化学火箭或太阳帆更适合从小行星返回资源吗

如果以及当我们让小行星采矿业起步时，在任何小行星采矿任务的结构中要做出的最重要的决定之一就是如何将资源带回我们所有其他基础设施所在的地方——附近的某个地方地球。

这个决定通常会集中在两种推进方法中的一种——化学火箭，比如我们已经首先用来将我们送入太空的那些，或者太阳帆，虽然速度较慢且无法让我们进入轨道，但不需要任何燃料。那么哪种推进方法更适合这些未来的任务?格拉斯哥大学的研究人员进行的一项研究考察了这两种情况，得出了一个明确的答案——太阳帆。

在回答这些类型的理论问题时，必须对答案施加限制。例如，太阳系中存在数十亿颗小行星，因此只关注那些被称为近地小行星(NEA)的小行星更为现实。但即便如此，仍有超过30,000个已知的NEA。对于主要作者、当时的博士MerelVergaaij来说，这是不可能的。大学的学生和她的同事们为他们每个人计算优化轨迹。

因此，他们将地球周围的区域分解为广义轨道参数——半长轴距离、偏心率和倾角。有了这三个参数，就可以更容易地了解该空间区域中给定小行星的一般转移轨道是什么样子的，其中一些小行星在其轨道路径上会非常靠近地球。

其他约束也是必要的——例如只计算从小行星运回材料的成本和收益，而不是小行星本身的开采。将挖矿设备安装到位超出了本文的范围。此外，小行星本身需要等待一段时间，这样返回任务才有时间储存它将携带的材料。

在此计算中，该材料是挥发物。水等挥发物一直是小行星采矿讨论的焦点，因为它们构成了进一步探索太阳系所需的火箭燃料的基础，并且需要花费大量资金从地球本身运出。此外，化学火箭随后可以使用其中一些挥发物作为自己的燃料返回地球系统。

还有一些限制条件出现了，包括将挥发物送回地球静止轨道(GEO)，根据星际飞船的预计成本对发射成本做出一些假设，以及确定经济研究中最重要的指标——净现值(NPV)).

NPV是根据各种计算因素来判断解决方案的结果。这些将包括各种成本，例如发射成本、开发成本、制造成本和运营成本。收入将根据输送到轨道的挥发物的预期价值来计算。当收入超过任务成本时，NPV变为正值，在这种情况下，这表明在该地区执行小行星任务是否值得。

为了做出这个决定，作者使用了一种称为遗传算法的技术来解决优化问题。本质上，他们为算法提供了一系列参数，例如轨道力学、航天器质量和返回的挥发物数量，并告诉算法优化最重要的NPV值。该算法的结果非常明确——对于位于近地空间的更广泛区域，太阳帆具有正NPV。

这主要是由于化学火箭的一些弱点。他们不得不使用一些交付的材料返回给GEO。而且，虽然它们的转移轨道时间较短，但NPV的另一个因素，即贴现率，它会降低资源在未来出售的预期价值量，并没有充分利用价值太阳帆可以带回的东西中的一部分可以与化学火箭相提并论。

近地空间仍有一些区域，即使是太阳帆也无利可图，因此作者建议未来的小行星矿工在寻找第一个主要采矿点时，应关注他们认为可能有利可图的特定区域的小行星.此外，研究人员对他们原来的基线任务结构进行了一些修改，例如在月球门户停留，增加第二次旅行，并运行一系列变量模拟，称为蒙特卡罗模拟，以测试这些任务的程度。不同的计划是有利可图的。

增加第二次旅行和在月球门户而不是GEO停留都为每种类型的任务架构增加了重要价值。蒙特卡洛模拟还表明，他们的盈利能力与轻微的投入成本和产出收入变化是一致的。总的来说，虽然每种类型的推进系统都有潜在的盈利目标，但太阳帆似乎显然是两者之间的赢家。现在轮到那些希望建立第一个小行星采矿帝国的人来倾听了。