- 掘金宇宙：太空工業與人類的新機遇
- (美)阿拉斯泰爾·斯托姆·布朗等
- 16538字
- 2023-12-25 10:40:05
第一部分
勢在必行
第1章 觸手可及的承諾
又一個平凡的日子開始了。麥克拿起裝備走向了控制室。這一班次的人都到齊了。沒人生病，也沒人受傷，因為除了麥克以外的“每個人”都是機器人。
這幅工作畫面可以是在描繪墨西哥灣的海上鉆井平臺上的某個工作日，也可以是在描繪在小行星上提取水和貴金屬的一個工作日。無論是哪種情況，麥克都是在極端環境下做一份有點危險的工作然后賺著大錢。他和團隊中其他四個人每次都會離家一個月，住在系在小行星上方的相當舒適的設施中。他喜歡他生活中的悖論：每天的磨煉都是一次偉大的冒險。兩名組員在安裝新系統，另外兩名組員和麥克輪班協調機器人的工作，這些機器人負責鉆探、挖掘、收集、分析和處理資源。他們靠得相當近，以避免與機器人通信時出現信號延遲問題。
近地太空工業最終會將這份悖論擺在所有有技能有膽量的高學歷人才面前。他們所做的工作將為地外定居點提供水和材料等資源，并將鎳、銥、鈀、鉑、金、鎂、鋨、釕和銠等貴金屬帶回地球。
最后三種元素很少有人知道，但是和其他幾種元素一樣，你每天都能看見它們。鋨于1803年被發現，用于制造非常硬的合金，比如圓珠筆和電觸點中的合金。釕是1844年被發現的，現在用于制造太陽能電池，將光能轉化為電能。銠是1803年被發現的另一種元素，你很可能會見過含有銠元素的熔爐線圈和飛機火花塞的電極。
2019年的一份《華爾街日報》（Wall Street Journal）上關于中美貿易摩擦的文章提道：
要點很明確。以豬肉、大豆和鋼鐵為重點的貿易摩擦掩蓋了另一場重要的貿易摩擦，而這場被掩蓋的貿易摩擦可能是西方經濟未來的關鍵。西方要想贏得這場競爭，要么得合作談判，要么得開發小行星和月球等近地天體。
我們可以在小行星和月球上開采到的礦物能變成奢侈的珠寶，也能成為汽車中的催化轉換器。這些礦物已經成為我們地球經濟的一部分了。不只是我們喜歡這些礦物那么簡單，它們還是我們日常生活的基石。我們需要它們來為世界各地提供干凈的水和在成本上可接受的交通服務。
雖然航天工業的技術進步速度很快，但是本章開頭所描述的那種采礦畫面仍然是一種對未來的美好幻想。必須先有對太空活動具有更深遠認識的公司成型并取得發展后，人類才有可能通過小行星或月球礦業獲得回報。也正是這類航天公司，不管是成熟的還是初創的，贏得了本書的關注。這些公司的工作是2035年或2040年太空活動的基石。到那時，我們可能開始開采天體并將月球上的定居點開發成人類的永久家園。
到這個節點后，所有好奇的人都會想知道開采小行星是否可行，因為它是零重力天體，機器人和人類都不能像在月球上那樣活動（具體方法請見第6章）。不過，還有一個挑戰：小行星的運動遠比月球更無章法，因此開采的第一步是穩定小行星的位置。一種可行的解決方案是利用地月之間的拉格朗日平衡點，在那些位置上，月球引起的震蕩模式將是有章可循的。
月球繞地球公轉的軌道上一共有5個平衡點（見第6章的圖6-1），在這幾個點上引力和離心力在旋轉中保持著平衡。這種平衡就和地月或是日地之間的平衡是一樣的。處于這些位置的物體往往能花費最少的能量維持在該處。
L4和L5軌道是穩定待開采小行星的理想位置。而L1和L2軌道將是登月飛船的中轉站或是月球資源大型捕集器的理想位置。正如尼爾·德格拉斯·泰森（Neil de Grasse Tyson）在他的《太空編年史》（Space Chronicles）中寫到的一樣：“對，月球是目的地，火星是目的地。但拉格朗日點也是目的地。”2小行星可以被利用并被當成衛星一樣。美國國家航空航天局實現這一目標的愿景涉及了機器人任務（在第6章中也有更詳細的探討）。
財務動因和人文結果
