行业观察/太空经济:从构想到现实\冯英伦

2026-10-08 05:16:00 大公报
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过去三篇文章,我们从火箭的基本原理,谈到可回收技术的经济逻辑,再到工程挑战的细节。这一篇,我们把视野从火箭本身,拉阔到整个太空经济的意义所在,探讨一个更根本的问题:在可回收火箭让进入太空的门槛不断降低的今天,人类文明是否正站在一个历史性的转折点上,重新审视自身能够使用的资源与能源的边界?

长久以来,人类仰望星空,总是从「探索」的角度出发,我们想知道宇宙从何而来,想了解那些遥远星球上是否藏着生命的迹象,想解开物理学最深层的谜题。这种对宇宙奥秘的追寻,是推动科学发展的原始动力,其价值毋庸置疑,而且仍将持续。

然而,「旧太空」(Old Space)时代的太空任务,基本上是一种「单向输出」:国家投入巨额资金,把仪器送上太空,换取科学知识和地缘政治声望。这些任务带来知识积累,而非直接的资源或能源回报。

「新太空」(New Space)时代的到来,标志着一个根本性的思维转变:我们不再只是仰望星空,而是开始思考如何把星空的资源为人所用。这个转变,建立在过去70年太空探索积累的庞大知识基础之上,加上火箭技术的持续进步,使原本只存在于科幻小说中的构想,一步步走向现实。

要理解新太空经济中「资源」这个维度,必须先重新认识地球。

地核拥丰富金属矿藏

人类在地球上开采矿物已有数千年历史,至今仍赖以维持现代文明运作的铁、铜、镍、铂族金属等,都来自地壳的采掘。然而,有一个基本事实,却鲜少被提及:人类实际上从未真正「深入」地球。人类迄今钻探的最深钻孔,是位于俄罗斯科拉半岛的「科拉超深钻孔」(Kola Superdeep Borehole),深度约12.2公里。这个数字听起来或许不小,但地球的地幔始于约30公里之下,地核更远在2900公里之深。由此可见,人类的采矿活动只是刮到地球的表面而已。

约46亿年前太阳系形成的早期,在行星的形成过程中,原行星(Protoplanet)在吸积过程中产生的巨大热量,令整个星体处于熔融状态。在这个熔融阶段,密度较高的元素:铁、镍,以及许多具高工业价值的重金属,在引力作用下向行星中心沉降,形成地核;而密度相对较轻的硅酸盐岩石,则浮升至表面,冷却后形成地壳。这个过程,在天文学和地质学上,被称为「核幔分异」(Core-mantle Differentiation)。

核幔分异的结果是:地球上最丰富的金属矿藏,恰恰封存在我们无法触碰的地核之中。人类今天所开采的矿物,大多是地球形成早期,由陨石撞击带来、残留在地壳浅层的微量元素,或是经由火山活动从地幔带升至地表的物质。蕴藏量最高的地核,既不可望,亦不可即。

百万计行星资源仍待发掘

并非每颗原行星都能「顺利毕业」。太阳系形成早期,充满了剧烈的碰撞,月球极可能就是一颗较小的原行星与早期地球猛烈撞击后,由碰撞碎片重新聚合而成的。而在火星和木星轨道之间,存在一条「主小行星带」(Main Asteroid Belt),其中数以百万计的小行星,相当一部分正是原行星在形成过程中发生碰撞后,碎片未能重新聚合所遗留下来的。换言之,它们是曾经历过核幔分异的原行星残骸,保留着在核心分异过程中沉积的高浓度金属。

2023年,美国太空总署(NASA)发射了「灵神号」(Psyche)探测器,目标正是主小行星带中的灵神星(16 Psyche),一颗平均直径约223公里的M型金属质小行星,科学家推测它很可能是一颗原行星碰撞后裸露的核心碎片。与绝大多数由岩石或冰构成的天体截然不同,灵神星的密度与组成显示其金属含量极高,探测器预计于2029年抵达并开始详细探测。按照目前对其组成的初步估算,若灵神星确系原行星核心碎片,其铂族金属(Platinum Group Metals,PGM)等高工业价值元素的蕴藏量,可能远超地球地壳存量的数个数量级。当然,探测器尚未到达,最终的数据仍需等待科学验证。

