Så kan vi gå av från jorden redan och börja bygga baser på månen eller en asteroid? Som framhöll i ett nyligen publicerat blogginlägg för Office of Science and Technology Policy, kan ett sätt att göra det snabbt vara att använda resurser på webbplatsen. Men hur kommer vi ens igång? Har vi råd att göra det nu i detta tuffa ekonomiska klimat?
Space Magazine pratade med Philip Metzger, en tidigare senior forskningsfysiker vid NASA: s Kennedy Space Center, som har utforskat detta ämne omfattande på sin webbplats och i publicerade artiklar. Han hävdar att att göra utrymme på detta sätt skulle likna hur pilgrimerna utforskade Nordamerika. I den första av en tredelad serie beskriver han skälen och de första stegen för att göra det där.
UT: Det har sagts att att använda resurser på månen, Mars eller asteroider kommer att vara billigare än att transportera allt från jorden. Samtidigt finns det inneboende startkostnader när det gäller att utveckla teknik för att göra denna utvinning och även skicka denna utrustning dit, bland annat. Hur förenar vi dessa två verkligheter?
PM: Rymdindustrin kommer att ha en enorm återbetalning, men det kommer att vara dyrt att starta. För flera år sedan blev jag frustrerad eftersom jag inte trodde att enbart kommersiella intressen skulle vara tillräckligt för att få det fullt igång inom vår generation, så jag ställde frågan, kan vi hitta ett billigt sätt för världens regeringar (eller filantropister eller andra som kanske inte har ett omedelbart kommersiellt intresse) att komma igång helt enkelt på grund av de samhälleliga fördelarna det kommer att ge? Det är därför som mina kollegor och jag skrev uppsatsen "Affordable Rapid Bootstrapping of Space Industry and Solar System Civilization."
Vi förespråkar en bootstrapping-strategi eftersom det hjälper till att lösa problemet med de höga startkostnaderna och det gör det möjligt för mänskligheten att börja skörda fördelarna snabbt eftersom vi behöver dem snabbt. En bootstrapping-metod fungerar så här: istället för att bygga all hårdvara på jorden och skicka den ut i rymden redo att börja tillverka saker, kan vi skicka en reducerad uppsättning hårdvara till rymden och bara göra lite av det vi behöver. Vi kan skicka resten av de tillverkade delarna från Jorden och kombinera dem med det vi gjorde i rymden. Med tiden fortsätter vi att göra detta tills vi utvecklas till en fullständig tillverkningsförmåga i rymden.
Så här byggde kolonier på jorden sig tills de så småningom kunde matcha branschens hemland. Pilgrimerna, till exempel, tog inte med hela fabriker från Europa på Mayflower. Nu tog det hundratals år att bygga upp den amerikanska industrin, men med robotik och avancerad tillverkning och med viss avsikt kan vi få det mycket snabbare till ett överkomligt pris. Vi har gjort en viss rudimentär modellering av denna uppstartsstrategi och det ser ut som om det skulle vara en liten del av vår årliga rymdbudget och det skulle kunna etablera industrin inom bara decennier.
Det som jag tycker är ännu viktigare än kostnaden är att vi med en bootstrapping-metod kan komma igång direkt. Vi behöver inte slutföra hela designen och utvecklingen framåt. Det sprider också kostnaden över tid så att de årliga utgifterna är mycket låga. Och det ger oss tid att utveckla vår strategi, ta reda på vad som fungerar och vad som kommer att få en mer omedelbar ekonomisk återbetalning när vi fortsätter. Många människor letar efter de omedelbara sätten att få en återbetalning i rymden, och det finns några bra idéer och jag är säker på att de kommer att bli framgångsrika. Ett exempel är att skapa en gruvdrift som tankar kommunikationssatelliter i geosynkron bana. Dessa typer av aktiviteter kommer att bidra till och kommer att dra nytta av ansträngningarna att starta industrin i rymden, och de kommer att generera intäkter för att finansiera sin del av insatsen.
UT: Varför tycker du att månen är en bra plats att starta verksamheten? Vad skulle vara några aktiviteter att börja med där? Hur flyttar vi därifrån till resten av solsystemet?
När mina kollegor och jag skrev uppsatsen fokuserade vi delvis på månen eftersom det var under NASA: s Constellation-program för att upprätta en månpost. Det är dock lika möjligt att använda asteroider nära jorden för att starta denna rymdindustri, eller att använda båda. I alla fall måste vi starta rymdindustrin nära jorden. Det kommer att hålla transportkostnaderna låga under uppstarten. Det ger oss också möjlighet att arbeta med mycket kortare tidsfördröjning i radiokommunikationen, vilket är viktigt i de tidiga stadierna innan robotik blir tillräckligt automatiserad. Idealt kommer branschen att vara helt automatiserad; vi vill att robotar ska förbereda vägen för människor att följa.
