太空資源開采及天基制造行業(yè)研究報告

1、星繪太空資源開采及天基制造行業(yè)研究報告2前言逍遙游是我國道家大宗師，戰(zhàn)國時期的哲學(xué)家、思想家莊周的代表作，此文主題是表現(xiàn)出一種 絕對自由的人生觀。所謂朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋，想要獲得絕對的自由，需要有垂天之云一般的 羽翼，若泰山一般的膀背。而這種思想，亦是當(dāng)今航天產(chǎn)業(yè)最頂端以深空探測、行星探測為代表的真實 寫照。在普通人眼里，火箭升空的瞬間，衛(wèi)星翱翔的瞬間，還有人類登陸月球的瞬間，才是最符合群眾期 待的航天。但實際上，航天是傾國之力甚至傾世界之力，才能取得成就的龐大產(chǎn)業(yè)。它不但是一項非常 龐大的系統(tǒng)工程，也在商業(yè)上擁有自己獨特的規(guī)律。民眾所看到的高光時刻，不過是這些系統(tǒng)工程配合 的自然結(jié)果

2、。每一個航天成就的達成，都是一系列細小的階段性試驗組合在一起推動的。這種工程系統(tǒng)的細致程 度超乎普通民眾的想象，以至于民眾面對這件事時最直接的反應(yīng)，就已經(jīng)跳過或涵蓋了很多高難度的航 天任務(wù)，可以說航天產(chǎn)業(yè)目標(biāo)遠大，但達到這個目標(biāo)的每一步都謹小慎微。在當(dāng)今商業(yè)航天的火熱程度引領(lǐng)下，我們預(yù)計未來航天產(chǎn)業(yè)會有“繕、探、移”三個不同階段，每一個階段都可以帶動一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，按照這種航天思維來思考，未來十年航天產(chǎn)業(yè)是最具投資價值 的優(yōu)質(zhì)賽道，在理解航天規(guī)律的基礎(chǔ)上，亦能帶來巨大的商業(yè)和投資回報。3朝菌：太空的資源和意義1冥靈：天基生態(tài)的三步走2大椿：行星探測的意義和技術(shù)要點3鯤鵬：現(xiàn)階段商業(yè)航天投資邏

3、輯梳理4目錄新世界由羅伯特戈達德起始， 到二戰(zhàn)時期德國V2火 箭作為武器應(yīng)用。這一 階段，全球航天產(chǎn)業(yè)經(jīng) 歷了從無到有的過程， 是0的突破。第一階段1899-19451945-1991二戰(zhàn)結(jié)束后，航天技術(shù)與人才 成為各戰(zhàn)勝國爭相爭搶的戰(zhàn)略 資源。冷戰(zhàn)期間，航天成為美 蘇雙方競爭的焦點，也是在這 段時期內(nèi)，人類航天產(chǎn)業(yè)在政 治要素的推動下，完成了載人 航天，探月等輝煌成就。這也 是迄今為止，航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展最 為迅速的時期。第二階段冷戰(zhàn)結(jié)束后，航天不 再是矛盾焦點，許多 有意義的項目因為立 項和資源問題被束之 高閣。人類航天產(chǎn)業(yè) 停滯了。第三階段1991-20152015-至今2015年，Space

4、X成功實現(xiàn)了一級火 箭回收，實現(xiàn)了火箭復(fù)用，創(chuàng)造了人 類航天史上當(dāng)之無愧的第一。受此影 響，SpaceX這家公司商業(yè)和運作上 的成功經(jīng)驗，讓人們開始重新審視航 天的發(fā)展路徑。更重要的是，這激活了全社會對航天 本身意義的思考。也拉開了人類大規(guī) 模探索和應(yīng)用宇宙的序幕。第四階段全球航天產(chǎn)業(yè)進入第四階段1899年10月19日，一個17歲的少年爬上了一棵櫻桃樹，然后靈光一現(xiàn)。他剛剛讀了赫伯特喬治威爾斯的世界大戰(zhàn)， 對于書中火箭可以載著我們探索宇宙的想法感到激動。他想象著，如果能夠造出一個飛到火星并探索這顆紅色星球為使命 的設(shè)備，那該多么美妙。當(dāng)他從樹上爬下來的那一刻，他的生命被徹底改變了。在他生命余下

5、的時間里，他都銘記10月19 日這一天。他的名字是羅伯特戈達德。他不斷完善第一艘液體燃料多級火箭，讓這項改變?nèi)祟悮v史進程的項目運轉(zhuǎn)了起 來這就是人類航天產(chǎn)業(yè)的原點。全球航天產(chǎn)業(yè)的四個發(fā)展階段4在消耗中發(fā)展的文明197119721973197419751976197719781979198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015煤炭（%）天然氣（%）水力（%

6、）核能（%）可再生能源（%）石油（%）注釋：電力來源是指用于發(fā)電的投入。核能發(fā)電是指由核電站生產(chǎn)的電力。石油指原油和成品油。燃氣指天然氣但不包括液化天然氣。煤炭指所有類別的煤及褐煤，既指天然煤（包 括硬煤和柴煤），也指衍生燃料（包括專利燃料、焦?fàn)t焦炭、煤氣焦炭、焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣）。泥煤也包含在此類別中?？稍偕茉床话ㄋΠl(fā)電在內(nèi)的可再生能源發(fā)電包括地 熱、太陽能、潮汐、風(fēng)能、生物量和生物燃料。水力發(fā)電指由水力發(fā)電站生產(chǎn)的電力。來源：國際能源機構(gòu)非經(jīng)合組織國家能源統(tǒng)計與平衡、經(jīng)合組織國家能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)和經(jīng)合組織國家能源的平衡。5切爾諾貝利改寫了人類能源進程19世紀50年代，熱力學(xué)第一定律被多位

7、物理學(xué)家驗證，它的發(fā)現(xiàn)為人類重新審視文明發(fā)展道路奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。如今能源 的消耗與文明的進程息息相關(guān)，可以說在過去漫長的人類歷史中，我們的文明發(fā)展是以能源的消耗為代價的。所以在20世 紀70年代，人類尋找永續(xù)能源的需求和欲望，使核能發(fā)電的占比迅速躍升。但1986年卻爾諾貝利的災(zāi)難，讓人類對永續(xù)能 源的追求，在生存安全面前退縮了。自此，核能發(fā)電量占比連年下降，21世紀后，這一占比已低于10%。時至今日，核能 都是一個很有倫理爭議的問題。又經(jīng)歷將近20年的消耗性發(fā)展后，可再生能源的占比得到了顯著提高。這一數(shù)據(jù)在背后反 應(yīng)出的社會思潮是非常深刻的，在極少部分科學(xué)家的視野中，對資源的發(fā)掘和應(yīng)用關(guān)系著人

8、類種族的延續(xù)，而這一問題在 21世紀的今天，將更加尖銳。1971-2015年全球各類發(fā)電基礎(chǔ)能源占總發(fā)電量的比值39.2% 煤炭22.8% 天然氣15.9% 水力8.1% 核能6.8% 可再生能源3.3% 石油6星辰大海的召喚航天產(chǎn)業(yè)對人類生存本身意義重大航天是一個承載了人類崇高理想的行業(yè)，不僅因為它對宇宙的探索，從哲學(xué)層面上就直接影響我們對自身生存意義的思 索。在現(xiàn)實層面上，航天對人類生存空間和生存資源的獲取，對物種的延續(xù)起著至關(guān)重要的作用。正如前文所述，一切能 稱之為資源的東西，在21世紀都面臨著更嚴峻的情況。在地球上，實際上是在任何行星上，重金屬元素礦藏的儲量是有限 的，在循環(huán)利用技術(shù)達

