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探索太空的意义
以下内容,是贝佐斯于2019年5月9日在华盛顿特区举行的蓝色起源“蓝月亮”登月器揭幕仪式上发表的讲话。
蓝色起源是我正在进行的最重要的工作。之所以对这项工作坚信不疑,是缘于一个显而易见的议题:地球是最适合我们的星球。
有这么一个宏大的问题,需要我们深思熟虑:我们为什么必须到太空去?我的答案不同于常见的“备选方案”观点:地球遭到毁灭,我们因此想要远走高飞。这个看法无法调动人们的积极性,燃不起我的激情。高中时,我曾经写过,“地球是有限的,如果地球的经济和人口继续发展扩大,那么太空就是我们的唯一出路”。对于这一点,我仍然笃信。
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“太阳系中最适合我们的行星是哪一颗?”这个问题的答案很简单,因为我们已经将探测器送上了太阳系的所有行星。其中一些虽然只是飞越探测,但我们已经对所有行星都进行了考察。地球是最适合我们的行星——让其他几颗望尘莫及。这里简直是一块宝地。那些想搬到火星上居住的朋友,怎么办?我要说:“拜托,请先到珠穆朗玛峰峰顶生活一年,看看你适不适应,因为与火星相比,那儿简直就是阆苑仙境。”金星的环境,就更不用我挑毛病了。
看看地球吧,太不可思议了。吉姆·洛威尔是我心中真正的英雄之一,在执行阿波罗8号环绕月球任务的过程中,他做了一件让人惊叹的事情。他伸出大拇指,发现只要伸直手臂,就能将整个地球遮住。他所知晓的一切,都可以用一根大拇指遮住,他还说了一句发人深省的话。大家都知道一句老话:“但愿我死后能入天堂。”而他却说:“在那一刻我却悟出,我们出生时,就已经进了天堂。”地球就是天堂。
天文学家卡尔·萨根是如此富有诗意:“在那蓝色的点上……有你所认识的每一个人,你曾经听说过的每一个人,曾经存在于世的每一个人,都在上面度过了自己的一生……地球,只是浩瀚宇宙竞技场中的一方小小舞台。”在整个人类历史中,地球给我们的感觉都是宏大的,实际上,从完全切合实际的角度来看,地球也确实宏大。过去,人类一直很渺小,但如今已不再如此。地球已经不再宏大,而人类成了宏大的那一方。地球在我们看来似乎很大,却是有限的。我们必须得意识到,我们面临着一些紧迫的问题,一些我们必须处理也正在处理的问题。这些问题刻不容缓。我指的是贫困、饥饿、无家可归、污染、海洋中的过度捕捞等。迫在眉睫的问题有长长的一串,而我们则要立即采取行动,此时此刻就予以应对。但是,长远的问题也同样存在:我们也需要来面对这些问题,且这些问题的解决需要花费很长的时间。我们不能等到长远的问题变得迫在眉睫才采取行动。双管齐下是可能的。我们既可以应对当时当下的问题,也可以着手长远问题的解决。
之所以想要进入太空,是为了保护这个星球。之所以将这家公司命名为“蓝色起源”,原因也就在此,为了这个蓝色的星球,我们的家园。但是,我们不愿面对一个停滞不前的文明,如果我们只是止步于这个星球,真正需要面对的问题就在于此——而这,便是长远问题所在。
一个非常根本的长远问题就是地球上的能源有一天终将枯竭。这是个简单的算术问题,也是一定会发生的。人类的能耗是97瓦——我们作为动物的新陈代谢率,但作为发达世界成员的我们,却会消耗1万瓦的能量。我们生活在一个生机勃勃、飞速发展的时代——这给我们带来了很多好处。你的生活质量要比你的祖父母高,而你的祖父母的生活质量也要比他们的祖父母更高,其中很大一部分原因,就是我们得以收获并为己所用的丰富能源。使用能源,为我们带来了诸多便利。到医院看病时,你就会用到大量的能源。医疗设备、交通、我们享受的娱乐及使用的药物——所有这些,都需要用到大量的能源。停止使用能源对我们无益。然而,我们的使用水平却是无法长久维持的。
从历史上看,全球能源的复合使用率为3%。这听上去好像并不太多,但假以时日,这种复合的效果却是极大的。每年3%的复合率,相当于人类能源的使用量每25年翻一番。按照当今的能源使用水平,如果将太阳能电池覆盖整个内华达州,便能为全球供能。当然,这项任务听起来很艰巨,但也是能够实现的,再说了,内华达州反正也基本上全是沙漠。但在短短的几百年中,按照历史上3%的复合率计算,我们将需要在整个地球的表面都铺设上太阳能电池。当然,这是不可能发生的。这是一个非常不切实际的解决方案,我们可以确定这是行不通的。那么,我们能做些什么呢?
