[论文解读] The Use of Extraterrestrial Resources to Facilitate Space Science and Exploration

Ian Crawford, Martin Elvis+1 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2016

Space exploration and regulation参考文献 7被引用 7

一句话总结

本文主张，利用地外资源——如月球和小行星上的水冰——可大幅降低发射成本，并实现可持续的、大规模的空间科学与探索。通过原位资源利用（ISRU），深空望远镜任务、外行星采样返回任务以及月球/火星栖息地等成为更具可行性与经济性的选择，推动空间基础设施从依赖地球转向基于空间的模式。

ABSTRACT

To-date, all human economic activity has depended on the resources of a single planet, and it has long been recognized that developments in space exploration could in principle open our closed planetary economy to external resources of energy and raw materials. Recently, there has been renewed interest in these possibilities, with several private companies established with the stated aim of exploiting extraterrestrial resources. Space science and exploration are among the potential beneficiaries of space resources because their use may permit the construction and operation of scientific facilities in space that will be unaffordable if all the required material and energy resources have to be lifted out of Earth's gravity. Examples may include the next generation of large space telescopes, sample return missions to the outer Solar System, and human research stations on the Moon and Mars. These potential scientific benefits of extraterrestrial resource utilisation were the topic of a Royal Astronomical Society specialist discussion meeting held on 8 April 2016 and summarised here.

研究动机与目标

• 评估利用地外资源开展空间任务的科学与经济效益。
• 解决为深空探索从地球发射所有材料所面临的高昂成本与后勤挑战。
• 研究ISRU如何支持在月球与火星上长期驻留的人类活动。
• 评估利用地外材料构建大规模空间科学设施的可行性。
• 总结皇家天文学会关于空间资源利用专题讨论会的关键发现。

提出的方法

• 分析依赖原位资源利用（ISRU）生产推进剂、生命支持系统与建筑材料的任务架构。
• 回顾当前及计划中的空间任务，这些任务可能受益于ISRU，包括大型空间望远镜与采样返回任务。
• 评估在月球与小行星上提取与加工水冰与风化层的技术与经济可行性。
• 探讨私营航天企业在推进资源利用技术方面的作用。
• 综合专家会议关于空间资源科学应用的见解。
• 强调通过利用地外资源减少对地球发射依赖的重要性，以实现雄心勃勃的空间科学目标。

实验结果

研究问题

• RQ1 原位资源利用如何降低深空任务所需材料的发射成本与质量？
• RQ2 哪些类型的地外资源最适于支持月球与火星上的长期人类探索？
• RQ3 如何利用本地材料而非地球发射的组件来构建空间基础设施？
• RQ4 在可获取地外资源的前提下，哪些科学任务——如大型望远镜或采样返回——变得可行？
• RQ5 私营企业与航天机构如何合作以推进ISRU技术的发展？

主要发现

• 利用月球与小行星上的水冰可实现推进剂的原位生产，显著降低任务质量与成本。
• 当建筑材料与燃料源自空间而非地球时，大型空间望远镜与外行星采样返回任务将变得更加经济可行。
• 月球与火星上的人类科研站可通过原位资源利用实现生命支持与栖息地建设的持续供给。
• 从依赖地球的资源模式转向基于空间的资源利用，或将开启可持续空间科学与探索的新时代。
• 私营企业正成为推动地外资源利用所需技术发展的关键力量。
• 皇家天文学会会议得出结论：ISRU不仅在技术上可行，更是未来空间科学与探索的必要条件。