阿波羅登月計劃也許是人類最偉大的成就之一。但問題是，它是由一個政府構想和管理的，這個政府只是想讓它成為地球上最引人注目的表演而已。這個計劃反映出一個財政供養的龐大臃腫的太空官僚機構雖然能產生附帶的技術價值，但它的計劃比現實的目標多了一份奢望和無知，不夠腳踏實地。
如果科學家們當時就和我們現在所想的一樣，那么這場偉大的探險將成為一條直接獲利的途徑。如果它能改善數十億人的生活，那自然無可指摘。但是阿波羅計劃進行時，我們不知道近地天體能以礦物的形式提供巨大的財富。月球目前也蘊含著價值數萬億美元的礦物。
商業太空探索具有擴大經濟規模的巨大潛力，因為它能提供許多國家迫切需要的資源，使大量人口脫貧。這不是烏托邦式的幻想，而是一種現實的愿景。一些人能夠賺很多錢，而另一些本來一無所有的人也能擁有許多東西，比如水、暖氣，并且他們能夠經濟實惠地得到這些必需品。
這并不一定意味著我們能避免為爭奪資源而掀起的戰爭，比如我們為爭奪化石燃料和其他珍貴礦物而發起過的戰爭。但這樣的發展可能意味著爭奪資源的戰爭發生的概率更低。
如果你們本來在操場上爭搶糖果，這時一車瓶裝花生醬掉進了操場，那你們的目標就會發生改變。
豐富的資源只是讓我們普通人（而非宇航員）涉足小行星和月球，并在其上建造用于生活和工作的空間站的理由之一。我們還列出了其他幾個主要原因，如尋求定居點、科研、生產和獲取利潤的需求。在本章中，我們會舉例介紹關于這幾個領域的活動是如何成形的。
在電影《極樂空間》（Elysium）中，一個空間站擁有先進的技術，為地球上的權貴們提供了一個“完美”的家。可以預見的是，沖突將最終導致地球上人類文明的崩潰，而人們也不計一切代價前往空間站。
好消息是：像埃隆·馬斯克（Elon Musk）、杰夫·貝索斯（Jeff Bezos）或是理查德·布蘭森（Richard Branson）這些所謂的太空大亨們，都和朱迪·福斯特（Jodie Foster）在《極樂空間》中扮演的大反派有很大區別。換句話說，他們并沒有打算為富人們設計并維持一個用于逃跑的居住設施。雖說富人的確會成為第一批太空游客（我們將在第8章中探討這一現象），但他們的冒險意識以及他們為太空企業家創造利潤的能力對我們所有人來說可能是一件好事。
而壞消息是：電影故事中所描述的即將分崩離析的文明確實是我們的未來。我們生活在地球上一個有限的系統中，人口不斷增長，我們也不斷消耗著有限的資源來維持所謂的發達國家的高水平生活。人類趨向于不斷增長人口、占用土地、生產、浪費、開發和消耗資源。無論如何，這一切必須結束，否則社會將崩潰。即便我們能夠從天體中提取我們所需的資源，我們仍然會面對人口不斷增長的問題。而像《極樂空間》中那樣的人造近地軌道空間站、月球和之后的火星也能幫助我們緩解地球的擁擠。
邁向太空居住設施的第一步可能是本章開頭所描繪的那種環境，即類似于海上鉆井平臺那樣的臨時住所。這并不完全算是一個定居點，但這是人類適應太空前沿環境的第一步。在那之后，我們會將類似于軍用即食口糧的東西帶上飛船維持生命。我們將必須解決人類得以生存的基礎需求：食物、衣服和住所。這些維持了我們的生存，也可以讓我們的生活更有樂趣。
當然，我們目前還不能推斷出月球或火星上的第一批住民會吃什么、穿什么或者睡在哪里。但是，我們確實能夠依據現有基礎來進行預測。我們了解關于定居點早期階段的研究、發明和各種建議。
在幫助航天機構和公司解決地外環境中人類的食物、衣服和住所方面的挑戰時，最為突出的實際上是表面上與航空航天領域無關的創造性思維。在本章和其他章節中，我們還將研究具有基本日常生活技能的人，他們在我們進入太空后會在生存方面發揮至關重要的作用——比如叉車操作員、裁縫和理療師。
