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我们从十年的商业太空旅行中学到了什么
这是SpaceX猛禽号引擎的首次试射。信贷:SpaceX

在许多行业,10年的时间不足以引起戏剧性的变化,除非出现一些颠覆性的东西——新技术、商业模式或服务设计。航天工业最近享受到了这三个好处。

但10年前,这些创新没有一个是可以保证的。事实上,在2008年9月28日整个公司都在看着他们的旗舰产品在三次失败后尝试最终发布。由于现金不足,这是最后一枪。在21000公斤煤油和液氧点火并为发射台的两个助推器级提供动力。

1957年10月4日,苏联将第一颗人造卫星Sputnik I送入轨道,太空时代由此开始。

太空时代始于苏联
联盟发射了第一颗人造卫星Sputnik I
这颗人造卫星于10月10日进入轨道。
4、1957。来源:美国空军

当猎鹰1号火箭成功进入轨道,并与美国宇航局(NASA)签订后续合同时,SpaceX度过了“创业低谷”。这一里程碑——第一个私人开发的进入轨道的液体燃料火箭——点燃了一个新的航天工业,正在改变我们的世界,在这个星球上和更远的地方。在这期间发生了什么,这意味着什么?

当科学家们忙于开发新技术来解决太空中无数的技术问题时,另一部分研究人员,包括我自己,正在研究这个新兴产业所面临的商业角度和运营问题。在最近的一篇论文中,我的同事克里斯托弗·唐调查企业需要回答的问题,以创建一个可持续的太空产业,使人类有可能建立地外基地,采矿小行星和扩大太空旅行——所有这些政府在资助太空企业方面所扮演的角色越来越小。我们相信,这些商业解决方案可能掌握着开启银河系的不那么光鲜的钥匙。

新的全球航天产业

1957年,苏联发射了Sputnik计划,将一颗卫星送入轨道。在国际竞争和冷战恐惧的推动下,他们开启了一场太空竞赛。苏联和美国发挥了主要作用,创造了一系列的“第一”。太空竞赛的第一章以尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林历史性的阿波罗11号登月而达到高潮这需要大量的公共投资254亿美元相当于今天的2000亿美元。

竞争是太空历史早期的特征。最终,这演变成了合作,国际空间站就是一个典型的例子,因为各国政府朝着共同的目标努力。现在,我们已经进入了一个新的阶段——开放——在私营商业公司的引领下。

航天器和卫星发射行业正变得越来越商业化,部分原因是政府预算的缩减。根据投资公司的一份报告天使的空间在美国,去年有120家风险投资公司向私人太空企业投资超过39亿美元。太空工业也正在变得全球化,不再由冷战时期的对手美国和苏联主导。

2018年到目前为止,有72轨道发射从中国、俄罗斯、印度、日本、法属几内亚、新西兰和美国的发射台,平均每周发射两枚

在过去的十年里,实际的火箭轨道发射和宇宙飞船发射(包括从太空发射的卫星和探测器)的增加与这种开放相一致。

与以往任何时候相比,越来越多的政府、公司甚至业余爱好者参与到各种航天器发射中来。随着更多实体的参与,创新蓬勃发展。罗伯逊在书中写道Digital Trends私人、商业太空飞行。甚至月球探索、采矿和殖民——这些突然都摆在了桌面上,使得今天的太空竞赛比过去几年感觉的更加重要。”

世界各地发射到太空。轨道发射包括从地球发射进入轨道飞行的载人和无人飞船。宇宙飞船发射包括从地球或太空发射的所有运载工具,如宇宙飞船、卫星和探测器。

世界各地发射到太空。轨道
发射包括载人发射和无人发射
发射进入轨道飞行的宇宙飞船
从地球。飞船发射包括
所有的交通工具,比如宇宙飞船,
卫星和探测器从
地球或空间。资料来源:Wooten, J.和C. Tang (2018), CC BY-ND

人们可以从新闻中清楚地看到这种活力。9月21日,日本宣布其两艘名为Minerva-II-1的无人探测器成功发射降落在一颗遥远的小行星上。从这个角度来看,这次着陆的规模类似于从20,000公里外击中一个6厘米的目标。今年早些时候,世界各地的人们都怀着敬畏的心情看着SpaceX的猎鹰重型火箭成功发射更令人印象深刻的是,它的两个助推器像一场史诗般的同步芭蕾舞般回到了着陆台上。

挑战和机遇

在资本、公司和知识的增长中,研究人员和实践者都必须弄清楚实体应该如何管理他们的日常操作,组织他们的供应链和发展可持续的太空操作。这很复杂障碍空间构成:距离、重力、恶劣环境和信息匮乏。

