第 4.2 节：第 0 阶段 - 研究与开发
主要项目目标是升级地球文明，并逐步扩展到更具挑战性的环境，包括太空。为了实现这些目标，需要一些新的或改进的技术和方法。一旦可用，就可以将它们纳入适合其目标位置的设计中。特别是对于太空位置，生产和居住能力严重不足，目前主要关注点是运输和信息服务。这种不平衡在地球困难环境中程度较轻。例如，许多船舶（运输）横跨海洋，但相对而言在那里生产的东西很少，并且很少有人居住在海洋中。因此，第 0 阶段被纳入项目中，作为对后续阶段所需事项的准备，并有意识地纠正可能存在的失衡发展。因此，研究与开发 (R&D) 阶段的主要目标可以表述为
- (1) 确定涵盖生产、居住、运输和服务功能全范围的系统和要素。
- (2) 以经过测试和可立即使用的要素的形式提供所需的新技术和方法。
- (3) 为设备和地点提供详细设计，结合现有和新要素。
整个项目非常复杂。系统工程 方法（参见第 1.5 节）已经发展到可以处理这种复杂性，因此我们打算在该阶段及其后续阶段使用这些方法。其他工程方法也将适时使用，但系统方法在整个项目中特别有用。这包括它们与项目外部世界的交互，以及项目各个组成部分之间的相互作用。系统过程的一部分是将复杂性分解成更小的部分，这些部分更容易理解和设计。我们已经在第 4.1 节中根据规模、环境类型和距离，确定了阶段和子阶段的顺序，从而开始了这项工作。子阶段内的给定地点集可以共享类似的设计，并且在一定程度上与主要阶段和整个项目共享。
整个文明在所有方面都有共同的元素。例如，无论人们身在何处，都需要免受环境侵害和食物。热处理合金钢可以使用相同的工艺在任何需要的地方进行。因此，我们可以为文明的这些共同元素定义一个参考架构，并将其应用于组织升级和扩展任务。文明和组件技术的许多现有部分对于我们想做的事情来说已经足够好了。在这些情况下，我们无需更改它们，只需使用它们。其他项目存在缺陷或尚未开发，并且在其他地方没有进行。当我们确定它们时，我们可以根据收益率、成本、难度、成功概率和完成时间等参数对其进行排名。然后，我们可以将它们按照最佳顺序添加到我们的研发计划中。我们开发的新技术将在项目内部使用，并作为一项好处提供给整个文明在其他地方使用。这些外部用途也将被考虑在决定要进行哪些研发中。
研发工作可以分为适用于整个项目的通用部分，以及涵盖针对特定环境和地点工作的子阶段。子阶段和任务将在下面详细说明。我们目前知识的局限性和可用的项目资源的局限性意味着我们无法预先或一次性完成所有研发工作。在某些情况下，必须成功完成某个研发的特定领域，然后才能进行后续工作。由于我们事先不知道是否会成功，我们预计研发计划往往需要改变，或者遵循多种路径。我们还预计文明中其他技术的进步，因此给定设计可能不再是最优的，需要升级。因此，预计研发阶段将在项目持续期间与后续阶段并行进行。
早期阶段产生的产品和服务可用于内部支持后续研发。例如，我们可以将工业建筑的自我扩展作为研发任务进行演示，然后将该建筑用于进一步的研发，或作为其产品销售资助进一步工作的生产区域。早期阶段的现场经验可以反馈给研发阶段，以改进后续设计。在研发规划中也应考虑自我使用和反馈。
研发流程将在所有阶段和子阶段中保持一致。我们对组件任务使用一致的编号系统，以便它们可以在整个项目中进行协调和比较
任务 0：协调研发 - 此活动包括协调外部资源流、任务分配、规划和调度，以及分析。
- 0.1：协调研发外部流 - 此任务包括安排和管理进入和离开阶段的资源流，来自项目外部和来自其他阶段。