你有望在月球上的自己的家中釀造啤酒，但實際上你只會期待吃到真正的漢堡（本章后面的研究部分將詳細介紹啤酒）。在太空種植植物、制造水、將尿液回收凈化成可飲用的液體，這些都是合乎邏輯且并不讓人感到陌生的事情，但是沒有人能列出充分的理由讓太空飛船運送牛群。
1964年，瑞士的新陳代謝專家馬克斯·克萊伯（Max Kleiber）在美國國家航空航天局舉行關于宇航員在太空的營養和排泄物問題的專題會議時告訴參會人員，對于想吃肉的宇航員而言，哪種動物比牛更可取：
美國國家航空航天局選擇資助將人類糞便回收為食物的研究而非支持開發燉老鼠的食譜。2018年，賓夕法尼亞州立大學的研究人員宣布，他們開發出了一種回收系統，這個系統利用糞便培育可食用的細菌——它們的生物反應能將人類的固體排泄物分解成鹽和甲烷氣體。細菌以氣體為食，形成富含蛋白質的糊狀物。
在1964年的會議上，除了克萊伯提出的“老鼠論”，專家們還討論了如何依靠種植植物來長期為太空旅行者提供食物。他們探討了種植藻類、萵苣和大白菜的可能性。在兩年半后，威斯康星大學的園藝學教授西奧多·蒂比茨（Theodore Tibbitts）幫助美國國家航空航天局取得了一項重大突破——豆類種植。
在20世紀60年代早期，蒂比茨密切關注著美國國家航空航天局的太空發射時間表。每當水星載人飛船（Mercury）或是雙子星載人飛船（Gemini）升空時，他就會帶上一家人守在黑白電視前看著宇航員飛入太空。雖然他是一位研究煙草、生菜和豆類的植物科學家，而且專長是研究卷心萵苣，大部分時間里他都在威斯康星州的泥炭地里幫農民提高產量，但他對太空有著非常濃厚的興趣。
1965年，美國國家航空航天局宣布，作為登月計劃的一部分，他們將嘗試在太空中種植植物并拍攝植物的生長過程。他們想在近地軌道實驗室中驗證1964年會議中大家的推測。
美國國家航空航天局的行動涉及生物衛星，他們與洛杉磯的北美航空公司合作，開始尋找園藝專家合作進行該項目。在外太空培育并拍攝植物的生長過程并非易事，由于處于失重狀態，土壤會飄浮，水會變成飄浮的水滴。很巧的是，蒂比茨正要休第一個學院輪休假。他申請參與生物衛星項目，美國國家航空航天局同意了。1965年，蒂比茨搬到洛杉磯的太平洋帕利塞德市，他在那待了一年，幫助美國國家航空航天局開發第一個裝著豆類飛上太空的航天器，并用電影攝像機記錄它們是否會生長、如何生長。
在加利福尼亞幫助美國國家航空航天局開發豆類培育系統一年后，蒂比茨回到了威斯康星大學。然后，在1966年12月14日，美國國家航空航天局發射了“生物衛星1號”并證明了植物可以在太空中生長。該實驗還揭示了一個獨特的現象：盡管沒有白天和黑夜之分，豆葉還是會隨著日落和日出的節奏而擺動。通過延時攝影可以觀察到，豆葉會在零重力環境下輕快地擺動，就像是在游行中歡快揮手示意的公主一樣。
緊接著的是1967年9月發射的“生物衛星2號”，蒂比茨發現自己已經成為一名太空植物學家，他也越來越想要參與到更多的太空飛行之中。這份熱情的表現方式也十分不尋常。在他第一次乘坐波音747飛往洛杉磯進行進一步研究時，飛機遭遇了猛烈的湍流。雖然空乘人員警告說“系好安全帶，不要離開座位”，但他卻悄悄對自己十歲的兒子斯科特說：“跟我來，他們不會看見我們的！”然后，他解開安全帶，帶著兒子偷偷溜到飛機的后部廚房待在別人看不見的地方，等待亂流使飛機急速下降。他們倆抓住飛機下降的時機跳了起來，得以在廚房里飄浮一兩秒鐘，體驗失重的感覺。“只是想體驗一下宇航員的感覺。”斯科特給我們講了他小時候的這個故事，而他也投身了太空事業，這個故事正與火星有關。4
在飛機上這一跳的30年后，西奧多·蒂比茨仍在與宇航員們肩并肩工作著。