我们能做的一件事就是关注能效,这是个好主意。然而问题在于这个理念已经由来已久。几个世纪以来,随着我们的能源消耗以每年3%的速度增长,我们一直都将重点放在效率上。我给大家举几个例子。200年前,你需要工作84个小时,才能换来1小时的人工照明。而今,换取同样时间的人工照明,你只需工作1.5秒钟。从蜡烛、油灯、白炽灯进化到LED照明,我们在效率上取得了巨大的飞跃。另一个例子是航空运输。在商业航空的最近半个世纪中,我们已经见证了4倍的效率增长。半个世纪前,飞机带一名乘客横跨美国,需要使用约413升的燃料。而今,一架现代的波音787飞机只需91升燃料就能完成同样的任务。这是一个惊人的进步,令人叹为观止。
那么计算领域呢?计算的效率已经提高了1万亿倍。通用自动计算机(Univac)(1)能以每秒1千瓦的能耗完成15次计算。一台现代的计算处理器却能用同样的能耗完成17万亿次的计算。那么,当能效达到很高的水平时,又会产生什么影响呢?我们对于这些东西的使用也会随之增加。人工照明的价格大幅下降,因此变得比比皆是。航空运输的价格大幅下降,因此我们便成了空中飞人。计算的价格也大幅下降,因此连阅后即焚的SnapChat也得以问世。
我们对能源的需求与日俱增。即便效率不断增长,我们也仍会使用越来越多的能源。这3%的复合增长率,已经将未来能效大幅改善的假设考虑其中。当无限的需求与有限的资源相互冲击,结果会是什么呢?答案不言而喻:配给。这就是我们将会踏上的道路,而这条道路会首次导致你的孙辈和他们的孙辈的生活质量在你之下。这是一条糟糕的路。
好在,如果我们能够搬到地球之外的太阳系中,就等于拥有了无穷无尽的资源。因此,摆在我们面前的选择便是:我们是甘于停滞和配给,还是追求活力与发展?这个选择很简单。我们明白自己想要什么,只需要采取行动。我们可以在太阳系里繁衍1万亿的人口,这样我们就会有1000个爱因斯坦和1000个莫扎特了。这将是一个令人叹为观止的文明。
这样的未来是什么样的呢?这1万亿的人要居住在哪里呢?普林斯顿大学物理教授杰瑞德·欧尼尔对这个问题进行了非常缜密的研究,也提出了一个从来没有人问过的直捣核心的问题:“固态行星的表面是人类朝太阳系扩张的最佳场地吗?”于是,他和他的学生们着手为这个问题寻找答案,并得出了一个对他们而言非常惊人和有违直觉的答案:不是。为什么不是呢?他们提出了各种各样的问题。问题之一,就是其他固态行星的表面积没有那么大。太阳系中最大的固态行星面积也只有我们的2倍,这并不算多,且这些行星距离我们非常遥远。往返火星的时间要几年之久,而火星的着陆时机每隔26个月才会出现一次,这是一个不容忽视的物流问题。最后,由于离地球的距离太远,我们无法在这些行星上与地球进行实时通信。我们会受到光速延迟的限制。
最根本的问题在于,这些固态行星的表面不具备也无法具备地球正常重力。无论这些行星拥有怎样的重力场,你都只能照单全收。以火星为例,其重力是地球标准的1/3。因此,欧尼尔和他的学生提出了人造世界的概念,通过旋转利用离心力制造人工重力。这些建筑体规模庞大,延伸数十公里,每个建筑体上可以容纳100多万人。