9、到完美狀態(tài)之前，任何一個行星的礦產(chǎn)資源都終將枯竭。從目前探明的儲量和消耗量來看，金、鋅 和鉛這三種重金屬的儲產(chǎn)比不足20。也就是說在20年內(nèi)，除非循環(huán)利用，否則地球上就沒這三類資源可以開采了。而諸如 鎳、銅、錳等工業(yè)生產(chǎn)主要使用的金屬，在未來50年內(nèi)，也將面臨資源枯竭的狀態(tài)。來源：中華人民共和國自然資源部，美國地質(zhì)調(diào)查局，世界金屬統(tǒng)計局。2018年全球主要礦種儲產(chǎn)比1.12009&2018年全球主要礦種勘察新發(fā)現(xiàn)品 位變化石墨磷礦鋰 鉀鹽鋁土礦93.8322.6233.3155.6145.0金（G/T）鋅（%）4.43.84.74.3-13.7%-9.3%鐵礦石 螢石68.053.4鉛（%）2

10、.72.3-13.7%鈷鉻49.347.1 50年內(nèi)枯竭鋰（%）1.9-40.6%錳銅 鎳 鉛 鋅42.240.038.718.917.7 20年內(nèi)枯竭鎳（%）銅（%）1.01.01.00.9-6.9%-10.0%金16.620092018來源：中華人民共和國自然資源部，美國地質(zhì)調(diào)查局，世界金屬統(tǒng)計局。7物種的勇氣31.2%15.2%12.5%7.5%太空資源開采建造可居住的太空站普通人自由往返太空星球改造航天器永續(xù)飛行發(fā)現(xiàn)外星人其它0.4%樣本： N=3009；于2020年3月20日通過iClick網(wǎng)上調(diào)研獲得。新商業(yè)環(huán)境下的宇宙探索冷戰(zhàn)結(jié)束后，航天對國際競爭的重要性驟減，除了政治訴求被大幅

11、削弱以外。以當(dāng)時的視野和技術(shù)實現(xiàn)難度上看，對宇宙 的開發(fā)是一件極其奢侈的事。太空的資源雖然豐富，但要想達到應(yīng)用級別，地球上付出的資源要遠高于得到的。無論是礦 產(chǎn)、能源還是生存空間，在地球上的勘探和獲取要比從太空獲取更經(jīng)濟。并且動蕩時期結(jié)束后，恢復(fù)全球經(jīng)濟秩序的總需 求要高于對太空的探索。諸多要素綜合在一起，航天產(chǎn)業(yè)放緩了腳步。但隨著商業(yè)航天的爆發(fā)，21世紀的商業(yè)環(huán)境給以工業(yè)制造為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來了新的活力，這種活力不僅體現(xiàn)在技術(shù)可 以大規(guī)模實踐在工藝流程中，還體現(xiàn)在商業(yè)模式本身的變革，可以使一個崇高的目的在不考慮投入產(chǎn)出的情況下得到推進。主要目標(biāo)與現(xiàn)金牛業(yè)務(wù)的分開，資本對新產(chǎn)業(yè)的興趣，以及最

12、重要的個人用戶對航天產(chǎn)生了需求的萌芽，這些原因為 人類這一物種探索宇宙，征服太空，注入了新的勇氣。2020年中國網(wǎng)民對未來3-10年內(nèi)航天產(chǎn)業(yè)取得成就的預(yù)期太空資源開采建造可居住的太空站普通人自由往返太空17.0% C端需求16.3% C端需求8朝菌：太空的資源和意義1冥靈：天基生態(tài)的三步走2大椿：行星探測的意義和技術(shù)要點3鯤鵬：現(xiàn)階段商業(yè)航天投資邏輯梳理4目錄“繕、探、移”三步走9在這一階段，全球航天產(chǎn)業(yè)會發(fā)生巨變，具體將作用于兩個大版塊：一個版塊是地面的底層技術(shù)支撐， 過去依靠地面設(shè)備和技術(shù)的產(chǎn)業(yè)， 將得到天基的補充。另一個版塊是當(dāng)前天基產(chǎn)業(yè)本身， 全球太空資產(chǎn)的續(xù)航及維修，太空 環(huán)境的清

13、理和維護，都將是這一階 段的重點。每一步戰(zhàn)略目標(biāo)的達成，都將帶動一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展人類探索宇宙的目標(biāo)是走出地球搖籃，整體上會呈現(xiàn)出從近地到深空，從簡單到復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。所以在不同階段會 經(jīng)歷三個重要時期。分別是以太空資產(chǎn)運維和續(xù)航為主的第一階段“繕”；以地外環(huán)境探索和復(fù)雜應(yīng)用空間為主的第二階 段“探”；以及以星際旅行和移民為主的最終階段“移”。全球航天未來“繕、探、移”的三步走戰(zhàn)略人類在太空的存在和掌控能力已經(jīng)得 到大幅提高，近地空間應(yīng)用逐步完 善。航天整體將向更復(fù)雜利用空間探 索，并為深遠空間的利用作準(zhǔn)備，一 系列的探索發(fā)現(xiàn)，將成為最重要的工 作，包括天文、基礎(chǔ)科學(xué)和航天工業(yè) 本身。由此受

14、益的產(chǎn)業(yè)可能包括：太陽能、繩系發(fā)電系統(tǒng)、太空艙、機械臂、太空望遠鏡、無人探測器以及量化人類指令的人工智能算法在這一階段，在這一階段，是人類大規(guī)模星際移民的階段，基本能 夠?qū)崿F(xiàn)宇宙資源在宇宙環(huán)境完全消化， 這意味著在太空制造的工業(yè)和工藝基礎(chǔ) 已經(jīng)比較完善。航天技術(shù)將主要集中到 類地行星的實質(zhì)探索，土壤分析，和一 系列星球改造和基地建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展。由 此受益的產(chǎn)業(yè)可能包括：深空及月基發(fā)電系統(tǒng)、月球及小天 體礦物研級及開采、宇宙資源的即 時應(yīng)用等RenovateExploreMigrate第一階段：繕第二階段：探第三階段：移5-10年實現(xiàn)8-15年實現(xiàn)15-25年實現(xiàn)未來航天圖景中的龐大產(chǎn)業(yè)鏈10火箭

15、發(fā)射火箭相關(guān)研發(fā)航天是未來5-10年內(nèi)的投資主線天基生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈火箭發(fā)動機衛(wèi)星遙感 衛(wèi)星通信衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星研發(fā)與元件制造芯片、新材料、精密器件等望遠鏡與機械臂宇航3D打印宇航電池繕：需求的起源11全球： 2665顆中國：363顆在軌衛(wèi)星總量214267260219473341505 201320142015201720182019可及且僅限于可及的宇宙地球引力束縛著目前人類能控制的所有物質(zhì)，所以想要實際的探索和利用太空，就必須擺脫這種束縛。需要巨大的能量， 這就對人類使用技術(shù)手段控制能量帶來了空前的挑戰(zhàn)。目前我們對抗地球引力的方法是粗糙且有一定破壞性的，利用化學(xué) 能產(chǎn)生的推力將衛(wèi)星或其它航天器送入