灵神星只是百万颗小行星之中的一颗。如果有朝一日,人类真的能够在技术和经济上实现「太空采矿」,向太阳系中其他星体汲取资源,那么人类可用的物质资源,将从根本上突破地球地壳这个几千年来始终困着我们的瓶颈,实现指数式的扩张。

谈资源,不能不谈能源。而谈太阳系的能源,必须先确立一个基本的宇宙观:太阳系的绝对主角,是太阳本身。

太阳占整个太阳系总质量的99.86%。这个庞大的太阳,因其巨大质量所产生的引力造就的极端压力和温度,令其核心无时无刻都在进行着氢核聚变反应,向四面八方放射出恒定的能量。而地球呢?以地球的横切面积,从太阳的视角来看,地球的「角直径」(Angular Diameter)仅约17.6角秒(1/3600度)。

在进一步思考太空能源的潜力之前,有一个角度值得重新审视:人类今天所使用的绝大部分能源,其实都是不同形态的「太阳能」。

在化石燃料中,煤、石油、天然气的源头,是数亿年前的植物与微生物,它们通过光合作用,将太阳能以碳基化学能的形式固定下来,在地质年代的漫长压缩下,形成了今天的化石能源。我们燃烧化石燃料,本质上是在释放亿万年前储存的太阳能。水力发电的源头,是太阳照射令海洋水分蒸发、形成降水的水循环。风能,同样主要来源于太阳照射造成的大气温差和气压差异。除了核裂变和地热之外,人类使用的能源,几乎都可追溯至太阳。

换句话说,人类今天的碳排放危机,在某种意义上,是因为我们主要依赖「历史的阳光」,那些在亿万年前被植物固定、再被地质压缩保存的远古太阳能,而非「即时的阳光」。问题不在于太阳的能量供应不足,而在于我们截取的方式太过低效和间接。

这个思维框架,引出了新太空经济中一个极具想像力的能源命题:太空太阳能(SBSP)。

太空太阳能 供应几千倍能耗

目前,人类每年的总能源消耗约600艾焦(Exajoules),换算成持续功率约为19万亿瓦(约19 TW)。而地球的横切面从太阳接收到的能量,则高达约1.7亿亿瓦(约174 PW);约为人类当前总能耗的9000倍。这意味着,单是地球这个小小的横切面,每一秒从太阳截获的能量,已是人类全年能耗的数千倍;只是大气吸收、云层反射、昼夜循环等因素,让到达地面并转化为可用电能的份额,大幅缩减。

在太空中,则完全不同。在轨道上运行的太阳能卫星,没有大气衰减,没有云层遮挡,没有昼夜交替,可以24小时不间断地以接近100%的效率接收太阳辐射,再以微波或激光的形式,将能量传输至地面接收站,转化为电能。如果人类能够在太空部署足够规模的太阳能卫星阵列,哪怕只是相当于地球横截面积那么大的接收面积,所能截获的太阳能,已能满足人类当前能耗的数千倍。

当然,从构想到现实,工程挑战巨大,大规模在轨组装、长距离无线能量传输的损耗、地面接收设施的建设成本,都是必须克服的难题。但这些,正是在可回收火箭大幅降低入轨成本的前提下,才真正具备讨论可行性的议题。在每公斤入轨成本仍高达两万美元的年代,太空太阳能永远只是科幻;而当星舰将这个数字压低至100美元时,整个能源经济的算式,就会从根本上改变。

钙钛矿(Perovskite)等新一代太阳能转换材料的效率持续突破,进一步强化了这个前景。太空中的光伏组件,配合轻量化材料和在轨自主组装技术的进步,大规模太空太阳能,正从遥不可及的愿景,逐步成为本世纪内可能实现的工程目标。

资源与能源,是人类文明发展的两个根本支柱。回顾历史,每一次人类文明的重大跃升,如农业革命、工业革命、资讯革命,背后都有一次资源或能源利用方式的根本性突破。

今天,我们面对的,可能是有史以来规模最大的一次疆界拓展:从地球地壳这个薄薄的矿物「皮层」,延伸至整个太阳系的小行星带;从依赖亿万年前固定的「历史阳光」,转向直接在太空截取太阳核聚变的即时能量。

下一篇文章,我将聚焦近地轨道的具体商业应用,从卫星星座、太空数据中心,到在轨制造,探讨这些应用在新太空经济时代的现实潜力与发展进程。

(作者为星轨资本联合创办人及联席行政总裁)