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马斯克与Space X:探索太空为何如此重要且刻不容缓?(上)

马斯克与Space X:探索太空为何如此重要且刻不容缓?(上)

好人长安君原创作品

(全文共计3700字,阅读需10分钟)

最近看到一个美国媒体公布的美国市场品牌价值排行榜(主要为美国品牌,国内企业仅华为和TikTok上榜),看完榜单后,我忽然发现Space X和特斯拉同时在前十名行列内,而Space X排名第五,还在特斯拉之前。

其实早就想做一个关于马斯克和Space X的比较具体的内容,关于Space X的业务规划以及相对应的战略价值(包括星链计划在内),关于这家公司与NASA的关系,关于马斯克与它之间的关联,关于它令人激动的应用前景等等。

我认为我们应当知晓三件事:第一,探索太空为什么如此重要且迫切?第二,Space X到底有厉害?它可以解决哪些事情?第三,马斯克的野心,以及对这个世界的改变会是什么?

我们首先来了解第一件事——探索太空为什么如此重要?

要搞清楚这件事,实际上就是弄明白以下几个问题:

第一,以现在的科技水平,地球人口会超过100亿吗?

第二,一百年后,人类可以在太空定居吗?

第三,海洋和陆地是人类生存的基础,那现在为什么要探索太空?

第四,探索太空,真的能让世界变得更好吗?

今天先聊聊前两个问题。

马斯克与Space X:探索太空为何如此重要且刻不容缓?(上)

第一个问题:以现在的科技水平,地球人口会超过100亿吗?

从世界人口增长曲线可以看出,工业革命之后,世界人口增速大大加快,而从二战之后开始,世界人口增速明显进一步加快。与这个曲线同步的主要有两个影响因素:第一是社会环境的变化,第二是科技水平的变化。

简单来说,影响人口规模的主要因素有两个:第一是科技水平;第二是包括战争在内的各类型资源争夺行为。

前者通过对生产力的极大释放与促进,来提升人口规模。举个例子,古代你一个人种一百亩地,天灾容易歉收,种植技术落后导致亩产很低,好的年景你能养活三十个人,坏年景可能一家人果腹都难,而且整个国家能够耕种的土地很有限。但是科技水平的提升,可以让亩产量迅速提高,对抗天灾的能力迅速提升,甚至你一个人可以种一千亩地,整个国家的可耕种面积也能获得提升,能养活的人能成倍增加。而这个时候,生存危机感下降之后,人口规模是很容易提升上来的。

而后者通过对各类型资源的争夺,将极大地限制人口规模的提升。接着上边的例子来讲,该国家随着科技水平的提升,人口规模迅速提升,而后科技水平的发展放缓,经济水平同步放缓,但是人口发展自有其惯性,这个时候,资源的不足就会从底层逻辑上推动着整个国家去“开源节流”,所谓开源,就是用包括发动战争等方式来争夺外部资源,所谓节流,就是控制人口增长。在历史上,开源节流往往同步发生,因为资源争夺行为往往伴随着战争,而战争从本质来讲,可以说是“开源节流最高效”的方式。

如果你能深刻明白这两者之间的复杂关系,就会发现这是一个几乎无解的问题——科技水平提升促进了人口规模增长,人口规模增长加快了资源消耗,资源消耗导致的各类紧缺又催生了战争……

顺便说一句,二战的结束不是因为人口锐减,资源与人口规模重新达到一个平衡,而是因为科技水平的提升让人类可以利用的资源变得更多,也因而提升了人口规模发展上限。

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但不管怎么说,科技发展一旦放缓,或者人口规模一旦再次上升到一个阈值,那么同样的怪圈将再次出现,而它的成立基于这样一个事实:每个科技水平所对应的可利用资源总量是固定的,而科技水平越高,意味着资源消耗速度越快,可利用资源总量减少的越快,那么谁占有的资源越多,理论上来讲就拥有更好的生存机会,以及更久的生存时间。

那么这个怪圈能否被打破?

