未来若隐若现 您对太空制造和维护经济了解多少?

太空工厂已成为满足人类建立太空殖民地计划要求的必需品(Shutterstock)

或许“太空工厂”这个词听起来像是一部荒诞的科幻小说,有些人认为,至少在可预见的未来不会实现,但值得记住的是,航天器登陆火星,并将哈勃和韦伯等超高分辨率太空望远镜发射到地球周围的遥远轨道,直到最近几十年,这还是一种奢侈的幻想和无法实现的野心。

未来几年将充满许多即将到来的重大太空项目,例如从现在开始准备的人类重返月球表面的旅程,计划在其表面建立永久性空间站,对提供太空旅行的不懈追求,以及著名的亿万富翁埃隆·马斯克在火星上建立殖民地的梦想。

近 400 家公司和初创企业计划提供围绕太空经济运行的产品或服务(空中客车公司)

太空工厂是必需品

所有这些都必然需要在太空中存在维护、维修和加油站,而不是在昂贵和危险的旅行中发送带有所需设备和装置的火箭,即使其成本在发明多用途火箭后已经开始下降。

根据研究人员、太空定居点和太空工厂专家、太空工厂网站官方埃里克·科洛(Eric Colo)的说法,他2021 年 10 月在阿联酋迪拜举行的第 72 届国际宇航大会上提交了题为“2021年的太空经济:商业实体的统计概览和分类”研究论文,并在论文中谈及,太空制造的新兴领域包括卫星维护、地对空货运车、轨道间运输工具、商业空间站、天基制造、商业着陆器等等。

太空制造网站监控了在新兴太空经济和半重力制造中运营的商业实体的最大电子数据库,近 400 家公司和初创企业打算提供围绕太空经济运行的产品或服务。

4 月,白宫在太空政策顾问 Eizen Ozu Okoro 的监督下启动了一项开发这些技术的国家战略,题为“空间维护、组装和制造国家战略”,这位顾问是机器人组装专家,此前曾在美国航天局(NASA)工作。

纯空间经济规模的实际价值远低于大多数估计 (社交网站)

空间经济规模

大多数对太空经济规模的估计似乎都有些夸大了,根据太空基金会的发布的航天报告,2020年全球航天经济规模达4470亿美元,其中商业收入约占80%。

与此同时,Euroconsult 估计,全球太空经济价值 3850 亿美元,其中 3150 亿美元是商业收入,但其他更现实的估计太空经济为 2920 亿美元。

大多数估计在 3000亿到 4500 亿美元之间,包括政府预算(主要是美国、欧洲国家、日本、中国和俄罗斯的预算),其中包括地球卫星、卫星电视广播设备和 GPS 接收器的制造和发射成本。

根据 Bryce Tech 的分析,太空经济包括制造卫星(122 亿美元)和运载火箭(53 亿美元),Euroconsult 估计,仅商业太空服务(不包括任何地面运营)的收入为 90 亿美元,其中设备制造为 40 亿美元,发射服务为 17 亿美元,地面设备为 30 亿美元。

纯太空经济的真正价值远低于大多数人的估计,并且由于机器人技术的发展以及向太空发射火箭的成本下降,其大部分应用和领域直到最近才开始出现。

预计未来将比当前成本低10到100倍,地球污染和气候变化的增加,导致人类寻求无污染且不受气候变化干扰的制造环境,太空定居呈增长趋势,此外,出现了希望对太空公司和制造项目进行长期投资的一代投资者。

卫星维护和修复

在一个火箭发射很少见的世界里,卫星的设计寿命为几十年,然后才会被处置和销毁,但随着火箭发射技术的发展,新的火箭制造商让太空旅行变得更加容易,已经绕地球运行的卫星变得更加重要,那么,如此轻易地放弃这些卫星变得不合逻辑。

如果它可以加油、翻新或回收呢?如果这些工作所需的工具也使更雄心勃勃和利润丰厚的轨道项目成为可能呢?与其在新卫星上花费 2 亿美元,不如通过开发现有卫星的优势或更换其中的一些组件来延长现有卫星在太空中的寿命和运行。

因此,维护和修复旧卫星的活动和操作,而不是放弃它们,已成为太空制造中最著名的领域,因此,美国宇航局正计划在太空进行第一次航天器加油飞行,太空航空公司“诺斯罗普·格鲁曼” 早些时候成功地进行了两次飞行,以延长一些卫星的寿命,很快它将使用新的太空机器人大规模地完成这项任务。

卫星维护是太空制造和组装技术的首要目标,因为它明显增加了价值,而且有很多人愿意为这项服务付费,总部位于日本东京的 Astroscale公司去年成功发射了一项测试任务,展示了使用其航天器搜寻故障或损坏的卫星并处理这些卫星的能力。

这就是它获得了 1540 万美元投资来发射更大版本航天器的原因,该航天器专门用于清除空间碎片,用于维修或处理太空卫星的相同技术,也适用于建造更大的地球轨道卫星、望远镜或空间站。

制造卫星和航天器的备件

如果卫星因简单、易于制造的备件而损坏,或一系列实验因使用的设备而中断,这将导致巨大的损失,而通过在地球周围建立太空制造车间可以避免这些损失,也许只是3D 打印机,这些工作间节省了时间和成本,而不是等待下一个货运火箭从地面发送所需的设备。

将材料、用品和设备从地球发送到太空的成本,无论是卫星、计算机还是简单的扳手,成本约为每公斤 5000 美元,在地球周围拥有制造工厂或 3D 打印机将降低制造和生产成本,降低将设计通过电子邮件从地球发送到太空的成本。

可以将 3D 打印机的功能和能力发展到能够从头开始制造望远镜或卫星的水平,空间组装和建造的一个主要目标是能够建造比火箭舱容量更大的望远镜和卫星。

去年12月发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜,科学家们不得不折叠巨大的镜子,增加了风险和难度。您可以想象,如果这面镜子的一部分没有按预期展开,或者卡在中间,或者折叠和伸展齿轮出现故障,如果空间组装机器人得到发展,人类将能够建造比“韦伯”天文台更强大、成本更低的天文台,无需发射火箭或与火箭装载舱容量成比例的复杂设计。

空中客车公司

明年,即 2023 年,国际空间站将迎来一位新客人,金属3D打印技术,它由空中客车公司制造,受欧洲航天局委托,代表了最新的制造技术,它使用金属而不是塑料作为原材料,并在 1200 摄氏度的温度下熔化金属,以生产辐射防护罩或与绕地球运行相关的不完善的工具或设备。

金属3D打印机的未来版本将能够使用从退役卫星回收的材料或部件,在当前 21 世纪的第三个十年末,3D 打印机将成为在月球上建立人类住区的支柱之一,它将有助于在月球和火星上打印月球模块或人类居住地的结构。

太空制造技术降低了制造一些昂贵商品的成本,对宇航员的依赖、昂贵的设施和发射火箭,使这些商品非常昂贵,因此,更便宜的独立工厂或机器人的存在将改变该领域的竞争规则和机制,这些公司致力于制造独特、高质量、高效率的产品和商品,吸引力几乎为零,例如制造光纤电缆或新药。

来源 : 电子网站