私人空间产业化已经到来

Mikhail Kokorich是Momentus的首席执行官，Momentus是第一家为卫星提供太空运输服务的公司。

人类的整个历史就是我们与空间和时间斗争的故事。掌握了新的视野，走得更远；在对更好生活或利润的渴望的驱使下，出于恐惧或纯粹的好奇心，人们找到了更快、更容易、更便宜、更安全的方式来征服这里和那里之间的空间。19世纪初，当托马斯·杰斐逊(Thomas Jefferson)从拿破仑手中买下路易斯安那州(Louisiana)时，实际上当时美国的领土已经翻了一番，他认为定居者需要数千年的时间才能居住在大陆中心的这些空间里。

但短短几十年后，加州黄金的发现动员了大量勤奋的人们，创造了资本激励机制，并要求新技术。随着无数新来者的马车在这片土地上穿行，从东海岸到西海岸，铁路线铺展开来，城市和定居点拔地而起，杰斐逊200多年前的设想变成了现实--而且只在一个人的一生中。

我在一个蒙古小村庄长大，成吉思汗13世纪的旅程就是在那里开始的，那里产生了历史上最大的毗连土地帝国，我很早就对探险家的历史产生了兴趣。花了许多漫长的西伯利亚冬日黄昏阅读关于伟大地理发现的书籍，我哀叹命运把我放在一个所有新土地都被发现，所有边界都已经绘制好的沉闷时代。

我几乎不知道，仅仅几十年后，我将经历世界上从未见过的人类探索最激动人心的时刻。

近年来，整个航天行业都在等待和寻找将成为太空淘金热的东西。人们可以没完没了地谈论空间对人类的重要性，以及由空间活动开发的技术如何帮助解决地球上的问题：卫星图像、天气、电视、通信。但是，如果没有真正的“太空热”--如果没有短期的疯狂，这种疯狂将把巨大的财政资源、创业能量和工程人才倾注到航天事业中，就不可能引发一场新的“太空竞赛”。

目前，整个空间经济-包括火箭、通信、图像、卫星和载人飞行-不超过1000亿美元，不到全球经济的0.1%。作为对比：在20世纪90年代末的互联网泡沫期间，这一领域的公司总资本占全球GDP的5%以上。19世纪50年代加州淘金热的影响是如此之大，以至于它改变了整个美国经济，基本上在西海岸创造了一个新的经济中心。

目前太空经济的规模不足以导致全球经济发生真正的结构性转变。我们在21世纪的这个地方有哪些候选人？我们都是太空互联网巨型星座部署的见证者，比如SpaceX的Starlink，亚马逊的Kuiper和其他一些较小的参与者。但是，这个市场是否足以掀起一场真正的淘金热呢？全球电信市场的规模令人印象深刻，高达1.5万亿美元(几乎占全球经济总量的1.5%)。

如果多个因素重合--无人车乘客对多媒体内容的消费大幅增加，物联网细分市场的快速增长--卫星电信服务可以在中期内增长到1万亿甚至更多。那么，有理由相信，当涉及到太空经济时，这一细分市场可能是增长的驱动力。当然，这不是5%(在互联网时代是这样)，但它已经是令人印象深刻的世界经济的1%。

但是，尽管电信、卫星图像和导航非常重要，但这些都是传统的空间应用，自太空时代开始以来已经使用了几十年。它们的共同点是，这些都是高附加值的应用，通常没有替代品。除了太空，从任何地方都很难进行地球监视和全球通信。

因此，空间资产成本居高不下，主要是由于发射成本高，历史上每公斤高达数万美元，是过去空间应用的主要障碍。为了实现空间的真正工业化和出现新的空间服务和产品(其中许多将取代目前在地球上生产的服务和产品)，需要在空间发射和运输货物的成本方面进行一场革命。

如果没有交通运输，对新界的掌握是不可能想象的。铁路、航空、集装箱等运输人员和货物的新手段的发明和扩散创造了我们所知的现代经济。太空探索也不例外。但这块领土的物理性质带来了巨大的挑战。在地球上，我们处在一个巨大的重力井的底部。