当然可以,方法也很简单,提升科技水平,在现有可利用资源总量的基础上增加新的可利用资源。

但这很难,很难,很难。

就比如说现在的能源危机爆发,那是因为现有的能源技术水平仍然停留于电气时代,而这种技术水平所对应的可利用资源已经无法充分支撑起80亿人体量的消耗。

马斯克与Space X:探索太空为何如此重要且刻不容缓?(上)

电气时代刚刚起步的时候,中国还处于清朝统治时期,地球上大部分地区处于封建时代甚至更为古老的社会结构统治之下,当时全球的人口规模大约在20亿(1860s),而随着科技水平的提升,能源技术的发展着眼于利用,而非扩增更多的更大规模的可利用能源,所以一个半世纪过去后,目前人类社会主要使用能源依然是不可再生的化石能源,但现在的人口是80亿,它对于可利用资源的消耗在迅速增长,但没有新增的可利用资源。

目前虽然有各种风光水电新能源,以及真正具备大规模应用前景的核电,但它们目前仍无法取代传统能源。

如果能源技术水平依然长时间无法突破,那么资源争夺必然发生,人口规模的增长必然会被打断,甚至于因为威力更大的武器的出现,人口规模甚至会出现倒退。

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在我看来,二战之后的全球贸易框架改变了过往的资源争夺方式,人类从武斗改为文斗,从而诞生了宝贵的和平发展大环境。但能够维持这个情况,主要原因还在于二战后科技水平的提升,极大缓解了各国的资源焦虑,信息时代的到来,也从一定程度转移了这种焦虑。

但现在,随着人口规模的迅速提升,能源技术包括其他各类技术的发展,都无法解决“可利用资源正在越来越快被消耗掉”的这个问题。

所以我认为,在现有科技水平下的人口规模(78.9亿)已经趋近了上限,甚至超越了上限。

而科技发展的必经之路,就是解决这一类事关生存危机的问题。

在现有的可选路径中,核电就是理论上替代化石能源最好的革命性能源,或者说以“轻原子”(氢氦同位素)为主要核燃料的可控核聚变,将开启下一个能源时代,并最大程度上解决由科技水平与可利用资源总量所限制的人口规模增长问题。

但并不能完全解决,因为人口规模的增长不仅仅受限于能源天花板,那么完全解决的方法在哪里呢?

在太空。

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第二个问题:100年后,人类可以在太空定居吗?

别的不说,如果要实现在太空小规模定居(比如1000人定居月球)的可能,那么至少要实现两点(第二点尤为重要):

第一,可控核聚变技术完全实现,并大规模应用;第二,太空没有房地产开发商。

哈哈,开个玩笑,其实关键还在于能源技术的突破。

1964年,天文学家尼古拉·卡尔达舍夫提出了一套技术文明的分类系统,简单来说就是根据文明对可利用能源的开发利用水平,将达到不同层次的文明分为三个类型,后来的人将它发展为五个等级。这个等级中,最低级的I型文明对能源技术的要求,就是能够完全利用所在行星的全部能量,甚至可以大规模利用来自太阳的能量。但我们至今仍无法达到这个等级,所以在之后的新的等级划分中,地球文明被科学家们列为0型文明。

而要突破0到1之间的天堑,可控核聚变在当前的理论中可以说是最理想的路径。

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可控核聚变这个事儿我在这里只能说个大概,有兴趣的朋友可以自行搜索了解具体的细节(没兴趣的可以略过这一小段)。

在理论上有四种较为清晰的可控核聚变路线,分别是DD反应(A)、D-He3反应(B)、DT反应(C)和He3反应(D),我们用ABCD来代称。至于反应物中的D、T、He3,则分别是氢氦的同位素。

从实现难度上来讲,D大于B大于A大于C。而即便是最容易实现的C反应,点火温度也超过1亿度,并且它的核燃料之一氚的制取成本非常高,反应产物的处置成本也比较高,整个反应的维持成本也很高。