在1988年，威斯康星大學園藝系西奧多·蒂比茨領導的團隊發表了一篇名為《太空中種植土豆的栽培體系》（Cultural Systems for Growing Potatoes in Space）的論文。如果你讀過或者看過《火星救援》（The Martian），那么你可以認為馬特·達蒙（Matt Damon）在電影中的火星求生的理論基礎就是由蒂比茨提出的。《火星救援》一書的作者安迪·威爾（Andy Weir）理解了蒂比茨在論文中所闡述的內容并精準地對其進行了戲劇化改編，闡明了在其他天體上居住的人們是如何重新思考食物的培育種植事宜，又有哪些作物可以培育出來：
所以，如果你想加入到太空探索中，那么園藝學可以加入你的職業技能學習清單中了。
但是，太空土豆學家只是園藝/農業團隊成員的一部分，另外還應包括翻斗式裝載機和水提取設備的操作員。使用裝載機等重型設備的培訓將在勞工培訓學校進行，而從事抽水作業的人員可能包括了工程師、技工和勞工。
還需要考慮的是，操作和修理重型器械的勞工為了要在天體上進行操作，需要更多的培訓。熟悉月球土壤和冰凍小行星的人需要為那些在培訓學校教授翻斗式裝載機操作技巧的人提供指導。機械師需要在低重力環境中進行維修的培訓和實踐。我們甚至還要考慮重新設計和改裝裝載機，使其能在新的環境中發揮作用。
當然，團隊中每個成員面臨的挑戰都會隨著所處環境不同而發生改變。如果目標是種植莊稼，那任務就是找到水資源。月球表面存在著微量的水，但是水和冰可能存在于月球兩極寒冷陰暗的隕石坑中。總的來說，我們所知道的小行星提供了大量的水。在這些太空巖石中，散布著4000億～12000億升的水。然后說說火星。火星表層土壤是最干燥的，據估計，在更深的地層中，火星土壤的平均含水量至少為3%。在有恰當設備的時候，生存所需的水和氧氣都可以從火星土壤中提取。
首先，團隊的成員必須挖掘黏土礦物、冰或者兩者的混合物（永久凍土）。冰在溫度極低時非常堅固，永久凍土是難以挖掘的。
其次，團隊成員需要將挖掘出的材料升至高溫以釋放出水分。如果他們開采極地冰塊，那么會非常容易，但是在極地冰蓋和其附近建立定居點毫無意義（至少現在看來是這樣的），因此團隊成員必須將精力集中在從黏土或水合鹽中提取水這一艱巨任務上。
要想提取水資源，我們只需進行加熱。翻斗式裝載機可以裝起土壤然后將其裝載到卡車上，由卡車將土壤傾倒在傳送帶上運向水提取設施。然后通過水提取設施提取水，最后將水儲存在水箱中。
如果土壤的含水量為3%，那么使用100千瓦功率的提取系統，每天可以生產700千克的水；如果利用核能發電機的廢熱，則可生產多達1.4萬千克的水。這些水用于飲用和種植農作物綽綽有余。一開始我們可能無法種出所有的作物，但至少現在知道我們能利用這個系統種土豆。
在低端宇航服方面，有安德瑪公司（Under Armour）為維珍銀河公司（Virgin Galactic）的太空游客所設計的未來風格服飾。而高端宇航服能應對的環境不僅只是亞軌道飛行。作家邁克爾·多布森（Michael Dobson）就擁有這么一套罕見的服飾。
多布森成為國家航空航天博物館（National Air and Space museum）的工作人員時，該館剛好正在更名并搬遷到現在位于華盛頓特區購物中心的位置。在1971年，史密森學會（Smithsonian Institution）將“航天”二字添加到了這座博物館的名字之中，邁克爾·科林斯（Michael Collins）也很快受邀管理該館。在隊友尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林在月球表面行走時，柯林斯坐在“阿波羅11號”的指揮艙里繞月飛行。作為該館策展團隊的一員，多布森能夠接觸到進入博物館的藏品。這些藏品包括了數十件從未進入過太空的宇航服，所以這些藏品注定是用于研究而非單純的展覽。多布森解釋道：