- 0.2：协调研发任务分配 - 此活动包括安排哪些资源将用于阶段任务。
- 0.3：协调研发规划和调度 - 此活动包括制定阶段的未来计划和时间表。
- 0.4：协调研发分析 - 此活动检查过去的表现并研究改进研发流程的方法。
任务 1：概念设计 - 这包括探索新概念和开发参考架构。随后是系统工程过程，以达到概念级设计。这包括定义项目的主要功能和要素，以及如何在生命周期的各个阶段对其进行操作和维护。该模型本身是概念设计的组成部分。根据以往经验，系统工程工作在项目总工作量的约 10-20% 时优化了项目成本和时间表，系统任务的权重偏向项目早期。系统工程流程在后续设计阶段被迭代地使用。这里列出的子任务是这些流程的模板，但为了避免重复，它们在下面不会每次都单独列出。
- 1.1：探索新概念 - 此步骤涵盖采用自我扩展和自动化等想法，并将它们应用于创建新产品和项目。某些概念仅适用于特定阶段或要素，因此应用程序矩阵是此任务的输出。
- 1.2：开发参考架构 - 参考架构是一种高级设计，用于识别技术风险和就绪级别 (TRL)，并对成本和时间表进行早期估算。它是概念级设计的起点。它包括项目目标、架构描述、高级接口、要素需求和要素描述。参考架构的支持数据包括数据源、支持概念选择的分析以及从目标到较低要素的跟踪。
- 1.3: 识别需求和指标 - 这些建立了设计必须满足的可衡量特征，以及在设计方案之间进行选择的标准。有关详细信息，请参见第 1.5 节 需求分析。
- 1.4: 执行功能分析 - 这将设计的功能分解为其执行的功能或一系列操作。有关详细信息，请参见第 1.5 节 功能分析。
- 1.5: 分配需求 - 这将任务 1.3 中的需求分配给任务 1.4 中的功能，以确保所有需求都在设计中得到满足。
- 1.6: 建模方案和系统 - 存在许多可能的方法来满足给定的需求集。对选项进行建模提供了每个选项的可衡量细节。建模过程包括
- (1) 收集外部技术信息: 这包括建模和后期设计所需的數據，例如现有产品数据，行业专家联系，以及当前的书籍和文章等技术水平。
- (2) 开发替代方案
- (3) 构建系统模型。
- 1.7: 优化和权衡方案 - 这包括改变设计选项的参数，并比较不同的选项，以找到最符合选择标准的选项。
- 1.8: 合成和记录设计 - 此任务的输出是记录所选概念的文章、报告和书籍。
任务 2: 初步设计 - 假设概念设计产生了足够有希望的概念，下一步是更详细地定义程序的元素。这与组件技术（任务 4）和原型系统（任务 5）同时进行，因为否则尺寸和性能将过于不确定。在这个阶段可能存在多个设计方案，直到竞争技术和测试进行到足以允许选择为止。这遵循与概念设计相同的步骤，但细节层次更高。
任务 3: 构建研发场所 - 此活动包括建造或获得研发工作所需的办公室、研究车间、传统生产车间和原型测试区域的使用权。研发场所的设计需求来自之前的设计工作、技术开发需求以及原型建造和测试需求。还应考虑将研发设施改造成后期阶段使用的设施。
任务 4: 开发新技术 - 这包括根据概念设计和初步设计确定所需的性能，调查当前技术的现状，根据影响对改进领域进行排名，然后在最有希望的领域投入努力以提高性能或降低不确定性。一些技术已经在程序之外得到大力发展。因此，我们不是重复这些努力，而是选择在有限的预算能够产生最大影响的领域，或者鼓励其他人投资于最需要改进的领域。技术水平的工作目标是单一流程或组件。