Men om vi tror att vi kommer att behöva människor under den första uppstarten av branschen - till exempel för att fixa eller felsöka trasig hårdvara, eller att göra komplexa uppgifter som robotar inte kan göra ännu - blir start av jorden ännu viktigare. Det visar sig att både månen och asteroiderna är utmärkta platser för att starta industrin. Vi vet nu att de har rikligt med vatten, mineraler från vilka metaller kan förfinas, kol för framställning av plast, och så vidare. Jag är glad att det finns företag som planerar att utveckla gruvdrift på båda platserna så att vi kan se vad som fungerar bäst.
En annan anledning att starta industri nära Jorden är så att den kan ha en tidig ekonomisk återbetalning. I slutändan, när allt inklusive rymdskepp och tankning depåer görs i rymden av autonom robotik, då industrin blir självförsörjande och det kommer att betala oss oskattligt utan ytterligare kostnader. Att komma till den punkten kräver dock en del seriösa investeringar, och det blir lättare att göra investeringarna om vi får tillbaka något. Så vilken typ av återbetalning kan det ge oss på kort sikt? Jag har en lista med idéer om hur man kan tjäna pengar i rymden, och det finns cirka 19 artiklar på listan, några galna och andra inte så galen. Några av de allvarliga idéerna är: rymdturism; tillverkning och försäljning av drivmedel till NASA för utforskning och vetenskapliga uppdrag; returmetaller som platina till salu på jorden; och tillverkning av reservdelar för andra aktiviteter i rymden.
Några av de inledande sakerna vi kommer att göra på månen eller asteroiderna inkluderar perfektionering av gruvtekniker med låg tyngdkraft, att lära sig att göra solceller ur regolith och lära sig att utvinna användbara metaller från mineraler som inte skulle betraktas som ”malm” här på jorden. Alla dessa är möjliga och kräver endast blygsam investering för att få dem att fungera.
Det kommer att kräva decennier av ansträngningar för att göra rymdindustrin självständig. Kanske två decennier om vi kommer igång direkt och arbetar stadigt, eller kanske 5 decennier om vi har en lägre finansieringsnivå. Men om robotik går framåt så snabbt som robotikerna förväntar sig kommer det snart ingen tillverkningsuppgift som en robot inte kan utföra. När den dagen kommer, och vi har satt upp en komplett leveranskedja i rymden, kommer det att vara en enkel sak att skicka uppsättningar hårdvara till det huvudsakliga asteroidbältet för att börja gruvdrift och tillverkning där det finns miljarder gånger resurserna mer än vad vi har på jorden.
Då kunde industrin bygga landningsfarkoster för att ta utrustning till ytan av Mars där den kan bygga städer och så småningom till och med terraforma planeten. När vi har maskiner som kan använda lokala resurser för att utföra arbete och bygga kopior av sig själva, kan de utföra samma roll på torra världar som det biologiska livet har utfört här på vår våta jord. De kan förvandla miljön och bli livsmedelskedjan så att dessa världar kommer att vara platser där mänskligheten kan arbeta och leva. Jag inser att detta låter för ambitiöst, men 20 till 50 års tekniktillväxt kommer att göra en stor skillnad, och vi pratar bara om tillverkning - inte raketvetenskap - och det är något som vi redan är ganska bra på här på jorden. Med bara lite extrapolering in i framtiden är det inte en gal idé.
UT: Vilka är de viktigaste utrustningarna och robotik som vi behöver uppe för att uppnå dessa mål?
PM: Det finns ett intressant open source-projekt som utvecklar det de kallar ”Global Village Construction Set.” Det är 50 maskiner som kan starta om civilisationen. Det innehåller saker som en väderkvarn, en traktorgrävare och en 3D-skrivare. Vad vi behöver är motsvarande "Lunar / Asteroid Village Construction Set."
En studie gjordes av NASA 1980 för att fastställa vilken uppsättning maskiner som behövs i fabriker på månen för att bygga 80% av sina egna delar. De andra 20% skulle behöva levereras ständigt från jorden. I vårt dokument hävdade vi att vi kan börja med mycket mindre än 80% stängning, vilket gör det billigare och låter oss starta idag, men systemet bör utvecklas tills det når 100% stängning. Så den första uppsättningen hårdvara kan göra råa solceller, metall, 3D-tryckta metalldelar och raketdrivmedel.
Att ha just detta kommer att göra det möjligt för oss att göra en betydande massa av nästa generation hårdvara och stödja transportnätet. Med tiden vill vi utveckla en hel leveranskedja som skulle vara mer omfattande än bara 50 olika typer av maskiner. Men innan vi lägger något i rymden kommer vi att testa dem på robusta platser här på jorden, och under processen kommer vi att upptäcka vilken uppsättning maskiner som är mest meningsfullt för den första generationen. Tanken är att lära sig när vi går, så att vi kan komma igång direkt.
Detta är den första i en tredelad serie om att bygga en rymdbas. Imorgon: Hur mycket pengar skulle det behöva? I övermorgon: Att göra fjärrrobotar smarta.