多布森向一位高級同事提道，他想擁有一套“阿波羅7號”宇航服，而且自己獲得了許可。他得到的唯一回復就是“別把它賣了！”現在，宇航服掛在多布森在馬里蘭州的辦公室里，他在那里撰寫關于商業問題的書籍——也包括了太空商業。他參與編寫部分章節的書籍包括了《航天系統應用工程學》（Applied Space Systems Engineering）和《航天系統應用項目管理》（Applied Project Management for Space Systems）。
我們在為編寫這本書與多布森交談時，他提到了一件關于那件宇航服的趣事：是倍兒樂公司生產的那件宇航服，就是那個以生產胸罩和緊身褡而著稱的公司。倍兒樂公司專注于生產太空服的部門于1971年采用了ILC多佛（ILC Dover）這一名字并繼續在整個阿波羅計劃期間開展太空服裝業務，挫敗了國防承包商進入零重力高級服裝業務領域的計劃。在雜志《快公司》（Fast Company）紀念“阿波羅11號”登月50周年的文章中，簡要描述了倍兒樂當時遇到的挑戰：
鑒于宇航員需要在陽光直射下工作，宇航服必須既靈活又堅固，能夠承受-170℃到115℃左右的溫度變化。這些要求使設計難度非常高。宇航員需要行動自由，以便能夠攀爬、扭動身體和采樣，同時還要考慮到被時速36000英里[2]的微隕石擊中的可能性。
到“阿波羅11號”登月計劃的準備階段時，倍兒樂/ILC多佛公司的員工數已經增加到了1000人左右，然后在阿波羅計劃結束后就僅剩25人了。但ILC多佛公司卷土重來，他們設計了航天飛機任務使用的太空服，這些太空服有可替換的部件。然后他們開始為第一個火星車制作緩沖囊以防著陸時的沖擊。他們也有其他項目，并為建造未來的太空居住設施做出了貢獻。這些項目的相同點在于，他們總是使用柔韌的材料來保障人員和設備的安全8。在撰寫本書時，該公司在招職位實際是在面向未來的太空時代，包括了團隊組織員、太空服組裝員，還有前工業時代的工種，如專業縫紉工。
消費者唯一想要的宇航服
照片由艾倫·尤斯塔斯提供，由沃爾克·柯恩（Volker Kern）于高空跳傘紀錄被打破的當日清晨拍攝。尤斯塔斯、宇航服、胸包和降落傘的總重量約為405磅。
杜邦公司是倍兒樂/ILC多佛公司的技術合作伙伴，但并非實際的合作伙伴。阿波羅宇航服21層中的20層的技術都是由該公司開發的。14在史密森學會的“太空中的衣物”展會中，該公司展出了許多令人交口稱贊的宇航服相關產品，因為這些產品在地球上也有許多用途，包括：
多年以來，這些適合太空環境的材料的新一代版本已經推出，這些材料很有可能用于制作未來的宇航服，以便宇航員進行艙外活動以及在空間站和居住設施之間往返。宇航員在國際空間站上穿的衣服，表明了未來太空自耕農會穿什么樣的衣服。
國際空間站上的美國和俄羅斯宇航員可以穿自己國家制造的工作服——連褲工作服和內衣使用的是地球上常用的纖維。國際空間站內的氣壓與地球上的大氣壓相同，也保持著舒適的溫度和濕度。因此，除了在發射和再入以及太空漫步階段外，正常的衣服都可以使用。最大的不同在于，國際空間站上的駐扎人員沒有太多的能力清洗衣物。他們會非常注重保持內衣的衛生，臟衣服會放進某種容器里然后在重新進入地球大氣層時將其焚毀。
當我們在天體上有定居點時，臟衣服就不成問題了。美國國家航空航天局也已經在開發一種適用于低重力環境的洗衣機。15
太空飛船是一種新型的太空載具。它可以重復使用而且功能多樣：發射和回收衛星、攜帶太空實驗室和居住設施、幫助建造空間站以及運送人員。考慮到航天飛機的載荷限制以及私營企業公司發射火箭的載荷限制，富有創造性思維的思想家將考慮如何將人類的居住設施從地球轉移到天體之上。