任务 5: 建造原型元素 - 在某些时候，有必要通过建造原型硬件来验证集成元素并展示性能水平。这可能是最终设计的简化版本，大型设计的比例版本，或者展示功能但没有使用最终材料和组件的版本，因为这些材料和组件尚未制造。如果原型元素运行良好，则可以延续到后面的阶段，或者在某些情况下可以升级到最终版本。
任务 6: 测试原型 - 此任务通过展示原型系统元素的实际性能来降低技术风险。初始测试将使用当地的研发环境条件，但后续测试将使用全范围的操作环境，无论是在测试室中还是通过将设备带到合适的场所。测试期间发现的缺陷将反馈到新技术开发中。给定元素的早期原型可能具有较低的性能目标，随着改进的设计开发，这些目标将在以后提高。在某些情况下，测试单元可以继续投入运行，因此被转移到后面的阶段。
任务 7: 详细元素设计 - 此活动涵盖特定设施位置和设备的详细设计。这包括研发场所、后期阶段的运营设施、这些场所内的单个设备项目，以及在场所内和场所之间移动的车辆和其他设备。详细设计融合了现有技术，以及程序内开发、原型化和测试的新技术。它们还可以包含来自程序外部的现成设备、零件和材料，只要这样做有意义。由于随着时间的推移技术不断改进，现有系统的进一步扩展和升级目标，以及新场所的开发，预计这项任务将在整个程序中持续进行。完整的设施、流程、设备、车辆和组件的特定设计可以用于多个项目和阶段，或者作为单独的产品出售。
研发子阶段和任务
[edit | edit source]子阶段以及迄今为止为其确定的研发任务列在下面。此列表是初步的，因为对后续程序阶段的概念探索尚未完善。任务按我们识别的顺序排列，而不是按时间顺序排列，因为确定工作的最佳顺序和进度计划是后续步骤。为了识别，我们使用简单的“阶段 0”标签，不添加任何字母，来识别适用于整个程序的通用研发工作。当工作特定于单个阶段时，将添加一个字母，例如 0A 或 0B。当研发工作适用于两个或多个后续程序阶段时，它将用所有适用的子阶段字母标识，因此为 0CD 或 0G-L。由于某些研发场所本身可能需要新技术和设计，因此第一个带字母的子阶段 0A 适用于阶段 0 本身。
阶段 0 - 全程序研发
[edit | edit source]该计划的目标是为文明建立新的场所，并升级现有的场所。我们已经确定，使用种子工厂作为起点，自扩展系统是实现这些目标的关键技术。它可以应用于当前文明的现有场所，以及地球和太空中的新场所。自扩展的一般方法包括更具体的方案，例如分布式生产网络、远程控制操作和能够自操作的智能工具。制造业，特别是自动化，已经获得了大量的工程投入，因此我们不需要重复这些努力。我们的研发工作将集中在自扩展系统的独特方面，以及将其他技术集成到其中。
自扩展系统、种子工厂和相关理念符合先进制造这一更普遍的主题。它们可以在任何地方使用，包括地球上已开发和未开发的地区。然而，本书的主要主题是太空系统。因此，我们专门编写了一本名为种子工厂的书，专门讨论这些理念及其在地球上的应用。我们在这里提供一个简短的介绍，并在后面的阶段中提到在这些系统中使用的系统。
种子工厂简介 - 所有工厂都生产产品，有些工厂生产的产品与它们自身使用的一样。例如，钢铁厂 通常在自身建设中使用一些钢铁。自扩展工厂专门设计为使用自己的产出进行增长。“种子工厂”是人员和设备的优化入门套装。它包括实现所需成熟状态的扩展链的计划和说明。它可能还包括用于生产的材料和零件的起始库存。使用工具制作更多工具不是一个新主意。事实上，它几乎和工具制造本身一样古老。新颖之处在于优化一个小的入门套装来引导该过程，将现代计算机系统、自动化、机器人和 AI 应用于该任务，并将多个增长路径结合起来以提高产量