最大的挑战之一是在太空中得到人们想要的东西。制造地球上的所有东西,然后用火箭发射,既昂贵又受限。一家名为在空间正在采取一种不同的方法,在国际空间站上保留增材制造设施,并在太空中使用3D打印技术。船员的工具、备件和医疗设备都可以按需创建。其好处包括空间站更灵活和更好的库存管理。此外,某些产品在太空中比在地球上生产得更好,比如纯光纤。

企业应该如何确定太空制造的价值?应该在哪里建设产能,以及如何扩大产能?下图分解了地球和空间之间货物的来源和目的地,并将产品划分为象限。人类已经掌握了左下象限,在地球上制造-在地球上使用。从这里开始顺时针移动,每一个象限都引入了新的挑战,而对于这些挑战,我们拥有的专业知识越来越少。

一个地球-空间运作的框架。

一个地球-空间运作的框架。资料来源:Wooten, J.和C. Tang (2018), CC BY-ND

我第一次对这个特别的问题感兴趣是在听一组机器人专家讨论在火星上(在我们的第三象限)建立殖民地时。你不能在地球上建造建筑,然后轻易地把它们送到火星上,所以你必须在那里制造。但将人类建筑者置于这种极端环境中同样成问题。从本质上说,可能需要一种使用机器人和自动化的全新生产模式。

在太空资源

你可能想知道太空制造所需的材料从哪里来,但实际上有丰富的资源:用于制造的金属可以在小行星中找到,用于火箭燃料的水在行星和卫星上被冻结成冰,而作为能源的氦-3等稀有元素深藏在月球的地壳中。如果我们把这种同位素带回地球,我们就可以消除我们对化石燃料的依赖

最近Minerva-II-1小行星的着陆表明,人们正在获取定位和导航这些物质的技术知识。但提取和运输是悬而未决的问题。

这些案例如何改变太空产业的经济?了,这样的公司行星资源,月球快递,深太空产业,Asterank正在组织解决这些机会。学者们已经开始勾勒如何解决产权、剥削和合作等问题

来自太空垃圾的威胁

这是目前正在跟踪的地球轨道上物体的计算机生成图像。图中大约95%的物体是轨道碎片,而不是正常运行的卫星。这些点表示每个项目的当前位置。这些点是按比例放大的,以增加它们的能见度,而不是按比例对地球。

中物体的计算机生成图像
地球的轨道
跟踪。大约95%的
图中的物体是轨道物体
碎片-不是功能卫星。
这些点表示当前位置
每一项。这些点被放大到
增加他们的知名度,而不是
按比例缩小的地球。来源:美国国家航空航天局

电影《地心引力》以一颗俄罗斯卫星爆炸开场,碎片击中航天飞机、哈勃望远镜和国际空间站的一部分,引发了一连串的破坏反应。这个序列,虽然不像写的那样完全可信,但却是一个非常真实的现象。事实上,2013年,一颗俄罗斯卫星被2007年爆炸的一颗中国卫星的碎片击中后解体。被称为凯斯勒效应,来自50多万块太空碎片的危险已经在公共政策领域引起了一些关注。我们应该如何预防、减少或减轻这种风险?量化航天工业对环境的影响并解决可持续运作问题还有待时日。

接下来是什么?

的确,太空正在变成另一个做生意的地方。有一些公司会处理将你预定的太空舱送入火箭的后勤问题;有些公司将把这些火箭发射到国际空间站;还有其他的可以在那里制造替换部件。

接下来会发生什么?从某种意义上说,这是每个人的猜测,但所有迹象都表明这个新行业正在向前发展。一项新的突破可能会改变速度,但方向似乎已经确定:探索离家更远的地方,无论是月球、小行星还是火星。很难相信10年前,SpaceX的发射还没有取得成功。今天,一个充满活力的私营部门由数十家公司组成,从事从商业航天器和火箭推进到太空采矿和食品生产的各种业务。下一步是努力巩固业务实践,使行业成熟。

站在匹兹堡大学的一个大厅里作为白宫前沿会议,我看到了未来。我头上戴着最先进的虚拟现实眼镜。我在看火星的表面。每个细节都是直接和清晰的。这不仅仅是一个电子游戏或漫无目的的练习。科学界在这方面投入了大量资源,因为探索是在信息之前进行的。谁知道呢,也许10年后,会有人站在火星的实际表面。谈话

乔尔Wooten他是南卡罗来纳大学管理科学的助理教授。这篇文章是最初发表在The Conversation上。/ p >

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