在2016年，美國國家航空航天局選擇了6家美國公司來開發深空居住設施的原型。投標的設計必須與美國國家航空航天局提出的月球門戶計劃（Lunar Gateway）相兼容，即一個用作通信樞紐和短期居住艙的空間站（注意：我們認為擬定的門戶計劃是有缺陷的，并在本書第四部分解釋了原因）。目前的計劃是盡快推出門戶的基本骨架，以便在2024年將其用作臨時站點，方便讓宇航員從航天器轉移到登陸器上，以便登陸月球。
實現建成居住設施的想法殊途同歸，可行的模型最終可能都能為人類解決短期和長期的住所需求。在兩種設想中的太陽能居住設施的模型中，都涉及了充氣技術，另外兩種則計劃重新利用現有設備，還有一種居住設施模型需要進行一定的組裝才能到達太空。6種居住設施設計的詳細信息都將在第7章中介紹，屆時還會介紹月球表面和火星住所的替代方案。
美國國家航空航天局于2019年7月19日結束了招標。最終的結果是，諾思羅普·格魯曼（Northrop Grumman）公司是唯一“能夠在2024年這一截止日期前，完成模塊設計并擁有足夠的生產資源按時交工”的承包商。16中標的構想是一個小到商業運載火箭都能發射的居住設施。建造將在名為“天鵝座”（Cygnus）的貨運飛船上進行，該飛船已經在生產過程中了[2014年10月，私人太空公司軌道科學（Orbital Sciences）的貨船“天鵝座”CRS Orb-3在第4次嘗試抵達國際空間站時在發射平臺上爆炸。但是，自動化航天器現在是由新公司——諾思羅普·格魯曼公司制造的]。
未來前往月球的宇航員、研究人員、游客甚至可能還有作家，都會在短期內居住在這樣的設施中。現在的計劃是通過在基礎的門戶空間站添加模塊以延長其使用時間。但即使在第一階段，人員停留的時間不長，所有的設計還是想讓居住者能盡可能地感到舒適。我們在為太空自耕農設計永久性設施時會考慮到什么？看看提供給美國國家航空航天局執行門戶計劃的模型就知道了。
其中一個必需的功能就是輻射保護，輻射能摧毀任何沒有防護的生物。有這么兩種利用當地材料的解決辦法：
這種表層土壤也可以搬到先進空間站上用作屏蔽物。我們也可以將月球巖石粉碎成骨料再與水泥漿混合形成月球混凝土。用鋼或玻璃纖維對其進行加固，增加抗彎強度并限制微裂紋的形成。月球混凝土具有很強的抗壓性，內表面敷上密封劑就能用于建造月球建筑。
用月球混凝土制成的月球基地有以下優點：
混凝土可以成為月球基地擴張的主要建材，可以在月球表面進行生產。唯一需要從別處運輸過來的原料是氫氣，用于生產水（當水蒸氣被陽光分解時，水蒸氣中存在的氫元素都會流失到外太空當中）。
國際空間站是展開數以千計的研究試驗（包括了生物學和生物技術、地球和空間科學、人類研究、物理科學和技術等領域）的場所。所有這些研究都旨在幫助我們了解天體內部和周圍的生命，或者讓我們對地球上面臨的問題（例如疾病）產生不同的看法。與某些科學家所說的相反，國際空間站可以繼續發光發熱，尤其是對公司的研究和開發計劃相當有益。它甚至能成為一個工業園區，許多不同的公司使用它來測試有朝一日可能上市的新產品。他們也可能將國際空間站用作小規模生產這些產品的工廠。迄今為止，大約已有1000億美元被用于國際空間站的建造和維護，這點理由足以激勵我們繼續使用它。
只要粗略地了解一下只能在或最適合在零重力或微重力環境中進行的研究，就不難發現，在醫學、農業、交通等領域中，這種研究都蘊含著巨大的機遇。美國國家航空航天局專門制作了一本手冊，發給對微重力或零重力研究感興趣的商界人士和學術研究人員，并向他們概述了這種環境的優勢。該手冊在“微重力對材料系統的好處”一節中羅列出了以下內容：17
撰寫該手冊的美國國家航空航天局艾姆斯研究中心（NASA Ames Research Center）也同樣為生命科學研究提供了有利的環境。
《奇點中心》（Singularity Hub）發表了一篇關于在國際空間站上的“不同尋常的項目”的文章，該文章準確地列舉出了最適合在地外環境中進行的各種科學研究。18請關注與“不同尋常的項目”相關的有吸引力的工作，在某些情況下是有些奇怪的：