- 制作入门设备的完全复制品，
- 制作入门元素的更大版本或扩展，以及
- 制作原始入门套装中没有的新工具和机器。这些可以用于新的任务，并扩展可能的输出范围。
目前的科技水平不允许完全自复制，这意味着复制其 100% 的自身部件，并在没有人帮助的情况下进行复制。因此，自扩展系统不仅仅包括生产物理产品的工厂。任何工厂无法自行制造的零件和材料都必须从其他地方供应，因此需要运输。运行工厂所需的人员除了工作以外还有其他需求和愿望。他们还需要住处、食物和各种服务。在已开发地区，这些服务已经很多。但在地球上的未开发地区和太空，完整的自扩展系统需要生产、运输、居住和服务才能发展。与目前的机器不同，人和其他生物系统可以自我复制。因此，他们可以在完整的自扩展系统中根据需要增长。
种子工厂方法应该值得在地球上为其本身进行发展。它应该使建立新工厂更便宜，特别是在偏远或难以到达的地区，因为你只需要一个入门套装，而不需要完整的工厂。由于注重自我成长，它们也可能实现很高的经济回报率。一旦在地球上开发出来，工业规模的工厂就可以生产到达太空所需的物品，例如发射场和火箭工厂。然后，新的入门套装可以被运送到太空地点，并且扩展过程可以继续。在地球上获得的经验以及一系列自扩展工厂带来的杠杆作用，将使未来的太空项目节省的成本成倍增加，使它们更加负担得起。
阶段 0A - 阶段 0 研发场所的研发
[edit | edit source]即使不需要新的设备设计或技术，后续阶段的研究与开发也将需要办公室、实验室、原型制造和测试场地。因此，我们将上述研发流程应用于这些场所的设计和建造。当需要新的和独特的项目时，例如特殊的测试舱，它们的开发和建造方式与后续阶段的其他设备相同。本阶段的具体需求尚未确定。
启动套装和引导路径 - 需要开展工作以确定最适合的小规模生产启动套装和增长路径，以及是否需要新的技术和设计。有些人已经拥有一套可以立即使用的工具。市场上还有许多其他现成的工具和机器，价格合理。这些可能足以启动引导过程，但一些定制设计可能会有所帮助。需要记录和分发人们可以遵循的计划和说明，以及任何针对缺乏必要技能和经验的人员的培训材料。
分布式生产网络 - 传统的工厂和大型办公楼将设备和人员集中在一个地方，因为这是高效组织工作的唯一途径。现代通信和运输网络消除了必须在一个物理位置的需要，并允许在多个地点协调分布式工作。一些突出的例子是开源软件的开发和维基百科。在现代生产系统中，机器的控制可以是现场人员、远程人员控制和计算机和软件自动控制的混合。由于并非所有人员都必须在附近，因此您可以更轻松地在未开发的、敌对的或昂贵的地区运营，并且对环境的影响更小。远程操作员可以根据需要有效地分配和重新分配其在不同地点的工作。
一些机器和工人仍可能出于效率或其他原因聚集在一起，在共享位置。现代技术只是消除了他们都必须在一个地方的要求。分布式生产在小规模运营的早期阶段很有帮助，因为您可以避免专用大型场地的成本。相反，人们可以使用他们已经居住的地方的空余空间，或者根据需要在何时何地使用临时工作场所。然后，这些多个小型努力可以结合起来完成更大的项目。因此，我们将分布式生产的初始研发置于阶段 1，但可以在所有后续阶段中使用它。
分布式生产所需的一些技术已经存在。因此，本阶段的研发任务是改进或补充不足的部分，并将它们组合成灵活的分布式网络。需要灵活性，因为该计划打算不断添加新地点，而现有地点将自行扩展。因此，我们无法基于静态网络运行。它们必须与程序的其余部分一起增长和适应。