16、太空。實際上所謂的化學(xué)能，就是可燃物的爆炸，對于人類目前的技術(shù)水平來說， 對爆炸這種極短時間內(nèi)釋放能量的物理過程，想要嚴格控制它釋放能量的大小是非常困難的，所以在應(yīng)用層面非常粗糙。 所以對于一發(fā)火箭來說，效率是很低的，通常只能將火箭總重5%質(zhì)量的航天器送入太空。雖然其它能產(chǎn)生更大能量的物 理反應(yīng)在理論上可以將效率提升，但對“爆炸”都尚難控制的技術(shù)來說，控制更巨破壞力的能量釋放過程是不可能的。 以上僅是人類目前將衛(wèi)星送入太空過程中遇到的基礎(chǔ)難點，這只解決了我們在太空中有存在的第一小步，所以宇宙是可及 的。但對宇宙的開發(fā)和利用是一個更加自由且雙向的過程，航天器的返回所面臨的問題更加嚴重，如果將大質(zhì)

17、量的宇宙資 源帶回地球，那恐怕將是一場災(zāi)難。所以當(dāng)下，宇宙僅僅是可及的。所以在人類不斷將航天器送入太空的過程中，不知不 覺的已經(jīng)積累了大量無法回收、無法復(fù)用甚至無法銷毀的太空資產(chǎn)。2013-2019年全球發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量2016全球發(fā)射衛(wèi)星數(shù)（顆）來源：衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會，憂思科學(xué)家聯(lián)盟，公開市場資料，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。繕：需求的起源12中型衛(wèi)星以上級別的衛(wèi)星存在天基運維需求可能性2020年2月26日，美國諾斯羅普格魯曼公司及其全資子公司空間后勤公司在高度為35786公里的軌道上成功完成任務(wù)延壽 飛行器1號(MEV-1)與國際通信衛(wèi)星901 (IS-901)的首次在軌對接，為后者提供壽命延續(xù)航服務(wù)。

18、此舉為航天第四階段第一 步的推進奠定了實踐基礎(chǔ)。截至2020年4月，全球共有2665顆衛(wèi)星在軌工作，其中1噸以上的衛(wèi)星有755顆，其中通信衛(wèi)星450顆，未來這些1噸以上的 大衛(wèi)星，都是衛(wèi)星運維服務(wù)的主要需求方。為了客觀嚴謹，在我們對未來市場規(guī)模的核算中，以最保守的通信衛(wèi)星為主要 受眾，其它類別衛(wèi)星暫不做考慮。但未來衛(wèi)星延壽服務(wù)不可能僅局限于通信衛(wèi)星，原因在于，目前低軌衛(wèi)星星座成為熱點，并且2017到2019年，這三年時間，600公斤以下的小衛(wèi)星每年以300顆以上的數(shù)量被發(fā)往太空，比之前時期增加了1倍 多，這對大質(zhì)量通信衛(wèi)星的發(fā)展有一定制約。而每顆重量300公斤左右的小型通信衛(wèi)星，無論是技術(shù)上還

19、是成本上，當(dāng)下 都不支持延壽服務(wù)。另一方面，通信衛(wèi)星之所以成為首批服務(wù)對象，源自于其制動方面的特性，所以理論上與通信衛(wèi)星具 備相同特性的衛(wèi)星，都可以延壽。4502020年全球1噸以上衛(wèi)星數(shù)量755所有用途衛(wèi)星通信衛(wèi)星 1噸以上衛(wèi)星數(shù)（顆）潛在市場規(guī)模=1噸以上通信衛(wèi)星總數(shù)延壽服務(wù)滲透率延壽年限單價參數(shù)選取說明：以目前唯一成功案例MEV-1延壽衛(wèi)星為參考依據(jù)。延壽年限：MEV-1為國際通信衛(wèi)星提供為期5年的延壽服務(wù)。所以統(tǒng)一取5年。單價：國際通信衛(wèi)星公司執(zhí)行副總裁兼首席財務(wù)官克雷斯特 在曾表示，該公司支付的MEV-1衛(wèi)星提供的延壽服務(wù) 費用約為每年1300萬美元。滲透率：保守預(yù)計只有5%的通信衛(wèi)

20、星需要延壽。潛在市場規(guī)模= 4505%51300=14.625億美元來源：衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會，憂思科學(xué)家聯(lián)盟。0.650.620.60長征3號乙中美歐典型運載火箭發(fā)射成本對比1.00阿德里安6質(zhì)子獵鷹9號發(fā)射成本（億美元）繕：需求的起源13衛(wèi)星延壽服務(wù)的經(jīng)濟效益和未來衛(wèi)星的進一步模塊化設(shè)計MEV-1延壽衛(wèi)星的主要成本有兩個方面，第一是衛(wèi)星本身的制造成本，第二是發(fā)射成本。根據(jù)目前公開的情報來看，諾格 公司并未公布MEV-1延壽衛(wèi)星的造價，但市場普遍估算其制造成本大約為4000萬美元，由于MEV-1衛(wèi)星的發(fā)射，是由俄羅 斯質(zhì)子火箭以一箭雙星的方式發(fā)射升空，并且2.36噸的重量只占質(zhì)子火箭總運力的30%，

21、所以理論上發(fā)射成本不是一枚火 箭的總報價。在技術(shù)層面，MEV-1延壽衛(wèi)星雖然創(chuàng)造了歷史，但它只是過渡性的服務(wù)。延壽業(yè)務(wù)的成功將促進未來衛(wèi)星的進一步模塊化 設(shè)計。MEV-1延壽衛(wèi)星采取的技術(shù)是通過機械臂，捕捉抓住被延壽的通信衛(wèi)星，再利用自身的制動系統(tǒng)，讓燃料耗盡的通信衛(wèi)星恢復(fù)機動能力，但本身并不影響也不介入通信衛(wèi)星的功能。這樣做的弊端是延壽服務(wù)只能1對1，宇宙中2600多顆衛(wèi) 星不可能通過2600多顆延壽衛(wèi)星來續(xù)航，從經(jīng)濟效益上也難以持久。因此參考飛機空中加油和智能手機充電線制式統(tǒng)一化 的經(jīng)驗，未來衛(wèi)星平臺或許會因考慮到延壽和運維服務(wù)，統(tǒng)一預(yù)留燃料注入模塊，甚至其它功能升級性模塊，天基服務(wù)設(shè) 施

22、的完善與衛(wèi)星接受天基服務(wù)的模塊化接口的廣泛應(yīng)用，將成為第一階段完成的主要標(biāo)志。我們預(yù)計這在2028年前后可能 完成。衛(wèi)星延壽利潤=延壽年限單價-衛(wèi)星制造成本-發(fā)射成本參數(shù)選取說明：收入評估：如前文所述，5年1300萬美元衛(wèi)星制造：市場預(yù)計4000萬美元發(fā)射成本：質(zhì)子號火箭發(fā)射報價6500萬美元，地球同步軌道運力6 噸左右，MEV-1衛(wèi)星質(zhì)量約占總運力的30%，所以暫 預(yù)估發(fā)生成本為6500的30%，約為2000萬美元衛(wèi)星延壽利潤= 51300-4000-2000=500萬美元*我們僅簡單測算了衛(wèi)星延壽這一種服務(wù)的可行性，還有充電、更換元件、物理修復(fù)等更多內(nèi)容包含在運維層面。因此在天基生態(tài)的第一