太空殖民地与国际空间站大相径庭。在这些殖民地中,设有高速运输系统、农业区和城市。并非所有太空站都要保持一样的重力。你可以建造一个娱乐用的殖民地,在这里保持零重力,让人们用自己的翅膀四处翱翔。有的殖民地可能是国家公园,这些地方很适宜居住。在这些欧尼尔殖民地中,有一部分可模仿地球上的城市建造。人们或许会选择历史古都并通过某种方法进行重现,还会有全新种类的建筑出现。这些殖民地的气候也非常理想,一年365天都拥有毛伊岛上最宜人的天气——没有雨水,没有风暴,也没有地震。
首要目的不再是遮风避雨的建筑物又会是什么样子呢?请大家拭目以待。但这些太空殖民地必定风景如画,让人们渴望在那里居住。另外,这些殖民地也可以离地球很近,这一点很重要,因为人们一定会有重返地球的需求,而不是想要永远离开。在这些殖民地之间旅行也非常便捷。无论是拜访朋友家人还是参观休闲娱乐区,在这些欧尼尔殖民地之间快速往复,只需少之又少的能源就能完成。当日即可往返。
欧尼尔教授曾经与著名科幻作家艾萨克·阿西莫夫一起参加过一期电视节目。主持人向阿西莫夫提出了一个非常精辟的问题:“科幻小说中是否出现过这种(欧尼尔殖民地)预测呢?如果没有,原因又是什么呢?”阿西莫夫的回答也很巧妙:“说真的,还没有人做过这样的预测,因为我们都是‘行星沙文主义者’。所有人都相信,人类应该居住在地球的表面或某个类似地球的世界上。在我的作品中,我曾将殖民地放上了月球。其他许多科幻作家也写过同样的内容。对于无重力空间中的人造世界,我写过的最接近的内容便是建议我们到小行星带去,把小行星挖空,以此来建造飞船。我从来没有想到过要将小行星上的物质带往环境更加宜人的地球,在地球周边打造更多的世界。”
行星沙文主义者,说得多好!这种愿景、这些欧尼尔殖民地的创建,会将我们引向何处呢?这对地球而言又意味着什么呢?地球将永远被规划为居住区和轻工业区,会成为一个美丽的居住地和迷人的风景区。这里会成为人们上大学和进行部分轻工业活动的宝地。而重工业和所有污染环境的制造业——所有那些破坏我们地球的活动,都将被移至地球之外完成。
这就是我们保护这个独一无二的宝贵星球的方法,这个星球是完全无可取代的,没有备选方案可言。我们需要拯救地球,但也不应让我们孙辈的孙辈与充满活力和潜力无限的未来绝缘。鱼与熊掌,是可以兼得的。
这项任务由谁来完成?答案不是我,这是一个宏大的愿景,需要很长时间才能够实现,这项任务要由当今在校的孩子们和他们的子孙来完成。他们将会用涵盖整个生态系统的成千上万家未来公司构建出完整的产业。各种各样的创业活动,将会激发创意人才提出利用空间的奇思妙想。但是,这些创业型公司当今是不可能存在的。之所以如此,是因为当今在太空做有趣的尝试的成本太过高昂,基础设施尚不存在。
我在1994年创办了亚马逊。那时,亚马逊赖以生存的所有大规模基础设施都已经到位。我们不需要修建运送包裹的运输系统,因为系统已经存在。如果需要自己修建,那就要投入数十亿美元的资产。但系统是现成的。它的名字就是美国邮政署、德国邮政集团(Deutsche Post)、英国皇家邮政(the Royal Mail)、美国联合包裹运送服务公司(UPS),以及联邦快递(FedEx)。就这样,我们得以立足于这样的基础架构之上。支付系统的情况也是如此。我们需不需要发明出一个支付系统,然后再推向市场呢?这需要数十亿美元的资金和数年的时间。但我们不必费心,因为支付系统也已经存在。它的名字就叫作信用卡。我们非得发明电脑吗?不,电脑已经几乎存在于家家户户了,用途虽然主要是玩游戏,但它确实存在。这一基础架构也已经架设完备。我们需要再投入数十亿美元用来铺设电信网络吗?不,没这个必要。这个用途主要是拨打长途电话的网络已经铺设完成,由美国电话电报公司(AT&T)及世界各地的同类公司共同构建。基础设施能够让企业家完成惊人的创举。