对后续阶段的应用 - 在本阶段，分布式生产技术的目标是能够连接和操作爱好和家庭装修级别的设备，这些设备彼此非常靠近，例如一个大都市区。后续阶段将需要为远程操作进行升级，例如从地球上的月球或从火卫一上的火星进行远程操作。本技术领域可能在以后需要进行更多研发。太空是一个特别未开发的、敌对的和昂贵的地方。因此，当您优化运营时，您需要将现场人员降至最低，并将远程控制和使用可以自行操作的智能工具最大化。因此，最初将有很强的动力推动升级后的技术。随着工厂、栖息地和运输系统的建设，人们可以更容易地得到现场支持。因此，本地人员与远程和智能工具的最佳平衡将发生变化。在在地球上获得分布式方法的经验后，在太空中使用它将不再是全新的事物，而是对早期阶段所学内容的扩展。
本阶段的研发涉及设计比阶段 1 更专业和更大的机器。这些机器用于小型企业和商业活动，因此将具有更高的工作循环和更长的使用寿命。除了针对这些条件的设计外，另一个研发主题是从上一阶段的最佳增长路径，以及跨更广泛的行业类别进行扩展。第三个研发领域是将不同尺寸的设备分组到一个地点的更专业和分布式的站点，以及地点之间的联系。所有这些研发领域都将在下一个阶段继续到工业规模，该阶段使用最大尺寸的设备。
本阶段完成了向更大更专业的设备的增长序列，用于地球上中等环境中的发达地区。它包括生产、居住、运输和服务行业的全套设备。所有这些行业的设备已经存在，并且被广泛生产。本阶段的研发包括修改其设计，使它们能够由自我扩展和分布式系统制造。它还包括从早期阶段的较小规模扩展到工业规模的增长路径和方法。
以后可能会为特定行业群体或单个行业确定更具体的研发任务。我们目前了解到的一项是工业运输到低轨道，因为它将是太空计划后续阶段所需的。
- 3. 工业运输
发射到低轨道 - 这被置于阶段 2B，因为传统的火箭工厂和发射场是地球上的工业规模设施。阶段 4-6 的地点位于太空，但仍与地球上的文明互动。因此，将继续需要从地球到轨道的运输，以及返回。显然，太空计划已经存在，并且许多卫星正在轨道上运行，但它们的成本很高。部分原因是运输成本本身，部分原因是太空缺乏生产。这迫使所有设备和物资都来自地球。太空生产将在后续阶段解决，而本主题涵盖运输需求。
在阶段 4-6 的早期部分，对轨道的运输需求将相对较小。它们可以使用现有的发射系统，或目前正在开发的系统，以避免独特开发的成本。随着程序流量的增加，新系统和更高效系统的优势将越来越大。因此，本阶段的研发将涵盖此类新系统，超出其他地方正在开发的系统。第 4.4、4.6 和 4.7 节介绍了一些早期概念，用于此研发工作。在第 4.4 节 - 阶段 2B 工业地点 中，我们考虑了一枚小型三级全重复使用传统火箭和其他一些“自己建造”选项的替代方案。设计尚未完整，无法确定是制造还是购买。目的是，当流量足够时，启动运输将通过更大、更高效和更专业的发射器进行补充或替换。初始货物可能包括组装机器人和初始轨道平台的部件。如果我们要建造自己的发射器，我们要使其尽可能小，以降低设计和建造成本。
升级到低轨道的运输 - 该计划将添加升级后的运输，当流量足以证明资本成本合理时。同样，始终可以选择使用来自计划外部的运输，但我们考虑了使用我们自己的自生产能力的各种内部替代方案。在地球上，出于成本和安全原因，我们使用不同的运输系统来运输散装货物和乘客。一种替代方案是出于同样的原因专门化我们的太空运输要素。部分4.6 - 超高速发射器介绍了用于发射推进剂或结构部件等散装货物的加速枪。易碎货物和人类将通过其他方式旅行。发射器为货物提供了较大的初始速度，因此它取代了部分火箭级。从理论上讲，它应该降低成本，因为固定枪可以设计成多次发射，并且由工业管道质量部件制成，这些部件比航空航天级部件便宜得多。