當然，上述部分實驗已經在地球上開始進行了。然而有些實驗因為有潛在危險所以無法在地球上進行研究和開發。其中一個例子就是與熱核火箭系統相關的研發，旨在發明出新的運輸技術，能顯著縮短人類從地球前往火星的時間。這樣宇航員就不用花費九個月到幾年的時間（或更長時間）依賴先進的生命維持系統在太空中航行，而這套維生系統需要大量的食物、水和燃料。并且更長的航行時間意味著有更大的風險，比如碰上宇宙輻射爆發等。
核熱火箭使用核反應堆將推進劑加熱到高溫，然后推進劑由超音速噴嘴噴出，從而產生推力，這與傳統火箭發動機的工作方式類似。但熱核火箭可以用低分子量的推進劑，例如高溫氫氣。
核熱系統可以用于第二代火箭。這個構想對于從地球到火星階段的人類星際運輸來說也十分有意義。我們會在第5章中更詳細地探討這點。
與組成人類身體的材料不同，某些材料非常適合在太空中發揮作用。此外，太空環境的條件可以允許生產人員改進制造工藝，減少缺陷并提高性能，還能使用在零重力或低重力環境中具有不同特性的材料來制造產品。未來一段時間里，地外制造設施的出口產品將變得更普遍，因此大家可以將出口管理方面的MBA（工商管理學碩士學位）視為太空相關職業的敲門磚。
氟化物玻璃光纖（ZBLAN）可能會是出口到地球的首批產品之一，其名字來源于其化學方程式ZrF 4-BaF 2-LaF 3-AlF 3-NaF。現代數字世界依賴于比人類頭發還細的線路，這些線路以每秒數十億個脈沖的速度遠距離傳輸能量光脈沖；換言之，我們越來越依賴光纖。現在的光纖是由石英玻璃制成，但這種光纖會產生信號損耗，所以需要搭配昂貴的中繼器。相比之下，ZBLAN的信號損耗可能是石英光纖的十分之一到一百分之一。不幸的是，在地球上制造的ZBLAN并沒能展現出這份潛力：
科學家通過使用國際空間站國家實驗室來生產ZBLAN，避免重力帶來的不利影響。
像太空纖維光學公司（Fiber Optics Manufacturing in Space）、太空制造公司（Made in Space）和物理光學公司（Physical Optics Corporation）等商業公司抓住機會希望在近地軌道生產ZBLAN，并且他們也正在國際空間站上這樣做。據美國國家航空航天局高級經濟顧問亞歷克斯·麥克唐納（Alex MacDonald）說，考慮到地球人對高速互聯網和通信的依賴程度，雖然將原材料送入太空的硬成本和軟成本目前已達到“每千克數千美元”，但帶來的收入仍然十分可觀。23
月球的低重力可以使月球產品比地球產品更好、更精細。除了ZBLAN之外，還有許多其他產品可以在低重力環境下以更低缺陷率和更高效率進行生產，包括更精細的玻璃、更純凈的化學品和藥物、計算機晶體和具有各種用途的合金。
太空制造和回收也會涉及留在地球外的產品和設備。太空制造公司成立于2010年，該公司的愿景為“讓太空成就企業”，并與美國國家航空航天局合作，努力在將自己的口號變為現實。他們開發了在微重力環境下的增材制造技術。他們的第一個方向就涉及3D打印機，能使宇航員在飛船上制造零件，這遠比從地球運送零件更便宜，因此可以作為替代方案。太空制造公司現在正在開發一種名為建筑宇航員（Archinaut）的機器人系統，可以自主組裝硬件，從而使在太空中建造衛星和儀器成為可能。在最初的3D打印機項目成功后，美國國家航空航天局也與另一家增材制造風投企業系繩無限公司（Tethers Unlimited）展開了合作，將“重塑者號”（Refabricator）搬上了國際空間站。它是3D打印和回收功能二合一的機器，可以幫助宇航員將空間站上的塑料變為3D打印機的細絲，這樣宇航員就擁有了進行維修的材料。
