中國航天、經濟新目標:本世紀中葉建成地月空間經濟區

中國航天、經濟新目標:本世紀中葉建成地月空間經濟區

(月球是一個資源寶庫)

任何一個國家的發展,經濟都是最重要的基礎,而在經濟發展中,資源的價值也是非常巨大的。以中東石油富國為例,藉助巨量的石油儲備,中東石油富國就可以坐享富裕優越的生活。而在中東式的純資源開發出口創匯思路之外,藉助資源開發應用實現國家經濟尤其是工業的發展也是一個更好的長遠健康發展戰略。受此影響,作為正在快速發展中的大國,中國在沒有太多的自然資源可以保障經濟發展的情況下,為了經濟的持續發展,中國就已經將目標鎖定月球資源。

在近日,中國航天科技集團就對外公開了一份關於月球資源開發,地月空間開發的報告,報告中表示"我國要開展高可靠、低成本、航班化的進出空間運輸系統研究,力爭在2030年完成基礎問題研究,突破關鍵技術;2040年建成高可靠、低成本、航班化的航天運輸系統;到本世紀中葉,建成地月空間經濟區"。而藉助我國目前正在快速發展的空間技術,我國一旦在全世界率先實現月球資源開採,率先建立地月空間經濟區,我國的經濟可持續發展戰略也將進入全新的高度,我國的經濟和工業發展也將更加快速,並形成新的可持續增長點。

中國航天、經濟新目標:本世紀中葉建成地月空間經濟區

(美國登月的目的之一也是為了資源)

太空和月球是一個資源寶庫,開發應用月球資源、甚至其他星球資源是很多航天強國的夢想,爭奪不可避免

人類的發展歷史實際上就是一部開發應用地球資源的歷史,現今的眾多高科技產品,甚至和人類生活息息相關的生活用品的生產,都需要藉助地球資源的開發和應用。但是,在人類大規模開發應用地球資源的同時,地球資源也在快速減少,而若想繼續保持人類的發展,就必須尋找到新的資源。

而且,對於很多國家來說,想要實現經濟的更健康持續發展,也需要不斷尋找新的增長點,而為此,早在上世紀六七十年代,在火箭技術成熟以後,人類就開始將目光轉向資源豐富、且尚未開發的外太空,距離地球最近的月球就率先進入人類的視野。美國當年的登月計劃,除了和前蘇聯爭霸、提升科技水平的目的之外,尋找、研究並開發外太空資源就是重要目的。而在滿足人類對資源的需求方面,月球也確實有很大潛力。

根據公開的數據,月球上的資源非常豐富,月殼的組成元素就包括鈾、釷、鉀、氧、硅、鎂、鐵、鈦、鈣、鋁 和氫等。月球上的岩石主要就有富含鐵、鈦資源的月海玄武岩;富含鉀、稀土和磷等資源的斜長巖;以及由0.1~1毫米的岩屑顆粒組成的角礫岩。

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(想要進行月球資源開發,土星五號那樣的火箭性能是不夠的)

以鐵元素為例,"僅月面表層5釐米厚的沙土就含有上億噸鐵,而整個月球表面平均有10米厚的沙土。月球表層的鐵不僅異常豐富,而且便於開採和冶煉。同時,月球岩石中還含有地球中全部元素和60種左右的礦物,其中6種礦物是地球沒有的",而在這些所有的元素和資源中,氦3就被視為最有價值的資源之一。

月球上儲量豐富的氦3資源是核聚變反應堆的理想原料之一,藉助氦3和氘元素進行的熱核反應研發的核聚變反應堆只會產生沒有放射性的質子,在使用氦3進行核聚變反應時,核聚變反應堆不但不會產生輻射,同時不會為環境帶來危害。而且,根據相關的研究,氦3資源還是人類未來宇宙航行器的理想動力能源。只是,在地球上,氦3元素雖然也有一定的存在。但是,因為地球上的氦3儲量並不是很多,甚至堪稱稀少,因此根本無法大量開採利用、並用作人類新的能源。

而公開的數據顯示,月球上的氦3含量預計就有約100萬噸以上,而根據人類已知的氦3資源應用潛力,100噸氦3就能提供全世界使用一年的能源總量。

因此來說,月球的資源開發對人類還是有很大吸引力的,月球的資源開發,既可以保障人類生存發展的基本能源和資源需求,還可以幫助相關國家實現更高水平的經濟發展,受此影響,月球資源的爭奪在未來也不可避免。而對此,世界航天強國,唯一將人類送上月球的美國都非常清楚,作為新興的航天強國,中國自然也清楚這一點。

