算算經濟賬：20年可省3000億美元

文/遲惑

小行星采水設想的根本目的，是降低空間飛行的成本，讓星際探測乃至太空經濟更加現實可行。那么這到底能不能行得通?因此，報告在描述技術方案之后，給出了關于經濟效益的分析。分析以NASA的太空探索路線圖為基礎，計算利用近地小行星資源來為NASA未來20多年載人探索任務服務的費用，并把它與一切依賴地球資源的任務模式費用相比較。研究的目的是證明，利用報告中設想的手段，可以建立一種可以自我持續的、可重復使用的、無人或載人空間任務手段。

而具體的任務場景，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，也包括初始設計、研發、試驗和評審（DDT&E）費用的評估，以及對上述場景中重復性單元費用、替換費用、發射費用的評估。評估考慮了這樣4種選擇中的研發和運行變量：

20年周期內支持所有任務的費用評估對比

從地球提供補給的NASA日常業務（無小行星資源利用）

從地球提供補給的商業最優方法（無小行星資源利用）

利用小行星資源的NASA日常業務（有小行星資源利用）

▲ “蜜蜂”和“迷你蜜蜂”驗證機

▲ 深空探測系統組成

利用小行星資源的商業最優方法（有小行星資源利用）

所謂的商業最優方法，是根據太空探索技術公司和藍色起源公司已經提供的業務和服務來計算的。這兩個商業企業的實踐已經證明，成功的商家可以按照遠低于NASA傳統研發的價格來提供飛行器。但研究結果顯示，即使能節省這么多費用，如果不采用小行星資源，商業最優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，配合商業最優方法，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行。如果NASA能夠承擔有關技術和設施的前期費用，并且投入合理的資金來使用這些技術和設施，再結合一些商業風險投資的進入，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濟的途徑就可以延續下去，創造出可以自我持續發展的空間資源開發利用經濟循環，可以在20年內獲得超過20%的利潤。

當小行星資源開采技術成熟后，還可以完全商業化，部署更多的“蜜蜂”、“工蜂”和軌道存儲設施，為商業航天服務。在這個過程中，還會不斷引入更新的技術和設計方法，航天器產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的經濟效益和經濟規模，為迅速成長的太空旅游業提供更多商業支持，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模，為月球殖民、火星殖民創造條件。

計算結果

經過復雜的運算，團隊得到了這樣一個結論：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射次數多一倍，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從地球獲得相當多數量的推進劑，而“方斯”是最后一個發射到月球軌道前哨站的，因此小行星資源利用方式的多數收益要在10年長度的任務中才能得到體現。

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射次數多50%，還需要發射重型運載火箭，采用更多級數來提供足夠的推進劑。而一般來說，發射到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射次數多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），前往低軌道的發射次數多10倍。

▲ 可重復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衛星運輸來說，是否采用小行星資源利用的發射次數相等，前往地球同步軌道的費用是前往低軌道的4倍，其中包括發射足夠數量的“工蜂”和可重復使用航天器。不采用小行星資源的方法，其發射費用要高出50%～100%。

最終，這些分析展現了一個高營業額商業模式的基礎，可以刺激政府公私合營模式（PPP）的出現。這種商業基礎的前20年中，可以從NASA獲得其三分之二的營業收入（通過向NASA提供服務以支持探索目標），從其他純粹的商業來源中獲得另外三分之一的營業收入。小行星本地資源利用，加上新興的商業最優方法，將提供一個堅實的基礎，成為通向負擔得起的載人空間探索和空間商業化、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和任務次序都可以修改，但總體方法是穩定的，技術假設也是相對保守的。言外之意，實際的經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勢。利用APIS架構可以顯著降低對火箭及其上面級的枚數和大小需求，并降低相關開支。這還免去了在地球上運輸和存儲相應數量推進劑的需要（約25000噸）。相應地，在20年時間內節省的費用超過3000億美元。

人們都知道，在當前預算規模下（2017年大約為200億美元），NASA是負擔不起自己深空載人探索構想的。因此，報告強烈推薦NASA實現所謂的“基礎性改變”，一方面設法從私營部門獲得投資來實現高效費比研發的最優方法；另一方面，要在所有超越低地球軌道的空間運輸任務中利用小行星資源。

雖然NASA報告中的許多東西還都是設想，但可以發現，其中多數技術并不是遙不可及的，而是用現有工藝、材料就能實現的。其中真正缺少的，是巨額的資金。美國已經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，可能就取決于今后幾年的進展和政策走向了。