23、步中，還有更大的潛在商業(yè)價值存在。來源：美國聯(lián)邦航空管理局，企業(yè)訪談，市場公開資料，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算?？槪盒枨蟮钠鹪?4小衛(wèi)星的集中發(fā)射，對未來火箭發(fā)射提出了要求2017年后，600公斤以下級別的小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量由每年不足200顆，躍升至每年300顆以 上。一方面，衛(wèi)星小型化技術(shù)的發(fā)展，讓原本應(yīng)由機械控制完成的部分，可以由星載電腦 完成，縮減了衛(wèi)星體積和質(zhì)量。在火箭運載能力不變的情況下，可以發(fā)射更多小衛(wèi)星入 軌，提高了效率。另一方面，掌握小衛(wèi)星制造技術(shù)的商業(yè)航天企業(yè)，也通過自身的商業(yè)行 為，讓小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)得到更多的關(guān)注。在這種現(xiàn)象的背后，體現(xiàn)出的其實是一輪更宏大的歷 史進程，經(jīng)過將近30年的沉

24、浮，航天再一次成為國際矚目的焦點。除了現(xiàn)有的小衛(wèi)星發(fā)射需求，低軌星座組網(wǎng)等發(fā)射需求外。在第二步“探”所在的時期， 人類若想在太空中有進一步的存在，做更復(fù)雜和深度的試驗和探索，將地面設(shè)備送往太空5213019517312633832820122013201420152016201720182019發(fā)射數(shù)量（顆）得到最大促進的產(chǎn)業(yè)鏈板塊的投送能力是基本條件。即便是在第一步內(nèi)，諸如OneWeb等曾經(jīng)的明星公司，也都因為其自身并不具備投送能力而相繼 破產(chǎn)。這從側(cè)面證明，航天產(chǎn)業(yè)鏈各板塊的連接，要比預(yù)想的更加緊密。這也為航天產(chǎn)業(yè)鏈的整合提供了契機，優(yōu)秀的投 送能力，定制化的服務(wù)能力以及飽和可控的造箭能力

25、，都是產(chǎn)業(yè)鏈火箭版塊內(nèi)公司制勝的關(guān)鍵。2012-2019年全球600公斤以下小衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量389來源：衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會，憂思科學(xué)家聯(lián)盟，公開市場資料，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。探：時代的過渡復(fù)雜利用太空的嘗試與深空探索技術(shù)的準(zhǔn)備事實上關(guān)于太空的探索從航天產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)的一刻起，就一直在進行中。作為基礎(chǔ)科學(xué)的天文和作為技術(shù)實現(xiàn)的航天，二者相 輔相成，互相促進。所以在第二階段的探，主要指以太空平臺為基礎(chǔ)，進行的與天基資源開采、技術(shù)研發(fā)實現(xiàn)天基資源在 軌應(yīng)用為目標(biāo)的一系列探索。之所以把這部分作為第二階段，是因為我們預(yù)計在第一步繕和最終實現(xiàn)太空移民之間，很長 一段時間都會以科研探索為主。在這個過程中，能源類成品

26、的制造與傳輸，可能是實現(xiàn)難度最小的版塊。另一方面，以目前人類航天器的能力，實現(xiàn)實質(zhì)行的太陽系外行星探測難度非常大，受制于化學(xué)燃料和太空資源利用的能 力，航天器所有的動力基礎(chǔ)幾乎只能以靠地球上攜帶的資源，效率和續(xù)航能力都受限，所以航天器很難飛出太陽系去拜訪另一個恒星。所以探的這個階段，也有為進一步深空探測做技術(shù)準(zhǔn)備的目標(biāo)。基于這兩個方面的問題，第二階段探接近完成的標(biāo)志是天基資源的原位應(yīng)用，比如：首座太空電站或天基設(shè)備的在軌制造 工廠的建立?；蛘邚牧硪粋€維度上思考，人類首次大規(guī)模有組織的太陽系外行星探索的高性能探測器出航，亦可以看作是 這一階段進入成熟期的標(biāo)志。我們預(yù)計這三件事有可能在2032年前

27、后實現(xiàn)?，F(xiàn)有衛(wèi)星太陽翼應(yīng)用成本=太陽翼造價+發(fā)射成本15現(xiàn)有衛(wèi)星太陽翼成本=800+1960=2760萬人民幣參數(shù)選取說明：由于1噸以下的中小衛(wèi)星，其自身攜帶電力系統(tǒng)本身比第三 方受電更加經(jīng)濟。所以我們只選取1噸以上的大衛(wèi)星作為估 算對象。造價成本：根據(jù)目前公開市場資料，一個2噸的大衛(wèi)星，太陽翼總面積16.48平方米。我們?nèi)÷缘鸵稽c的平均值10平方米。根據(jù)訪談太陽翼平均造價50-100萬之間，取80萬/平米。所以太陽 翼面積造價=1080=800萬人民幣發(fā)射成本：同樣基于市場資料，一個2噸的大衛(wèi)星，太陽翼總重90公 斤，我們?nèi)÷缘鸵稽c的平均值，70公斤。發(fā)射單價為28萬/ 公斤。所以發(fā)射成本=

28、7028=1960萬人民幣大衛(wèi)星 28.3%來源：衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會，憂思科學(xué)家聯(lián)盟，上海交通大學(xué)，專家訪談，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。其他71.7%截至2020年4月全球在軌衛(wèi)星 重量分布探：時代的過渡16323343355445四氧化二氮/偏二甲肼液氧/煤油液氧/甲烷核熱核電液氧/液氫 比沖（秒）太空電站背后體現(xiàn)出的是資源原位利用的理念通過前文計算可以粗略的看出，單衛(wèi)星在電能獲取這件事情上，平均要消耗2760萬人民幣。而全球目前在軌衛(wèi)星中有755 顆1噸以上的大衛(wèi)星，所以全球單純在衛(wèi)星獲取電能領(lǐng)域就已經(jīng)支出了200多億人民幣，如果再加上已經(jīng)退役的老衛(wèi)星、中 小衛(wèi)星和諸如空間站，望遠鏡等其他航天器，那

29、么這一數(shù)字將變得更加龐大。這些資金都是未來太空電站建設(shè)過程中，可 能節(jié)約或一勞永逸的解決太空用電問題的總成本。在理論上，太空電站的電能可以用微波進行輸送，但是在電能送往地球 的問題上，效能和安全性方面還需要更前沿的技術(shù)支持與論證。除了空間太陽能電站以外，在太空中產(chǎn)生電能的方式還有很多，其中繩系發(fā)電和核能發(fā)電，都是可以備選的技術(shù)。這二者在目前應(yīng)用過程中，都有不得不考慮的問題，比如在繩系發(fā)電原理是用以跟數(shù)百米長的電纜懸浮在太空中，利用導(dǎo)電電纜 與地球磁場的切割產(chǎn)生電能，但目前已知的實驗中，由于電流過大導(dǎo)致電纜燒斷，是尚未解決的問題。而空間核能則是因 為十噸兩級的核反應(yīng)堆堆芯，在火箭發(fā)射過程中，存在

30、發(fā)射失敗導(dǎo)致墜落的安全問題，而沒有被大規(guī)模推廣。不過繩系發(fā)電技術(shù)和空間核能技術(shù)的進一步探索，其意義也并不一定局限在電能本身。繩系發(fā)電技術(shù)的逆向應(yīng)用可以使衛(wèi) 星通過向電纜中傳輸電流而改變軌道高度，對于提高大型空間設(shè)施的在軌壽命是另一種方式的促進。而空間核能本身也有 飛創(chuàng)的核熱制動與核電制動兩種用途，也即是說當(dāng)飛船由火箭帶入太空后，化學(xué)能消耗殆盡，可以通過天基原件的更換， 讓飛船裝備核能發(fā)動機，進行時間更長的深空探索。無論出于哪種目的，這些技術(shù)都體現(xiàn)了太空資源原位應(yīng)用的理念，相 比起地球本位的航天基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)思路，已經(jīng)是更成熟，更復(fù)雜利用空間的探索與嘗試。不同燃料類型發(fā)動機比沖對比理論可達上萬秒9

