），他在那里開始了13世紀(jì)的旅程，該旅程導(dǎo)致了歷史上最大的連續(xù)土地帝國，我對探險家的歷史早有興趣。我花了許多西伯利亞漫長的冬季暮光之城來閱讀有關(guān)偉大地理發(fā)現(xiàn)的書籍，我為將我置于一個無聊的時代而苦惱，在這個無聊的時代，所有新土地都被發(fā)現(xiàn)了，所有邊界都被繪制了地圖。
我?guī)缀醪恢?，僅在幾十年后，我將度過世界上有史以來最激動人心的人類探索時期。
下一場太空競賽
近年來，整個太空工業(yè)一直在等待并尋找將成為太空淘金熱的東西。人們可以無休止地談?wù)撎諏θ祟惖闹匾?，以及太空活動和太空活動開發(fā)的技術(shù)如何幫助解決地球上的問題：衛(wèi)星圖像，天氣，電視，通信。但是，如果沒有真正的“太空熱潮”，沒有短期的精神錯亂將大量的金融資源，企業(yè)家精神和工程人才注入太空工業(yè)，就不可能引發(fā)新的“太空競賽”。
目前，整個太空經(jīng)濟(jì)（包括火箭，通信，圖像，衛(wèi)星和乘員飛行）不超過1000億美元，不到全球經(jīng)濟(jì)的0.1％。相比之下：在1990年代末的互聯(lián)網(wǎng)泡沫時期，該行業(yè)公司的總資本額超過全球GDP的5％。1850年代加州淘金熱的影響如此巨大，以至于改變了整個美國經(jīng)濟(jì)，從根本上在西海岸建立了一個新的經(jīng)濟(jì)中心。
當(dāng)前的太空經(jīng)濟(jì)規(guī)模還不足以引起全球經(jīng)濟(jì)的真正構(gòu)造轉(zhuǎn)變。我們在21世紀(jì)的這個地方有哪些候選人？我們都是太空巨星部署的見證人，例如SpaceX的 Starlink ，來自亞馬遜的Kuiper和其他一些規(guī)模較小的公司。但是，這個市場足以創(chuàng)造真正的淘金熱嗎？全球電信市場的規(guī)模令人印象深刻，為1.5萬億美元（約占全球經(jīng)濟(jì)的1.5％）。
如果同時出現(xiàn)多種因素，無人乘車乘客的多媒體內(nèi)容消費量急劇增加，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的快速增長，那么衛(wèi)星電信服務(wù)的中期發(fā)展將達(dá)到1萬億甚至更多。然后，有理由相信，當(dāng)涉及太空經(jīng)濟(jì)時，這一部分可能是增長的驅(qū)動力。當(dāng)然，這并不是5％（互聯(lián)網(wǎng)泡沫時代就是這樣），但它已經(jīng)占世界經(jīng)濟(jì)的1％。
但是，盡管電信，衛(wèi)星圖像和導(dǎo)航具有所有重要意義，但自太空時代開始以來，這些都是傳統(tǒng)的太空應(yīng)用，已經(jīng)使用了數(shù)十年。它們的共同點是這些都是高附加值的應(yīng)用程序，通常在地面上沒有替代品。地球監(jiān)測和全球通訊很難在太空以外的任何地方進(jìn)行。
因此，空間資產(chǎn)的高成本是過去太空應(yīng)用的主要障礙，高成本主要是由高發(fā)射成本引起的，歷史上每公斤高達(dá)數(shù)萬美元。為了使太空真正實現(xiàn)工業(yè)化并出現(xiàn)新的太空服務(wù)和產(chǎn)品（其中許多將替代目前在地球上生產(chǎn)的服務(wù)和產(chǎn)品），需要在太空中發(fā)射和運輸貨物的成本進(jìn)行一場革命。
太空運輸
沒有運輸，就無法想象掌握新領(lǐng)土。鐵路，航空，集裝箱等新的人員和貨物運輸方式的發(fā)明和發(fā)展創(chuàng)造了我們所知道的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)。太空探索也不例外。但是，這片領(lǐng)土的物理性質(zhì)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在地球上，我們處于巨大重力井的底部。
為了將貨物送入軌道并克服重力，您需要將物體加速到8 km / s的驚人速度-比子彈快10-20倍。不到火箭啟動質(zhì)量的5％到達(dá)軌道。因此，答案在于可重用性和大規(guī)模生產(chǎn)。火箭科學(xué)的齊奧爾科夫斯基方程式的暴政也導(dǎo)致了必要的大型火箭的發(fā)展。它為SpaceX和Blue Origin等公司制定了戰(zhàn)略，他們正在開發(fā)大型甚至巨大的可重復(fù)使用的火箭，例如“星艦”或“新格倫”。我們很快就會看到，發(fā)射到太空的成本甚至不到每公斤幾百美元。