这些欧尼尔殖民地将会由今天的孩子和他们的子孙来建造。而铺设这些殖民地的创建所需的基础架构的工作,则要从我们这一代人开始。我们要建设一条通往太空的道路,然后,震撼人心的事情就会发生。这时,你便会目睹企业家的创造力;这时,太空企业家们便会在自己的宿舍里开创公司。但这些,在今天还不可能。
那么,我们到底该如何创建欧尼尔殖民地呢?没有人知道答案,我也不知道答案。答案的细节,将会由我们的后代们来发掘。但我们确定的是,有一些大门是必须跨过的,有一些先决条件是一定要满足的。如果我们不做到这些,就永远也实现不了目标。知道这些问题在哪里,是一件很好的事,因为我们可以着手处理,并坚信这些努力终归会派上用场。无论这个未来的愿景如何演变,有两件事都是至关重要的。首先,我们必须大幅降低发射成本。当今的发射成本实在是太高了。其次,我们必须利用太空资源。地球有一个非常强大的重力场,想把我们所有的资源从地球上移走,肯定是行不通的。我们需要将早已存在于太空中的资源利用起来。
以第一位进入太空的美国人——水星计划宇航员艾伦·谢泼德命名的“新谢泼德号”,是蓝色起源研发的可重复利用亚轨道火箭。它旨在将宇航员及研究所需的相关载荷运送到卡门线之外——国际公认的“太空”的边界。以宇航员约翰·格伦的名字命名的“新格伦号”,是一枚单一配置的重型运载火箭,能够定期将乘客和有效载荷送入地球轨道及更远的地方。
对于“新谢泼德号”,有一点让我非常跃跃欲试,那就是用这枚火箭好好练练手。使用最多的飞行器一年或许也只能飞几十次,将有效载荷送入轨道中。一件一年只做几十次的事情,是绝对达不到精通的。
假设你要接受一项手术,那就应该确保外科医生每周至少会做5次手术。实际数据表明,如果你的外科医生每周至少进行5次手术,那么手术的风险就会大大降低。因此,我们需要定期且频繁地进入太空。当今的航空飞行之所以如此安全,原因之一就是熟能生巧。
我们需要更多的航天任务。如果你的有效载荷的成本是数亿美元,那就要比发射本身的成本还高。这就对运载火箭施加了很大的压力,需要其保持原样、确保高度稳定,从而使得可靠性比成本重要多了。这其实会把人们推向一个错误的方向,即发射次数减少而卫星成本奇高,这种情况我们在很多实例中都有目睹。
在蓝色起源,我们致力于将练习变成一种习惯,想要做到这一点,我们就必须拥有一架安全可靠且可重复利用的飞行器。这里的关键点在于可靠性。之前,人们重复利用航天飞机的方法简直繁复得令人生畏。NASA采取的实际方式是将航天飞机带回地球,经过非常精细的检查,然后进行再次发射。与其这样,还不如使用一次性的运载火箭。你总不能把你的波音767开到目的地,然后将整个机身从头到尾检查一遍,全部拆解开,还妄想着将成本控制在可以接受的水平上。因此,让宇宙飞船的可重复利用性与飞机相媲美,才是重中之重。我们的目标就是通过可重复利用来降低成本,而我们的愿景则是想办法在太空中树立活力十足的创业精神。