31、00來源：公開市場資料，專家訪談，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。160010000建造費用國際空間站建造費用及科研產(chǎn)值科研實驗產(chǎn)值 金額（億美元）探：時代的過渡17置身太空，本身就可以成為商業(yè)化的基礎(chǔ)除了真實太空資源的原位應(yīng)用外。如前文所述，在太空中很多我們習(xí)以為常的東西都變成了非常珍貴的資源。但是反過來 說，置身太空就掌握了宇宙環(huán)境這一資源，對地面來說，這已經(jīng)具備了資源變現(xiàn)的商業(yè)化基礎(chǔ)。自從和平號空間站建成以 后，人類就有了利用太空自然環(huán)境進行科學(xué)試驗的平臺。2016年隸屬于國際空間站的NanoRacks公司，客戶只需要支付相 關(guān)費用，就可以將自己的試驗品送到太空，體驗微重力環(huán)境和太空輻射，之后完好

32、無損地回到地球，每次支付不少于10萬 美元的價格。并且該公司宣稱預(yù)計2020年末，在太空開展棲息地建設(shè)實驗，這已經(jīng)是在做航天時代第三步的探索了。太空實驗的收益很難有個科學(xué)的評估，當(dāng)年和平號空間站，前蘇聯(lián)僅利用地形數(shù)據(jù)庫在數(shù)年間就產(chǎn)出了1000多萬盧布的收益。而國際空間站建造成本雖然高達1600億美元，但在其實驗艙內(nèi)完成的科研實驗產(chǎn)生了萬億級別的產(chǎn)值。需要注意的 是，這僅僅是以空間站這種龐然大物為載體的探索方式，未來對其他太空資源的探索和收集并不需要龐大的空間站來完 成，更小、更機動、功能性更專一的設(shè)備或設(shè)備群會和空間站一起成為人類探索太空資源的平臺。6.25倍以上天基實驗回收成本年限=造價/科

33、學(xué)實驗?zāi)晔杖雲(yún)?shù)選取說明：建造成本：國際空間站的希望號實驗艙造價約為25.5億人民幣實驗收入：根據(jù)NanoRacks公司公布的數(shù)據(jù)，以每個實驗10萬美 元（約71萬人民幣）計算，該公司的太空平臺可一次 最多容納32個實驗。單個實驗基礎(chǔ)時長30天，即一年 可完成12輪實驗。使用年限：國際空間站設(shè)計壽命10-15年天基實驗回收成本年限= 25.5/(0.00713212）9.35年10年*我們僅簡單驗證空間站簡單實驗的商業(yè)可行性，并且不包含實驗結(jié)果帶動的產(chǎn)值，一些更復(fù)雜的實驗費用遠高于10萬美元，所以理論潛在市場空間比實際更大。來源：NASA，JAXA，專家訪談，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。18探：時代

34、的過渡來源：中國移動，中國聯(lián)通，中國電信，專家訪談，公開市場資料，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型 核算。天基實驗基地與平臺的重要性面對太空這個無垠的空間，人類很多的基礎(chǔ)設(shè)施都可能往宇宙轉(zhuǎn)移。包括通信、能源和極端自然環(huán)境的實驗等等。未來預(yù) 期100%的通信會轉(zhuǎn)移到天基，30%的可再生能源由太空中的太陽能供給。除了這些以外，航天行業(yè)本身也急需要能夠在 宇宙環(huán)境中運作和測試的平臺反哺自身，以彌補很多在地面上無法解決，或成本過高的問題。對于通信等行業(yè)外應(yīng)用，現(xiàn)在天基的基礎(chǔ)設(shè)施能力較弱，以全球最優(yōu)秀的低軌星座SpaceX星鏈來看，一期組網(wǎng)成功后一 共12000顆衛(wèi)星（在此暫且忽略衛(wèi)星組網(wǎng)期間的損耗），每顆衛(wèi)星的帶寬有

35、10Gbps，如果有1億用戶使用，那么平均每個 人的帶寬只有1.2Mbps。這與目前地面一個普通4G用戶的平均需求相差很多。這有賴于衛(wèi)星性能的提升。得到最大促進的產(chǎn)業(yè)鏈版塊對于航天行業(yè)本身，無論中外，新型火箭和發(fā)動機的研發(fā)統(tǒng)一存在一個嚴重制約，那就是天空和宇宙環(huán)境中的測試與變化 問題。盡管有高空試車平臺的輔助，但那也并非真正意義的太空環(huán)境，所以無法穩(wěn)定保證試驗成功的發(fā)動機能夠正常應(yīng)用 在火箭上。在這個領(lǐng)域，全球積累的數(shù)據(jù)還太少。在未來，如果想充分利用太空，未來的技術(shù)迭代必然需要天基試驗平 臺。這依然對“泛衛(wèi)星”技術(shù)提成了要求。1.24低軌星座可實現(xiàn)4K高清衛(wèi)星通信與實際通信帶寬需求對比5010

36、80P需要帶寬（Mbps）1火箭發(fā)動機成本火箭發(fā)動機研發(fā)成本對比10試驗成本 成本（一標(biāo)準(zhǔn)單位）來源：中國移動，中國聯(lián)通，中國電信，專家訪談，公開市場資料，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型 核算。14SpaceX2013-2019年為國際空間站提供商業(yè)貨運服務(wù)的次數(shù)21Orbital ATK 貨運飛船發(fā)射次數(shù)（次）移：宇宙永居狀態(tài)19來源：NASA，SpaceX，Orbital ATK，相關(guān)媒體報道，專家訪談，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。SpaceX和Orbital ATK商業(yè)貨運服務(wù)，各有一次失敗，同事也包含測試發(fā)射數(shù)。正確認識天基生態(tài)中的多種需求對于航天產(chǎn)業(yè)來說，宏觀上存在一正一反兩種聲音，正向的聲音以支持為主

37、，而反向的聲音，則認為目前航天產(chǎn)業(yè)的投入 產(chǎn)出比太少。除了軍事上的必須以外，商業(yè)上大規(guī)模投入航天，所獲得的收益微乎其微。舉例來說：宇宙資源豐富，但為 了開采他們付出的資源要大于獲取的資源；地球生存空間有限，但太空環(huán)境更加惡劣等，總之所有矛盾的焦點，都集中在 “是否值得”這個問題上。這也導(dǎo)致對太空探索與開發(fā)的思考，無法避免的集中到了現(xiàn)有航天商業(yè)化較為成功的三大產(chǎn)業(yè) 中，即：通信，遙感和導(dǎo)航。在能看到商業(yè)前景的前提下，這傳統(tǒng)的三大產(chǎn)業(yè)也存在，軌道和頻率資源的限制，所以在航 天商業(yè)化進程中，疑慮要遠大于樂觀情緒。但正如本報告一直強調(diào)的內(nèi)容一樣，未來關(guān)于天基的應(yīng)用會像地面一樣豐富，以宜居空間站為核心的