部分4.7 - 低重力运输研究了用于运输人类和无法承受超高速发射器高加速度的货物的运输方法。使用哪种方法取决于更详细设计的成果，以及计划外部还有哪些其他发射器可用。我们自己建造系统的候选者包括组合式空气呼吸/火箭系统，或类似于超高速发射器的气体加速器，但重力水平较低，随后是空气呼吸或火箭级。独立的级将比单个集成车辆更容易开发、修改和升级，尽管运营成本会有所损失。一旦流量能够支持更复杂的设计，就可以在以后开发单个集成车辆。
困难和极端地点涉及为阶段 1 和 2 开发的所有尺寸，从小到大，但环境不同。因此，现有设计有时需要修改，而在其他情况下，则需要独特的设计。在远程或敌对条件下建立起来的努力往往会使小型设备不太可能，并且重点将转移到更大的尺寸。困难环境的示例包括非常寒冷和炎热的地区、沙漠和雨林、高于 2750 米的海拔、土壤脆弱、水深和地面深度分别为 250 米和 100 米、能源资源贫乏或自然辐射高的地区、通信和旅行时间长、停留时间短以及高运输能量或这些条件的组合。每种情况可能都需要研发来适应特定情况。
极端位置是困难位置的延伸，但距离中等条件更远，直到技术的极限。研发将需要推动技术极限超越现有水平。例如，在地表以下 5 公里以上进行硬岩开采，远低于目前最深的矿井。一些极端环境的例子包括南极洲部分地区的极度寒冷条件、开放的海面（没有地面强度）、深海或地下以及最偏远和难以到达的表面位置。
近地轨道已经拥有许多卫星，截至 2017 年初，有两个空间站，共载有 8 名宇航员。然而，除了在空间站组装预制元件外，它缺乏重大的生产能力。8 个人仅仅是地球人口的十亿分之一，而且没有一个运输系统以低轨道为基础。现有的运输系统都以地球为基础。因此，虽然我们已在低轨道站稳脚跟，但不能说文明已经完全扩展到这一区域。因此，这个子阶段的研发目标是充分利用低轨道，超越当前的计划和活动。到目前为止，我们已经确定了以下内容
- 1. 低轨道生产
1.2. 供电 - 使用太阳能电池板和电池的电力在低轨道上已经相当发达。阳光至少 60% 的时间都可以照射到，但只有特殊的低轨道始终可以照射到阳光。因此，需要能量存储来弥合地球阴影中的时间。使用太阳能聚光器的热能是一个需要研发的领域。
1.3. 提取材料 - 除了从地球或更遥远的地方带来的材料外，低轨道还有两个重要的材料来源。第一个是大气层的上缘，可以使用轨道压缩收集器收集。第二个是太空垃圾，包括失效卫星、空壳级和碰撞碎片。一些收集的气体可以用作收集太空垃圾的推进剂，因为它们位于广泛分散的轨道上。太空垃圾至少是一种危害，清理它有利于其他太空活动。但它由航空航天级零件和材料组成，其中一些可能仍然能用。这些物品的回收和再利用将节省从地球发射类似物品的必要性。需要研发来证明气体开采、收集和旧硬件的再利用是可行的。它还将为以后在低轨道以外进行开采和生产提供一些经验。
1.4 材料加工和 1.5 零件制造 - 这些中很少有在轨道上和零重力条件下完成的。需要进行大量的实验和原型设计，以找出哪些地面方法可以使用，它们可能需要进行哪些修改，以及哪些新方法可以在独特的轨道条件下使用。