但是火箭只對將大量物體發(fā)射到近地軌道有效。如果您需要將貨物分配到不同的軌道或?qū)⑵溥\送到重力井的最頂端（GEO，HEO，Lagrange點或月球軌道等高軌道），則需要增加更大的速度差。這是另外3-6 km / sec或更高。如果為此使用常規(guī)火箭，則去除的質(zhì)量比例將從5％降低到不足1％。在許多情況下，如果所交付的質(zhì)量遠(yuǎn)小于大型低成本火箭的能力，則您需要使用價格更高（每千克運輸?shù)呢浳铮┑闹行⌒桶l(fā)射器。
這需要多式聯(lián)運，巨大的廉價火箭將貨物運送到低地球軌道，然后在最后一英里的太空拖船上將貨物分配到目標(biāo)軌道，更高軌道，月球和太陽系中的其他行星之間。這就是為什么我于2017年成立的Momentus公司，其開發(fā)的是用于“輪輻式”多式聯(lián)運到太空的拖船，并于2020年12月進(jìn)行了Falcon 9乘坐共享航班的首次商業(yè)飛行任務(wù)。
最初，太空拖船可以使用從地球輸送來的推進(jìn)劑。但是隨著太空運輸規(guī)模的增加以及將貨物從低地球軌道移開的需求，產(chǎn)生了使用一種不能從地球表面而是從月球，從火星或從地球獲得的推進(jìn)劑的需求。小行星-包括近地小行星。幸運的是，太陽系的演化過程給了我們禮物-水。在可能的火箭燃料候選物中，水是太陽系中分布最廣的。
在月球上發(fā)現(xiàn)了水；在兩極附近的火山口中，有大量的冰。在火星的地下，有巨大的冷凍水海洋。我們在火星和木星的軌道之間有一條巨大的小行星帶。在太陽系形成的黎明，木星的引力阻止了一顆行星的形成，以數(shù)十億顆小行星的形式散布碎片，其中大部分含有水。木星的相同引力會周期性地將小行星“拋出”到太陽系的內(nèi)部，形成一組近地小行星。數(shù)以萬計的近地小行星是已知的，其中近千顆直徑超過1公里。
從天體力學(xué)的角度來看，從小行星或從月球輸送水比從地球輸送水要容易得多。由于地球具有強(qiáng)大的引力場，因此輸送到引力井最頂端（對地靜止軌道，拉格朗日點或月球軌道）的有效載荷與初始質(zhì)量之比小于1％；而從月球表面可以發(fā)射70％的原始質(zhì)量，而從小行星可以發(fā)射99％的質(zhì)量。
這就是為什么在Momentus我們將水用作推進(jìn)器的推進(jìn)劑的原因之一。我們開發(fā)了一種新型的等離子微波推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用太陽能作為能源，而水作為推進(jìn)劑（簡稱為反應(yīng)物質(zhì)）來推動我們的車輛進(jìn)入太空。水的選擇還使我們的航天器極具成本效益且簡單。
大型，可重復(fù)使用的低成本火箭的普及和太空最后一英里的交付開辟了舊運輸價格范圍內(nèi)無法實現(xiàn)的機(jī)遇。我們認(rèn)為，從低地球軌道到低月軌道，將貨物運送到月球空間幾乎任何位置的價格在5-10年內(nèi)將大大低于$ 1,000 / kg。最令人興奮的是，它為引入一種超越傳統(tǒng)通信，觀察和導(dǎo)航的全新空間應(yīng)用類別提供了機(jī)會。應(yīng)用程序?qū)诱嬲奶展I(yè)化并催化地球工業(yè)向太空遷移的過程。
現(xiàn)在，讓我們成為太空未來主義者，并嘗試預(yù)測未來5-10年內(nèi)太空淘金熱的未來候選人。低成本太空運輸將推動下一個前沿領(lǐng)域的應(yīng)用程序發(fā)展？太空中有數(shù)萬億美元的企業(yè)。
發(fā)電
能源生產(chǎn)是淘金熱的第一個也是最大的候選者，因為全球經(jīng)濟(jì)中的能源份額約為8.2％。太空發(fā)電具有許多驚人的優(yōu)勢。首先，它是發(fā)電的連續(xù)性。在太空中，我們的太陽是一個運行24/7的大型熱核反應(yīng)堆。無需在夜晚和惡劣的天氣下蓄電。結(jié)果，同一表面每24小時收集的能量是地球上能量的10倍。
從直觀上看，這不是顯而易見的，但是沒有暮光之城或夜晚，也沒有云，大氣層或積聚的灰塵，為電力生產(chǎn)創(chuàng)造了獨特的條件。由于微重力作用，結(jié)構(gòu)較輕的空間發(fā)電廠最終可能比陸上發(fā)電廠的成本低得多。能量可以通過微波或激光束傳輸?shù)降孛妗５?，建造空間發(fā)電站至少有兩個主要挑戰(zhàn)仍然需要解決。首先是發(fā)射到太空的成本，然后是太空運輸?shù)某杀尽?/p>
大型火箭和可重復(fù)使用的太空拖船的組合將使從地球到最佳軌道的貨物運輸成本降低至每千克數(shù)百美元，這將使運輸份額每千瓦時不足一美分。第二個問題是穩(wěn)定大塊面板所需的推進(jìn)劑數(shù)量，這些面板會被太陽輻射壓力推走。每生產(chǎn)1吉瓦的發(fā)電量，每年將需要500-1,000噸推進(jìn)劑。因此，要具有與美國相同的發(fā)電能力（1200 GW），您每年將需要多達(dá)100萬噸的推進(jìn)劑（每小時發(fā)射8枚Falcon 9或每小時發(fā)射1艘Starship）。