对于蓝色起源团队在“新谢泼德号”的可重复利用运载火箭上取得的惊人进展,我深感自豪。我们已经连续完成了11次登陆,共使用了两台助推器。其中一台连续飞行了5次,另一台则连续飞行了6次。两次飞行之间几乎没有进行任何翻修。这就是降低发射成本的方式,必须靠可重复利用的运载火箭。一直以来,人们都是只对运载火箭进行一次使用,然后就扔弃淘汰。另外,重复利用也不能只做表面功夫,将运载火箭带回地球后再进行大举翻新,这种做法同样很费钱。很快,我们就要用“新谢泼德号”进行载人飞行了,这真让人心潮澎湃。
打造“新谢泼德号”这枚用于太空旅行的亚轨道火箭时,我们在技术方面做了一些别出心裁的决策。这枚火箭的燃料是液态氢,这种火箭燃料的性能最高,但使用难度也最大。亚轨道任务并不需要用到液态氢,之所以做此选择,因为我们知道这是下一个阶段一定会用到的燃料。我们想拿这种最难使用但性能最高的推进剂多练练手。在“新谢泼德号”的垂直着陆问题上,我们也做出了同样的决策,即便其他着陆方式同样也能行得通。垂直着陆的一大优势,就是其纵向扩展性非常优异。虽然听上去非常有违常理,但运载火箭越大,垂直着陆的难度反而越低。垂直降落就像是在你的指尖立一把扫帚,扫帚可以立稳,但铅笔就难了。因为铅笔的转动惯量实在太小了。从一开始,我们就想要搭建一个载人级系统,迫使自己对安全性、可靠性及逃生系统进行清晰的考量。我们知道,所有这些因素,都是打造下一代运载火箭所必须积累的经验。因此,目的就是熟能生巧。
“新格伦号”是“新谢泼德号”的大哥,大到足以将“新谢泼德号”的整个有效载荷舱装进去。这是一枚庞大的运载火箭,推力足有约177万千克。偶尔会有人向我提出一个非常有趣的问题:“杰夫,未来10年会出现什么样的变化呢?”我很喜欢在这个问题上发散思维。这种话题放在晚餐时玩味是非常有趣的。但是,有一个更重要的问题,却几乎从没有人向我问起:“在未来10年里,有什么不会改变?”这个问题意义重大,因为你可以以这个问题的答案作为制订计划的基础。我很确定,10年之后,亚马逊客户仍然渴望低价。这一点是不会改变的。客户们想要得到快捷的运输,也想拥有丰富的选择。因此,我们在这些领域中所倾注的所有能量都会继续产出回报。难以想象在10年之后会有哪个客户找到我,说“杰夫,我热爱亚马逊,但我只是希望你们的送货速度能够稍慢一点”,或是“真希望你们的价格能稍微调高一点”。这是不可能发生的。若能找出那些在几乎任何情况下都恒常不变的事物,你就可以放心将精力投入进去了。对于“新格伦号”,我们知道不变的因素是哪些——成本、可靠性,以及准时发射。在踏入真正进入太阳系的下一阶段之前,这些因素中的每一个都需要有所改进,而我也知道,这些因素是不会因时间的推移而改变的。10年后,不可能有哪个“新格伦号”的客户跑来找到我们说“杰夫,我可真希望这枚火箭能……怎么说呢,能多出几次故障”,抑或“真希望价格能再高一点,把我的发射日期错过”。顺便说一句,可用性和准时发射都是非常关键的问题,而不直接参与航天工业的人们大多没有给予这些问题足够的重视。延误真的能把事情搞得一团糟,给有效载荷的客户带来重大的损失。因此,这些因素是不会改变的。我们要将精力倾注其中。整枚运载火箭都是围绕这三大因素设计的。
毋庸置疑,可重复利用性是大幅降低发射成本的关键。有时,人们想知道的是燃料的价格有多高,以及燃料是否会构成问题。液化天然气的价格非常低廉。虽然“新格伦号”上有数百万千克的推进剂,但燃料和氧化剂的成本实际还不到100万美元,放在全局来看可谓微不足道。不得不扔弃硬件设备,才是当今发射入轨的成本如此高昂的原因。这就好比驾车到商场去,只开一趟就把车丢掉一样。如果这样做,驾车去商场的出行成本就太高了。