为了将货物送入轨道并战胜重力，你需要将物体加速到8公里/秒的惊人速度-比子弹快10-20倍。只有不到5%的火箭起始质量到达轨道。因此，答案在于可重用性和大规模生产。火箭科学的齐奥尔科夫斯基方程的暴政也促成了必要的大型火箭。它推动了SpaceX和Blue Origin等公司的战略，这些公司正在开发大型、甚至巨型、可重复使用的火箭，如星际飞船(Starship)或新格伦(New Glenn)。我们很快就会看到，发射到太空的成本甚至会低于每公斤几百美元。

但火箭只有在将巨大质量发射到低地球轨道时才有效。如果您需要将货物分配到不同的轨道或将其运送到重力轨道的最顶端-高重力轨道，如GEO、HEO、拉格朗日点或月球轨道-您需要添加更多的增量速度。这又是3-6公里/秒或更多。如果你使用传统的火箭来做这件事，除去的质量比例从5%降到1%以下。在许多情况下，如果交付的质量远远低于大型低成本火箭的能力，您需要使用更昂贵的(每公斤运输货物)中小型发射器。

这需要多式联运，用巨大的廉价火箭将货物运送到低地球轨道，然后是最后一英里的太空拖船，在目标轨道之间分配货物，到更高的轨道，到月球和我们太阳系的其他行星。这就是为什么我在2017年创立的Momentus公司将在2020年12月乘坐猎鹰9号拼车飞行首个商业任务。Momentus是我在2017年创立的一家公司，开发用于向太空进行“轴辐式”多式联运的太空拖船。

最初，太空拖船可以使用从地球运送的推进剂。但是，随着太空运输规模的增加，以及将货物运离近地轨道的需求增加，我们需要使用一种推进剂，这种推进剂不是从地球表面获得的，而是从月球、火星或小行星-包括近地小行星-获得的。幸运的是，太阳系进化过程给了我们一份礼物--水。在可能的火箭燃料候选中，水是太阳系中分布最广的。

月球上已经发现了水；在两极附近的陨石坑里，有巨大的冰储量。在火星的地下，有一个巨大的冰冻水海洋。在火星和木星的轨道之间有一条巨大的小行星带。在太阳系形成之初，木星的引力阻止了一颗行星的形成，散布着数十亿颗小行星的碎片，其中大部分含有水。同样的木星引力会周期性地将小行星“抛出”太阳系内部，形成一群近地小行星。已知的近地小行星有数万颗，其中近千颗直径超过1公里。

从天体力学的观点来看，从小行星或月球输送水要比从地球输送水容易得多。由于地球具有强大的引力场，传送到引力井顶部(地球静止轨道、拉格朗日点或月球轨道)的有效载荷与初始质量的比率不到1%；而从月球表面可以提供原始质量的70%，从小行星可以提供99%。

这就是为什么我们在Momentus使用水作为太空拖船的推进剂的原因之一。我们开发了一种新颖的等离子体微波推进系统，它可以以太阳能为能源，以水为推进剂(简单地作为反作用质量)来推动我们的飞行器在太空中前进。水的选择也使我们的航天器变得非常划算和简单。

大型、可重复使用、低成本的火箭和太空最后一英里送货的激增打开了在旧的运输价格范围内不可能实现的机会。我们假设，在5-10年内，将货物运送到环月空间几乎任何一点，从低地球轨道到低月球轨道的价格都将远低于1000美元/公斤。最令人兴奋的是，它开启了一个机会，引入了一类全新的空间应用，超越了传统的通信、观测和导航；这些应用将启动空间的真正工业化，并催化地球工业迁移到太空的进程。

现在，让我们成为太空未来学家，试着预测未来5-10年太空淘金热的候选对象。在低成本的太空运输的推动下，下一个前沿将会有哪些应用？在太空领域，有几个万亿美元业务的候选者。

能源发电是淘金热的第一人选，也是最大的候选者，因为能源在全球经济中的份额约为8.2%。太空发电有几个奇妙的优势。首先，它是发电的连续性。在太空中，我们的太阳是一个全天候运转的大型热核反应堆，没有必要在夜间和恶劣天气储存电力。因此，同样的表面每24小时收集的能量是地球上的10倍。

这在直觉上并不明显，但没有黄昏或夜间，以及缺乏云层、大气或积聚的灰尘，都为发电创造了独特的条件。由于微重力，结构轻得多的太空发电厂最终可能比陆地发电厂的成本低得多。能量可以通过微波或激光传输到地面。然而，建造太空发电站至少有两个主要挑战需要解决。首先是发射到太空的成本，然后是太空运输的成本。