38、基礎(chǔ)設(shè)施會衍生出許 多新的航天需求，這部分需求在目前正以可見的速度向前推進。如果說太空旅游，太空資源開采還太過科幻，那么關(guān)于太 空站的現(xiàn)實情況，則是這部分潛在需求的一種現(xiàn)實體現(xiàn)。2010至2019年，SpaceX的龍飛船一共為國際空間站運送了21次 物資。orbital ATK的天鵝座貨運飛船在2013至2019年也有向國際空間站提供14次商業(yè)貨運服務(wù)。除此之外，俄羅斯、歐空 局和日本等，都曾經(jīng)向國際空間站提供過政府行為的貨運服務(wù)。也就是說，這些運輸服務(wù)并不屬于傳統(tǒng)航天三大成熟產(chǎn)業(yè) 層面的應(yīng)用，是單純?yōu)榱司S持太空設(shè)施而帶動的商業(yè)行為。再加上建設(shè)方面的可能商業(yè)訴求，在航天第三階段的潛在應(yīng)用非常廣

39、闊?？臻g站建設(shè)與運維20次3-5次/年1-2次/年中國天宮空空間站建設(shè)預(yù)計發(fā)射次數(shù)：駐人運維發(fā)射次數(shù)： 無人運維發(fā)射次數(shù)：1天基制造與地面制造的質(zhì)量比7.5移：宇宙永居狀態(tài)在宇宙中每制造1千克質(zhì)量的設(shè)備，相當(dāng)于地面制造7.5千克根據(jù)官方報道，中國新一代載人飛船試驗取得圓滿成功，本次任務(wù)中攜帶了一臺3D打印機完成了宇宙環(huán)境下的3D打印試 驗。目前3D打印主要應(yīng)用在航天裝備制造中各種復(fù)雜組件的制造過程中，并且關(guān)于火箭燃料箱的3D打印，也是解決焊縫 處耐用度問題的可選方案之一，可以說應(yīng)用前景比較廣闊。宇宙中各種物質(zhì)的儲量與地球不在一個量級，只小行星帶的資 源就是地球的數(shù)倍，且離地球最近的月球和臨近行

40、星，尤其火星，這些行星也是未來人類跨出地球很重要的先期落腳點， 在充分分析不同行星土壤成分后，3D打印技術(shù)在未來極有可能最先打出殖民行星上的建筑。除制造外，天基產(chǎn)業(yè)還有另外一個重要作用是工業(yè)組裝。雖然火箭的運載能力符合標(biāo)準(zhǔn)，但衛(wèi)星尺寸往往“超標(biāo)”，所以一些衛(wèi)星無法通過火箭完整發(fā)射，這就導(dǎo)致衛(wèi)星在設(shè)計時，需要考慮各種結(jié)構(gòu)件、天線和帆板框架在升空時必須是折疊狀 態(tài)，升空后再做復(fù)雜的展開動作，消耗能量、自動化系統(tǒng)復(fù)雜且可能增加了沒必要的展開裝置增加重量。因此，全球目前 已有技術(shù)實現(xiàn)了在軌組裝的空間站，這些地面組件依次升空后，可以實現(xiàn)天基組裝。而且這類組裝空間站還可以輔助或者 完全勝任一些應(yīng)急維修保障

41、任務(wù)，這樣也會和第一步“繕”的戰(zhàn)略目標(biāo)相互呼應(yīng)，真正完成“天基4S店”的基礎(chǔ)設(shè)施。20太空制造替代飛行器重量 重量（千克）來源：NASA，專家訪談，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。天基制造成本回收測算=建站成本每千克平均制造價值參數(shù)選取說明：制造價值：以美國最便宜的電子號火箭來計算，電子號火箭發(fā)射 價格600萬美元，運載能力在150-200KG，平均每千克 價值=600150=4萬美元28萬人民幣。建站成本：根據(jù)官方報道，中國天宮空間站約耗資200億人民幣。 但天基制造工廠并不需要這么龐大的空間，取天宮空 間站的50%，即100億人民幣。成本回收：100億28萬/千克35714千克35.8噸35.8噸相

42、當(dāng)于128顆星鏈衛(wèi)星的重量，也就是說天基制造128顆小衛(wèi)星或相應(yīng) 的元件即可收回成本。但實際上天基制造和組裝的東西會是更大質(zhì)量的設(shè)備移：宇宙永居狀態(tài)21關(guān)于天基生態(tài)的設(shè)想都基于地球本位以當(dāng)下的視角審視，這一部分所帶動的產(chǎn)業(yè)鏈版塊和常規(guī)意義中的航天關(guān)系已經(jīng)有所疏 遠，并且在目前在思考這一問題時，很容易將第三階段的問題與第一階段聯(lián)系起來，這樣 造成的結(jié)果是火箭技術(shù)將無法避免的成為每個時期的發(fā)展重點。但在第三階段，火箭運載 能力問題必然已經(jīng)得到解決，所以產(chǎn)業(yè)鏈上得到帶動的，將是與太空生存和天基制造息息 相關(guān)的產(chǎn)業(yè)。在這一問題上，目前所有的論證都處在絕對宏觀狀態(tài)下理論計算階段，這也 是為什么在這一階段

43、產(chǎn)業(yè)鏈帶動的問題上，大眾和學(xué)界都會回歸基礎(chǔ)運力的問題上來。關(guān) 于這個問題本報告在最后一個章節(jié)中，也將詳細討論。目前人類已知的所有小行星中，有諸如谷神星、愛神星等未來殖民和開采為目標(biāo)的知名行得到最大促進的產(chǎn)業(yè)鏈版塊星，以這些行星本身礦產(chǎn)資源來看，排名前十的小行星總價值超過了1000萬億美元，再加上其殖民與地外生存價值實際上 想客觀評估已不太可能。我們選取了一些與地球最小軌道交叉距離較近的10顆小行星，由于這些小行星存在與地球“擦肩而過”的可能性，所以理論上有觸達的機會。換言之，這些小行星資源在第一輪太空移民潮中，將成為首批開采目標(biāo)。名稱最小軌道交叉距離總價值預(yù)期利潤行星資源A最可能觸達的小行星（

44、天文單位）（美元）（美元）steroidNereus0.00315347.1億13.9億鎳、鐵、鈷Bennu0.0032236700億1850億鐵、氫、氨、氮Didymos0.039777622.5億164.1億鎳、鐵、鈷2011 UW 1580.00291466.9億17.4億鉑、鎳、鐵、鈷2002 AL310.012816105.8億24.1億鎳、鐵、鈷Anteros0.06221255.7億12.5億硅酸鎂、鋁、硅酸鐵2001 CC210.0830671470億298億硅酸鎂、鋁、硅酸鐵1992 TC0.167212840億168億鎳、鐵、鈷2002 DO30.0031533344億59

45、0億鎳、鐵、鈷2002 EC0.044509483.4億82.1億鎳、鐵、鈷來源：NASA，專家訪談，公開市場資料，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。22朝菌：太空的資源和意義1冥靈：天基生態(tài)的三步走2大椿：行星探測的意義和技術(shù)要點3鯤鵬：現(xiàn)階段商業(yè)航天投資邏輯梳理4目錄行星探測的現(xiàn)實意義23來源：NASA。601887621030011605108888962464121116581756185412395045153916113751361144213561347133572171184710201075117212338919217614514514510535.2%38.9%49.0%52.5%5