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(為了到月球"挖礦"美國已經開啟土星五號繼任項目,即太空發射系統SLS,圖為SLS項目計劃使用的RS25氫氧發動機)

而且,根據1979年12月5日,聯合國大會通過的《月球協定》,"月球及其自然資源是全人類的共同財產",只要有能力,任何國家都可以去開發。但是,參照各個國家以往的行事風格,尤其是近現代歷史上大國的"做事方法"。一旦月球資源開發進入實際應用階段,近現代歷史上"先佔先得""插旗即擁有""跑馬圈地"的現象必然會在月球重演。也就是說,最先進行實際月球開發的國家,必然會在月球資源未來歸屬權爭奪中擁有更大的決定權,一旦失去先機,很多國家即便最終登上月球,所獲得的資源利益也不會太多。而為此,航天大國強國就需要搶先進行月球開發。

只是,想要進行月球資源開發,相關的技術難度也是不小的,而對此,中國航天企業前文提到的報告中就進行了透徹的分析,並拿出技術方案。

中國地月空間經濟區由三大體系組成,即航班化地月空間運輸體系、空間資源探測與開發體系、空間基礎設施體系

根據前文提到的中國航天企業報告提到的規劃內容,中國的"地月空間經濟區的範圍主要集中在近地空間、月球引力空間和地月轉移空間,其業態包括基礎產業、應用產業、開發與利用產業、拓展產業,將由航班化地月空間運輸體系、空間資源探測與開發體系、空間基礎設施體系三大體系組成"。

中國航天、經濟新目標:本世紀中葉建成地月空間經濟區

(世界運載能力最強記錄保持者,前蘇聯的能源號火箭的運載能力在地月開發中都算小)

而由這個規劃思路也可以看出,中國的地月空間經濟區是一個全面的經濟發展計劃,基本都是圍繞月球資源開發應用展開,涵蓋範圍包括月球資源開發必須的月球基礎設施建設,月球資源探查,經濟的月球資源到地球運輸通道建設。而這其中,經濟的月球資源到地球運輸通道,也就是"航班化地月空間運輸體系"實現難度最大。

中國地月空間經濟區三大組成體系中,空間資源探測與開發體系、空間基礎設施體系都已經可以實現。月球資源探查完全可以依靠月球軌道部署月球資源衛星、和月球無人車實際探查來完成,美國在登月高峰期已經進行了類似的活動。而在空間基礎設施體系方面,也就是在月球建立人類活動場所的可能,國內外相關的專家已經拿出可行的方案,目前只待驗證而已。而和這兩大體系相比,"航班化地月空間運輸體系"難度要大很多。

人類目前登陸月球的方式只有重型火箭系統,美國冷戰時期的登月行動就是依靠土星五號火箭完成的。但是,即便龐大如土星五號,實際到達月球的載荷也是非常有限的。

中國航天、經濟新目標:本世紀中葉建成地月空間經濟區

(地月開發必須要有可重複使用火箭,美國SpaceX公司就開發了猛禽液氧甲烷發動機,圖為我國藍箭航天開發的天鵲液氧甲烷發動機)

土星五號總推力達到3400噸,起飛重量也超過3000噸,但是,這其中的絕大部分重量都只能分配給"無用"的燃料。土星五號第一級總重有2300噸,燃料以外的重量只有131噸,第二級總重480噸,燃料以外的重量只有36噸,第三級總重120.8噸,燃料以外的重量也只有10噸。而在燃料佔據如此多重量的情況下,土星五號的月球軌道載荷也只能做到45噸的水平,能從月球帶到地球的物資重量就更低了。可是,土星五號和美國的阿波羅登月項目的成本卻異常巨大。

根據相關的資料,美國阿波羅計劃總耗資在當時就達到幾百億美元,1964年-1973年間,美國為土星五號撥付的資金也超過60億美元,而美國的登月行動最終停止,資金就是重要原因。而由此也可以看出,想要進行月球資源開發,想要讓月球資源開發可持續,"航班化地月空間運輸體系"是最重要的、絕對不能缺少的基礎。

幸運的是,隨著航天科技的發展,"航班化地月空間運輸體系"也越來越接近實現,中美競相發展的可重複火箭就是建設這個體系的重要基礎之一。而藉此,中國完成"本世紀中葉建成地月空間經濟區"的夢想也不是沒有可能。


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