我们必须跨过的第二道大门,便是太空资源。我们必须对这些资源加以使用,而我们也拥有一份厚礼,那就是离地球不远的那个叫作月亮的天体。相比于阿波罗计划时期,甚至短短20年前,当今的我们对于月亮的认识已经深刻了许多。其中最重要的认识之一,就是水这种宝贵的资源以水冰的形式存在于月球上。这些水冰位于月球两极从未经受阳光照射的环形山中。我们可以将水电解为氢和氧,这样推进剂的原料就有了。月亮的另一大优势,就是与地球只有短短三天的距离。在发射上,我们不必受到与其他行星同等的限制,比如像火星那样,两次发射要间隔26个月。想要到月球去,几乎任何时候都可以出发。还有一个对于在太空中打造大规模建筑有着重大意义的因素,就是在月球上的重力是地球的1/6。从月球获取资源时,我们可以以极低的成本将资源送入无重力空间。将同等重量的物体抬离月球所需的能源,是地球上的1/24。这是一个巨大的杠杆。
然而,月球上也需要建设基础设施。建设的途径之一,就是运用“蓝月亮”这样的飞船。这台我们花费了数年心血的庞大登月器,能携带3.6吨的重物在月面进行软着陆。而扩充了燃料箱的版本,则可以携6.5吨的物品在月表进行软着陆。甲板被设计为一个非常简单的接口,以便将各种形式的有效载荷稳固放置在顶层甲板上。受到海军系统启发的吊艇柱系统,可将甲板上的载荷放置于月球表面,而这些吊艇柱也可以根据不同有效载荷进行个性化调整。
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杰夫·贝佐斯为“蓝月亮”登月器揭幕,2019年5月9日(版权归属:蓝色起源)
月球上有许多有趣的实验等待着我们去尝试,尤其是在两极区域,蓝色起源已经组建了一个科学咨询委员会,以确保科学得到准确无误的实施,而我们也能用最少的花费达成最好的效果。另外,“蓝月亮”的客户们也将在月球上开展科研任务。人们对于这种能将货物、探测车和科学实验精准软着陆至月表的功能翘首以待。当今,这种功能尚不存在。
(前)副总统迈克·彭斯说,在未来5年内将美国宇航员送回月球,是唐纳德·特朗普政府和美国的既定政策。(2)对此,我双手支持。这才是明智之举。对于那些正在家里做心算的人,我们说的时限是2024年。而我们可以努力在时限之内完成任务。是时候重回月球了,这一次,我们还要留下来。
我们必须为孙辈和他们的孙辈打造一个生机勃勃的未来。我们不能让他们成为停滞和配给的牺牲品,而我们这一代人的任务就是搭建那条通往太空的道路,好让后代们释放自己的创造力。当这一切成为现实,就像我在1994年开创亚马逊时一样,当供未来太空企业家们所用的基础架构铺设完成的那天,你们会看到,令人叹为观止的事情会如雨后春笋一般在眼前展现。这一点,我敢保证。一旦破除束缚,人们的创造力便是不可估量的。如果这一代人能够修建通往太空的道路,铺设好基础架构,那么,我们将会看到成千上万的未来企业家共同搭建起一个真正的太空产业,而我则希望给予他们鼓励与灵感。这个愿景听上去非常宏大,事实也确实如此。每一步都将困难重重,但我仍想为大家摇旗呐喊。因此,请细品此言:千里之行,始于足下。
(1) 这是1951年由雷明顿兰德公司发售的全球第一台商用电子计算机。
(2) 迈克·彭斯在2019年3月26日与美国国家航天委员会的一次会议上宣布了这一消息。