發(fā)電將是在月球空間內(nèi)推進(jìn)劑的最大消耗者，但是從地球上輸送推進(jìn)劑在經(jīng)濟(jì)上太低效了。答案就在月球上，在北極附近的40個永久變暗的火山口中，估計有6億公噸的冰。僅此一項就足以滿足數(shù)百年的空間動力運營需求。
數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)計算和處理中心是地球上最大，增長最快的能源消耗者之一。在過去十年中實施的效率改進(jìn)僅增加了對大型基于云的服務(wù)器場的需求。僅美國的數(shù)據(jù)中心每年就消耗約700億千瓦時的電力。除了運行處理和存儲數(shù)據(jù)的系統(tǒng)所需的能量外，冷卻這些系統(tǒng)還需要大量能源和環(huán)境成本，這直接轉(zhuǎn)化為政府和私營企業(yè)所花費的資金。
不管它們?nèi)绾胃咝У剡\行，數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展以及對不斷增加的功耗的需求在經(jīng)濟(jì)上或環(huán)境上都是不可持續(xù)的。代替通過微波或激光將能量發(fā)射到地面，可以將能量用于空間數(shù)據(jù)處理。與千兆瓦相比，從太空流傳輸TB級和PB級要容易得多。像AI這樣的耗電大戶，可以輕松地將其轉(zhuǎn)移到太空，因為它們中的大多數(shù)都可以承受延遲。
太空采礦
最終，小行星和月球?qū)⒊蔀槿祟愖鳛榭臻g物種的主要采礦省。稀有和貴金屬，建筑材料，甚至是碎石將用于新的太空經(jīng)濟(jì)，太空工業(yè)化和太空棲息地的建設(shè)。但是，從月球或小行星上開采的第一種資源將是水-這將是未來太空經(jīng)濟(jì)的“石油”。
除了在小行星和其他天體上可以發(fā)現(xiàn)水以外，它還很容易提取。您只需要加熱融化冰塊或從水合物中提取水即可。無需低溫系統(tǒng)（如液態(tài)氧或氫氣），水就可以輕松存儲，并且不需要高壓水箱（如稀有氣體-離子發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑）。
同時，水是用于不同推進(jìn)技術(shù)的獨特推進(jìn)劑。它可以用作電熱火箭發(fā)動機(jī)（如Momentus的微波電熱發(fā)動機(jī)）中的水，也可以分離成氫氣和氧氣以用于化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)。
制造業(yè)
太空運輸成本的中斷可以使太空成為人類的新產(chǎn)業(yè)帶。微重力可以支持為諸如光纖之類的地面應(yīng)用創(chuàng)建新材料，而不會在強(qiáng)重力場中的生產(chǎn)過程中不可避免地出現(xiàn)微小的缺陷。這些缺陷增加了信號損耗，并導(dǎo)致透射光的大量衰減。此外，微重力可用于未來的太空經(jīng)濟(jì)中，以建造用于發(fā)電的巨型結(jié)構(gòu)，為游客提供太空旅館以及最終成為人類居住地。在太空中，您很容易擁有地球上無法達(dá)到的真空度。這種真空對于生產(chǎn)超純材料（如晶體，晶片和全新材料）將非常有價值。當(dāng)原材料的主要來源不是地球時，太空制造的統(tǒng)治將開始
太空運輸中斷帶來的未來市場機(jī)會是巨大的。即使沒有太空旅游，太空棲息地在10-15年內(nèi)也將是近2萬億美元的市場。無疑，這將導(dǎo)致太空淘金熱，這將推動人類文明向后代發(fā)展。
最后的疆界
在蘇聯(lián)的最后幾年，我在高中學(xué)習(xí)。蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)正在崩潰，我們屋子里沒有衛(wèi)生設(shè)施，而且很多時候我們都沒有電。在那些漆黑的夜晚，我借助煤油燈學(xué)習(xí)了物理和數(shù)學(xué)書籍。我們有一個不錯的社區(qū)圖書館，我可以從新西伯利亞或莫斯科等大城市的大型圖書館訂購書籍和雜志。那是我進(jìn)入世界的窗口。太棒了。
我在閱讀有關(guān)旅行者號飛船的飛行以及對太陽系的探索，并在思考自己的未來。那段時間，我意識到自己在科學(xué)和數(shù)學(xué)上既愛又擅長，于是我決定成為一名太空工程師。我在1993年接受當(dāng)?shù)匾患覉蠹埐稍L時告訴記者：“我想研究先進(jìn)的推進(jìn)技術(shù)。我夢想著未來，在那里我可以參與太空探索，甚至可能飛往火星……”
現(xiàn)在，未來即將到來。