46、5.3%54.5%51.3%20192023e2025e很多高尚的目標(biāo)，不得不兼顧現(xiàn)實行星探測是深空探測里非常重要的一個分支，關(guān)于未來，關(guān)于宇宙，關(guān)于航天，太多高尚的意義集于一身，它對人類文明 發(fā)展的重要意義，也無需多言。但是太過超前的目標(biāo)，也必然有很多現(xiàn)實性的困難需要克服。就目前情況來看，讓商業(yè)航 天深度涉獵深空探測和星際移民等領(lǐng)域是不現(xiàn)實的，它只能依靠國家集中優(yōu)勢資源才有可能取得進展。因此，航天第三產(chǎn) 業(yè)太空移民的第一步，就有一個不得不首先解決的問題，即：行星探測需要證明自己所選擇的探索目標(biāo)與方向的正確性， 進而獲得本就有限的資金和其他資源的傾斜。在冷戰(zhàn)時期，美蘇之間的太空競爭曾經(jīng)對行星探

47、測領(lǐng)域展開了不同方向上的競爭。蘇聯(lián)選擇與地球質(zhì)量類似的金星，美國選擇了更接近小行星帶的火星。雖然最終決定成敗的并非自身的選擇，但事實證明，火星的環(huán)境更可能成為人類移居的行 星。在這種全球共識下，未來五年NASA的預(yù)算有一半都將用在深空探測領(lǐng)域。所以盡管大家都對宇宙充滿期待，但行星 探測在操作層面則不得不考慮現(xiàn)實面臨的困難，這就需要一套成體系的關(guān)于其他行星是否宜居的判斷標(biāo)準(zhǔn)。2019-2025年美國航天局預(yù)算及結(jié)構(gòu)2020e2021e深空探測系統(tǒng)（百萬美元） 科研（百萬美元）2022e探測技術(shù)（百萬美元）星球環(huán)境改造（百萬美元）2024e安全運維保障（百萬美元） 占總預(yù)算的比（%）宜居行星的篩選

48、距離、溫度、地表環(huán)境等，遞進式的評估指標(biāo)2020年7月為新一輪火星探測時間窗口，歐洲、俄羅斯、美國、中國還有阿聯(lián)酋，都規(guī)劃了獨立的火星探測任務(wù)，中國天 問一號任務(wù)力求一次性實現(xiàn)“繞落巡”三大任務(wù)，完成五項重大科研目標(biāo)。而美國更是搭載了截至目前人類最高技術(shù)結(jié)晶 的火星探測器。由于疫情的原因，歐洲與俄羅斯的火星探測任務(wù)宣布推遲，但依然會有三個獨立的火星探測器在7月后飛 向太空。如前文所述，行星探測如果想在本就捉襟見肘資源面前，申請到更多支持，則需要一系列的評價指標(biāo)，以證明探 測目標(biāo)對人類太空移民的可行性。行星探測按照所探行星的位置，可以分為兩個大分支，這兩個分支因為技術(shù)上的鴻溝， 在探測手段上完全

49、不同。第一個分支是太陽系內(nèi)的行星探測，第二個分支是太陽系外的行星探測。我們常規(guī)意義上看到的 行星探測，都屬于第一個分支，而媒體報道出來的在遙遠的未知空域發(fā)現(xiàn)類地行星，亦是根據(jù)現(xiàn)有太陽系內(nèi)行星探測的天24來源：公開市場資料，專家訪談，根據(jù)艾瑞統(tǒng)計模型核算。文知識進行的推測。而無論系內(nèi)還是系外，判斷一顆行星是否適合人類居住，主要有以下幾個指標(biāo)：61302925181496411111月球 火星 金星 太陽 小行星彗星 木星 水星 土星 谷神星 土衛(wèi)六 天王星 海王星 冥王星截至2020年6月人類對太陽系內(nèi)大質(zhì)量天體探測次數(shù)Planet宜居行星指標(biāo)行星探測的基本框架：光學(xué)觀測實地探測登陸探測改造移民

50、在這個框架內(nèi)，各步驟實現(xiàn)難度逐漸增大，所以評估一顆 行星是否宜居的主要指標(biāo)，也根據(jù)這些探測步驟所發(fā)現(xiàn)的 結(jié)果，息息相關(guān)。具體來說：行星距離：這不僅是受限于觀測條件得出的第一指標(biāo)，也是 以現(xiàn)在飛船能力為基準(zhǔn)的最直接指標(biāo)，越近越好地表溫度：目前行星表面溫度在-5050為宜，過高或過 低都將導(dǎo)致連探測器都無法承受。地表環(huán)境：是否有水，是否擁有大氣，是否有氧，輻射強 度，以及有沒有生命跡象等。行星探測的復(fù)雜步驟25從表層向內(nèi)里，逐步深入的探測目標(biāo)在太陽系內(nèi)的行星探測，對于目標(biāo)行星的位置這一最關(guān)鍵要素來說，并不是在實際探測階段需要花很大力氣的內(nèi)容，因為 目標(biāo)行星與地球的相對距離遠近并不由技術(shù)決定。而真正

51、需要解決的問題在于如何近距離對目標(biāo)行星進行探測，以目前天 文望遠鏡的能力，可以做到對太陽系八大行星進行光學(xué)觀測，并對其地表及大氣成分做基礎(chǔ)的分析。但是當(dāng)對這顆行星有 了基礎(chǔ)認知以后，就需要實際進行勘探，這是目前人類航天技術(shù)所能做到的極限。對目標(biāo)行星進行的土壤采樣及地表環(huán)境考察，主要目的在于進一步檢驗該行星的可移居性。航天技術(shù)的每一種深空探測項 目，都對應(yīng)著對目標(biāo)行星探測深度和內(nèi)容。而探測到的新發(fā)現(xiàn)，則進一步為航天技術(shù)設(shè)立新的目標(biāo)以求更深度更復(fù)雜的獲知信息。Exploration行星探測項目深空探測任務(wù)飛船飛抵行星上空觀測飛船實現(xiàn)行星繞飛探測器登陸行星行星土壤帶回人類登陸行星基礎(chǔ)天體指標(biāo)測量、地

52、表環(huán)境測繪、大氣及磁 場測量、基礎(chǔ)元素分析、生命跡象搜索等長期地質(zhì)活動觀測、三維測繪，通信與導(dǎo)航、 特殊地表環(huán)境（如山脈、塌方等）記錄大氣及土壤分析、天象數(shù)據(jù)記錄、深度地理測 繪、深度資源分析、相關(guān)試驗可利用資源分析、移居相關(guān)資源利用可行性分 析、資源原位利用可行性分析包含以上所有內(nèi)容，并且可實際進行基地建設(shè)來源：公開市場資料，專家訪談。可進行的星球探測項目案例及開銷水手計劃中的旅行者1號、旅行者2號。1977年 耗資3.5億美元。嫦娥工程，嫦娥1號耗資14億人民幣。 印度月船工程等。嫦娥3號，火星3號，海盜1號，鳳凰號等著陸 器。玉兔號，機遇號、好奇號等探測器。月球16號，隼鳥號小行星探測器

53、，嫦娥5號， 阿波羅工程。阿波羅工程。共耗資245億美元。系外行星探測的同源和難度26評估標(biāo)準(zhǔn)與太陽系內(nèi)宜居行星相同，但現(xiàn)有手段無法觸達對于太陽系外的類地行星探測，則遠沒有系內(nèi)探索的可用手段多。無論系內(nèi)系外，對人類來說宜居行星的評價標(biāo)準(zhǔn)都是距 離、溫度、地表環(huán)境、所含元素等一系列遞進式的指標(biāo)，但目前除了望遠鏡以外，人類沒有任何辦法對太陽系外的天體進 行實質(zhì)性的探測，就連近距離拍照也幾乎不可能實現(xiàn)。1995年10月6日，日內(nèi)瓦大學(xué)的米歇爾麥耶及戴狄爾魁若茲宣布首次發(fā)現(xiàn)一顆普通主序星（飛馬座51）的行星，這一發(fā) 現(xiàn)極大拓展了人類文明甚至于地外文明延續(xù)和存在的范圍與潛力，也由此賦予了深空探測多一重意