巨大的火箭和可重复使用的太空拖船相结合，将把货物从地球运输到最佳轨道的成本降低到每公斤数百美元，这将使运输份额不到每千瓦时1美分。第二个问题是需要多少推进剂来稳定巨大的电池板，这些电池板将被太阳辐射压力推开。每1千兆瓦的发电能力，每年需要500-1000吨推进剂。因此，要拥有与美国相同的发电能力(1200 GW)，每年需要高达100万吨的推进剂(每小时发射8次猎鹰9号或每小时1次星际飞船)。

发电将是单月空间中最大的推进剂消耗者，但从地球上运送推进剂的效率太低了。答案就在月球上，那里北极附近的40个永久变暗的陨石坑估计含有6亿公吨的冰。仅此一项就足以维持数百年的太空动力运作。

数据计算和处理中心是地球上最大和增长最快的能源消耗中心之一。过去十年实施的效率改进只会增加对基于云的大型服务器场的需求。仅美国的数据中心每年就消耗约700亿千瓦时的电力。除了运行处理和存储数据的系统所需的电力外，冷却这些系统在能源和环境影响方面也有巨大的成本，这直接转化为政府和私营行业的支出。

无论数据中心的运营效率有多高，在增加能耗的同时扩展数据中心无论在经济上还是在环境上都是不可持续的。能量可以用于太空中的数据处理，而不是通过微波或激光将能量传输到地面。从太空传输兆兆字节和千兆字节要比千兆瓦容易得多。像人工智能这样耗电的应用程序可以很容易地转移到太空，因为它们中的大多数都能容忍延迟。

最终，小行星和月球将成为人类作为太空物种的主要开采省份。稀有贵金属、建筑材料甚至风化石料都将用于建设新的空间经济、空间产业化和空间居住地。但是，从月球或小行星上开采的第一个资源将是水--它将是未来太空经济的“石油”。

除了可以在小行星和其他天体上找到水之外，提取水也相当容易。你只需要加热就可以融化冰或从水合物中提取水。水可以在没有低温系统(如液氧或氢气)的情况下轻松储存，也不需要高压储罐(如惰性气体--离子发动机的推进剂)。

同时，水是不同推进技术的独特推进剂。它可以在电热火箭发动机(如Momentus的微波电热发动机)中作为水使用，也可以在化学火箭发动机中分离为氢和氧。

太空运输成本的降低可以使太空成为人类新的产业带。微重力可以支持为光纤等陆地应用创造新的材料，而不会出现在强大重力场中生产过程中不可避免地出现的微小缺陷。这些缺陷增加了信号损耗，并导致透射光的大幅衰减。此外，微重力还可以用于未来的太空经济，用于建造发电的巨型建筑，为游客建造太空酒店，并最终建造人类栖息地。在太空中，你可以很容易地拥有在地球上不可能实现的真空。这种真空对于像晶体、晶片和全新材料这样的超纯材料的生产将是极其有价值的。当主要原材料来源不是地球，而是小行星或月球，而主要消费者是太空工业时，太空制造的统治将开始。

太空运输的中断带来的未来市场机会是巨大的。即使没有太空旅游，太空栖息地在10-15年内也将是一个几乎2万亿美元的市场。毫无疑问，这将导致一场太空淘金热，推动人类文明的世代发展。

我在苏联最后几年读高中。苏联经济正在崩溃，我们的房子里没有卫生设施，而且经常没有电。在那些漆黑的夜晚，我在煤油灯的灯光下学习物理和数学书。我们有一个很好的社区图书馆，我可以从新西伯利亚或莫斯科等大城市的大型图书馆订购书籍和杂志。这是我通向世界的窗口。真是太棒了。

我在读旅行者号飞船的飞行和太阳系的探索，我在思考我的未来。就在那时，我意识到我既热爱科学又擅长数学，于是我决定成为一名太空工程师。早在1993年，在接受当地一家报纸的采访时，我告诉记者，“我想研究先进的推进技术。我梦想着未来，在那里我可以成为太空探索的一部分，甚至可能飞向火星…。.“