有一種辦法可以承擔采礦、運輸、建造定居點和其他近地活動的費用，而且不需要公民背負沉重的稅收負擔。如果將太空探索和開發交由政府機構來執行，則一定讓廣大民眾掏腰包。實際上，太空項目可以自負盈虧。利用月球和近地小行星的自然資源，我們就能生產出太空和地球所需的產品，且不必擔憂銷路。這個過程不僅降低了月球、火星項目的成本，而且還可能產生足夠的利潤來反哺地球經濟。
要想贏利，至少需要經過兩個階段。第一個階段涉及的是愿意承擔高風險并希望得到風險背后巨大投資回報的公司。第二個階段，將涌現第一批開拓者們的競爭者，這些競爭公司涉及的業務包括天體開采和出口到地球的產品的制造。他們面臨的財務風險較小，但利潤也會減少，他們的成果將有助于壓低出口到地球的貴金屬和產品的價格。這實際上非常棒！不僅愿意承擔風險的公司會在第二階段贏利，地球上的人們也會因鉑族金屬資源成本降低而受益，鉑族金屬是無污染汽車和清潔能源技術的關鍵資源。
就拿小行星開采來舉例，在開采早期，雖然將小行星捕獲到近地軌道（或是拉格朗日點之一）并建造附屬的基礎設施需要成本，但是這個成本遠低于小行星礦業所帶來的巨額財富。X獎金競賽（X Prize）創始人彼得·迪亞曼迪斯（Peter Diamandis）和全球性投行高盛集團（Goldman Sachs）都宣稱“第一個億萬富翁將在太空中誕生”。24
如果以21世紀初期的美元計算，產生這種天文數字利潤背后的成本和收入又是多少呢？開始的成本會以10億計，但我們可以像上面的“專家”們所預測的那樣，放眼于數萬億甚至更多的利潤。
由加州理工學院凱克空間研究所（Keck Institute for Space Studies）與美國國家航空航天局聯合開展的一項可行性研究得出的結論是，小行星開采是可以實現的。該研究闡明了捕獲小行星和開發其資源的過程：
接下來，讓我們為潛在利潤狂歡吧。有一個名為“史丹索特統計研究”（Statistica Research）的團隊，該團隊由數百名研究專家組成，專門負責收集、處理和共享數據。該團隊提出，一顆名為黛維達（Davida）的巖質小行星（對，小行星都有名字）估計價值為2.699萬萬億。26這塊巖石小行星有如此高價值的原因是富含鎳、鐵、鈷、水、氮、氫和氨。但是被評估出如此高價值的小行星可不止它一個。該小行星帶中還有其他14顆價值在2500萬億到7000萬億的小行星。
在本章結尾，我們希望你能認識到太空工業的收益和回報突破天際，比現在所有大膽的企業家所賺取的美元或歐元還要多。凱克空間研究所研究得出了結論，小行星開采的潛在利益是不可估量的。根據這份研究，還會得出以下的部分結果：
因此，除了開展小行星開采的企業能獲得經濟利益外，小行星開采也對科學探索方面的跨國合作提供了機遇和激勵。樂觀主義者甚至可能會說，這能使地球上的人類互動變得更加和諧。
圖1-1 數十年前的小行星開采觀點：相關步驟及縮短后的時間表
資料來源：1991年，美國政府印刷辦公室（US Government Printing Office），《處在門檻的美國：美國太空探索計劃綜合小組的報告》（America at the Threshold：Report of the Synthesis Group on America’s Space Exploration Initiative）。
持懷疑態度的朋友們會問：“地球上還有這么多貧困人口，疾病也沒被消滅，我們為什么還要投入金錢和技術來探索太空？”你應該回答，答案就在問題中。我們進入太空正是因為地球上有貧窮和疾病。我們進入太空是因為如果我們不探索太空，那地球上資源的不平衡可能會導致地球毀滅。我們將進入太空以滿足醫學上的迫切需求——治愈不治之癥，找到修復受損身體的新方法。
太空探索實際上關系到地球上人類的生活質量，至少在可預見的未來是如此。