54、義。在飛馬座51的觀測 中，科學(xué)家使用了恒星擺動的觀測技術(shù)，由于行星引力對恒星的影響，會導(dǎo)致恒星出現(xiàn)微小的擺動，使得恒星光波長被壓 縮。該方法在當(dāng)時獲得了普遍認可，自那時起地外行星的發(fā)現(xiàn)幾乎全部依靠這種方法。也就是說，以目前人類太空望遠鏡 的能力，無法直接看到環(huán)繞太陽系外行星的真實面貌，一切都是“推測”。在過去，受制于觀測技術(shù)，這種方法只能找到 大質(zhì)量的行星，實際上對于系外宜居行星的探索沒有幫助，但隨著技術(shù)的精進，我們已經(jīng)可以找到與地球質(zhì)量類似的行星 了。總體上看，太陽系外行星探索并評估宜居行星的邏輯框架如下：光學(xué)觀測實地探測登陸探測改造移民行星數(shù)量： 首先需要確定行星是否為宇宙普遍現(xiàn)象，經(jīng)過

55、觀 測驗證，宇宙中大量存在圍繞恒星公轉(zhuǎn)的行星恒星質(zhì)量： 受制于公轉(zhuǎn)速度，引力大小，輻射強度與恒星穩(wěn) 定性等要素，想尋找類地行星首先要找到與太陽 質(zhì)量類似的恒星。過大或過小，都會摧毀地球生 態(tài)，大概率不適合人類居住。行星位置： 找到相應(yīng)恒星后，需要在該星的宜居帶內(nèi)尋找類 地行星，距離目標(biāo)恒心過近或過遠，大概率會導(dǎo) 致行星地質(zhì)條件和溫度與地球相去甚遠。來源：NASA。所以系外宜居行星的探測就是要找到：類似太陽的恒星宜居帶內(nèi)與地球大小類似的行星。后續(xù)的探測無法實際展開人類目前飛離地球最遠的探測器旅行者2號，經(jīng)過40 多年的孤獨飛行，也剛剛于2018年剛剛飛出太陽風(fēng)的 范圍，但這也依然沒有飛出太陽系的

56、范圍。并且旅行 者2號的速度，也已經(jīng)由最高時的42公里/秒下降到不 足17公里/秒，一旦低于第三宇宙速度，那么總有一 天旅行者2號會被太陽引力拉回來。人類航天技術(shù)的 能力，還無法支持到太陽系外行星邊緣，哪怕只是拍 上一張照片的程度。行星基地的建立27穩(wěn)定的資源來源是行星基地選址的標(biāo)準(zhǔn)一旦發(fā)現(xiàn)宜居星球后，在該行星上殖民是一種自然選擇。但是由于其他行星與地球自然環(huán)境相去甚遠，所以在目標(biāo)行星上 找到穩(wěn)定的資源來源，作為基礎(chǔ)的生存保障就是行星基地選址的最初標(biāo)準(zhǔn)。受制于火箭運載能力的限制，以第一準(zhǔn)則距離 作為評判標(biāo)準(zhǔn)，目前人類能夠觸達到且有一定移居潛力的只有月球和火星，但他們二者的選址又有不同的側(cè)重。月

57、球是地球的衛(wèi)星，在月表存在以14天為一周期的晝夜交替，所以作為重要的太陽能就會極不穩(wěn)定，在這個前提下穩(wěn)定光 照則成為了月面基地選址的核心標(biāo)準(zhǔn)，目前看來，月球南極由于其位置相對特殊，能夠不受14天晝夜交替的限制，擁有穩(wěn) 定的陽光來源，所以大多數(shù)關(guān)于月面基地的探索，都集中在月球南極。而火星基地則要復(fù)雜一些，火星是一顆行星，并且擁有稀薄的大氣和一定儲量的水冰，在光照條件不受限的情況下，穩(wěn)定 的水資源就是核心考量指標(biāo)。在這個問題上，科羅廖夫環(huán)形山中巨量的水冰，以及奧林帕斯山附近的溫暖的平原，都可以 成為火星基地的目標(biāo)地址。但盡管應(yīng)用前景廣闊，行星基地的建立也需要逐步展開。2019年7月美國公布了阿爾忒

58、彌斯計劃，該計劃意在在月球南極 建立永久基地。就目前其公布的實施計劃，截至2024年，將會有一組宇航員登陸月球，并利用之前向月球運送的大量物資 建立基地。不過以目前和歷史上美國航天計劃與實踐的不同步情況來看，2024年很難達成這一目標(biāo)。13631311.313681423.1地球月球最高太陽常數(shù)（瓦/平方米）10.380.17地球月球地球與月球太陽常數(shù)對比地球、火星與月球引力對比火星 引力（G）第一階段：月球軌道巡航及月球南極登陸，探測月 球南極地表環(huán)境，使月面物資運輸商業(yè) 化，并行成常態(tài)。第二階段：月球軌道技術(shù)支持，高功率電推技術(shù)完 善，大質(zhì)量月球貨物運輸技術(shù)完善，宇 航員可駕駛的月球車登陸

59、月表。第三階段：載人登月系統(tǒng)成形，首批探月小組登陸 并利用前兩階段運送至月表的物資。最低太陽常數(shù)（瓦/平方米）來源：NASA，公開市場資料。太空資源的原位應(yīng)用行星基地不僅是星際移民的目標(biāo)，還是宇宙航行的跳板為了解決系外行星直接觀測的問題，航天與天文產(chǎn)業(yè)都設(shè)計了很多解決辦法。在天文觀測領(lǐng)域，存在一種“擋光技術(shù)”， 相比行星來說，恒星的光亮太過耀眼，導(dǎo)致即便有足夠的觀測能力，也因為光線的原因無法直接看到系外行星。所以需要 用一塊遮光板，當(dāng)助恒星的亮光進一步觀測。但是這種技術(shù)的難點在于，遮光板與太空望遠鏡本體是分離的，也即是說在 太空中，遮光板距離太空望遠鏡有數(shù)公里遠，對精度、協(xié)調(diào)性和操控的要求都異

60、常的高，現(xiàn)有技術(shù)很難達到。而在航天領(lǐng)域，則把希望更多寄托在了太空資源的原位應(yīng)用領(lǐng)域。之所以上一章節(jié)在“移”這一部分很難有基礎(chǔ)的商業(yè)價 值測算，原因就在于我們能夠?qū)δ吧I(lǐng)域進行測算的依據(jù)，僅來源于地球上已存在的類似行業(yè)。這種思路一方面易于理解，另一方面也反映出目前大眾在思考太空時難以割舍的地球本位思想。但太空資源的原位應(yīng)用才真正是發(fā)展方向，因為 如果不能夠?qū)崿F(xiàn)太空資源的原位應(yīng)用，那么人類探索太空所有的能量來源只能是地球，無論攜帶多少資源在漫長的星際旅 行過程中，也總有消耗殆盡的時間。所以我們現(xiàn)在看到的很多技術(shù)演進路線，都是在往這個趨勢上做鋪墊。多種航天技術(shù)的發(fā)展方向及可能產(chǎn)生的變化趨勢衛(wèi)星領(lǐng)域衛(wèi)