换句话说,最容易实现,但经济性可能是相对最差的,环境代价也可能是最大的。

讲完坏消息再说好消息,尽管C反应有这样那样的缺陷,但如果能够实现,它的经济效益也要远好于现在的化石能源,好到什么程度呢?1千克核聚变燃料释放的能量大致相当于8000吨汽油。

100年以内,可控核聚变的大规模应用可能就要寄希望于这个反应。

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而经济性最好的反应是A反应,因为氘可以从海水中提取,地球上储量大约为40万亿吨,以现在 每年的能源消耗量,这个储量可以支撑人类使用1亿年以上……换句话说,基本上等同于永久性能源了。

这个反应的理论点火温度是6亿度,这仅仅是反应,而要达到商用的程度,这里边要克服的问题远超我们的想象,所以虽然很诱人,但100年内大概率依然无法实现。

而B和D则是比较理想的聚变反应,反应产物基本上不存在辐射,释放能量也大,地球上氦3储量虽然小,但近在咫尺的月球却拥有丰富的氦3,太阳系中土星、木星同样储量惊人。

但这俩反应可能是更遥远的未来才能实现的,而且很可能是星际旅行的重要先决条件。

当然这个事儿也不绝对,但总之就说明两件事:第一,可控核聚变为突破人类资源桎梏提供了关键性支撑;第二,核聚变相关的资源将非常重要,包括地球的氘和分布于其他行星的氦3。

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木桶效应示意图

那么可控核聚变的初步实现,跟太空定居之间的联系在哪里呢?

这就要说回上个小节最后,说到能源革命并不能完全解决“人口增长仍然会出现瓶颈”的问题,为什么这么说呢?

主要是时间尺度和资源短板的问题。

如果可控核聚变的大规模应用在100年内成为可能,科技水平的提升必然也会带来人口规模的又一次跃迁式增长,这个时间可能还能持续数百年,但问题在于,人口规模的影响因素很多,能源只是其中之一,它在很长时间内最容易成为“短板”,但可控核聚变让它成为了长板,那么相对应的,其他的可利用资源就很可能成为短板,比如说金属资源、水资源等等。

几百年后,尽管我们的能源非常富足,但水资源无法满足几百亿人口的需求,金属资源无法满足建造大量太空交通工具的需求,同样会遭遇“人口规模困境”,并可能出现新的资源争夺战。

那怎么办呢?

只能往太空发展,从地球外部获取资源,这才是人口规模能够不受限制增长的终极逻辑。

而可控核聚变,将是我们实现太空定居这条小目标的起点。

我们最大的幸运,是知道了这个起点的存在;而最大的不幸,则在于这个起点的遥不可及。

但你没办法,这是必经之路。

现在人们都知道了可控核聚变的实现难度之大,那么是不是就等着这技术出现后再探索深空呢?目前的太空对于具体的国家究竟意味着什么呢?

这就是我们下一篇内容要讲的,我们为什么现在就要大力发展航天科技,去探索太空。

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写在最后

曾有一句网络流行语令我记忆尤深:我们的征途是星辰大海。

2022年即将走完它的第四个月份,在这不到半年的时间里,我们旁观了一场战争的爆发和延续,能源危机、气候危机,疫情的蔓延,经济的衰退……

如果放在更长的时间尺度去看,人类在过去五百年间创造了空前辉煌的科技进步,但同时也创造了空前的资源消耗速度,同时伴随着科技发展迟缓,与人类社会天然存在的文明的对立和敌视,让我们始终走在庞大而又漫长的内耗之路上。

但地球上的可利用资源并不会增加,反而却在越来越快地被消耗掉,所以资源危机从一个较大的时间尺度来看必然越来越严重,并最终威胁人类的生存。

所以很久之前以及很久之后,已经并将依然有很多人把目光看向苍穹。

我也同样认为,当地球上的国家变成一个很大的囚笼困境之时,唯一的希望在太空。

下一篇内容再见。

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