1.7 低轨道组装 - 运输系统的设计通常比一次使用它们要贵得多。因此，在成本上，在较小的发射系统上进行多次交付优于在一个非常大的发射系统上进行一次交付。这反过来又推动了在轨道上组装较大元件的必要性。第 4.5 节 - 轨道组装提供了一种方法，即使用低轨道上的一个组装平台。首先，该平台组装从地球发射的预制部件。随着其他生产要素的加入，它后来转变为组装来自地球和本地制造的物品的混合物。组装平台的第一个任务将是启动自身的建设。然后使用该平台组装更大的有效载荷，然后用于建造新的地点的种子元件和车辆。由于成本原因，在早期阶段，人类的参与将降到最低。组装机器人最初主要由地面控制。在空间站的轨道组装以及哈勃太空望远镜的类似维护和修理任务方面，已经积累了一些经验。这里的研发任务是超越这些水平所需的任何改进。
- 2. 低轨道栖息地
部分重力研究 - 在低轨道上已经有一系列空间站，这些空间站提供了在零重力条件下的经验。对于人类来说，至少在零重力条件下长期（长达一年）对健康有害。我们几乎没有关于 0g 和 1g 之间的重力水平对人类和其他生物的影响的信息。因此，我们不知道长期居住或农业需要什么样的设计。除了生物体外，一些生产方法在有重力的条件下效果更好，但所需的最低重力水平尚不清楚。一个可变重力研究设施将开始通过提供可调节的人造重力来回答这些问题。该设计可以包括一个或多个安装在旋转臂上的模块，它们的方位和旋转速率可以调整，以获得所需的重力水平。另一种方法是首先假设地球重力作为设计要求，然后在“可获得”的基础上进行部分重力研究。例如，一个在边缘产生地球重力的旋转栖息地将拥有可以用作研究的较低重力区域。月球和火星上的研究站可以提供有关其特定重力水平的数据，最初将人类的停留时间限制在一年以内，直到获得更多经验。
栖息地生长和升级 - 栖息地通常从很小开始，随着时间的推移而增长。因此，另一个研究领域是它们最佳的生长路径：在物理尺寸上，可能从零重力到某个重力水平，从开放的食物和空气循环到封闭的生命保障系统，以及从地球供应的硬件到本地生产。栖息地的设计很可能很复杂，我们只能将这些开放式问题作为进一步研发工作的起点。
- 3. 低轨道运输
此类别涵盖在低轨道内运行的运输系统，以及到达更远目的地的运输系统。运输到低轨道属于工业或困难地球位置，因为它们是在那里建造并从那里出发的。
电力推进 - 离子发动机和等离子发动机比传统火箭的燃料效率高 5-10 倍，并且已经看到了一些实际应用。第 4.8 节 - 电力推进介绍了推进模块的选项，这些模块可以单独用于较小的任务，也可以在多个单元中用于较大的任务。有几种类型的电力发动机可用，但如果要经济地执行地球轨道以外的任务，则需要它们以某种形式存在。更高的效率允许将车辆带回并多次使用，这是节省成本的关键。这个阶段的研发将针对将推进系统升级到更高的功率水平，并使之能够使用开采的推进剂而不是今天使用的稀有氙气。
电力推进可以在低轨道内用于弥补阻力，用于在该区域内改变轨道，以及到达更遥远的目的地。对于这些后期的用途，功率、推力、工作寿命和抗辐射能力都必须提高，因此推进系统的研发将持续进行。这种发动机的早期用途是开采大气层上层的气体，如上面 1.3 提取材料中所述。一些气体可以用作推进剂，这使得推进系统能够自给自足。有了足够的推进剂，开采轨道碎片就成为可能。新的运往低轨道的有效载荷也可以高效地运往最终目的地。早期的一类任务是探测器卫星，用于观测和返回近地小行星样本，为以后的开采做好准备。
化学推进 - 高推力发动机（如传统的化学火箭）对于一些用途来说仍然是一个有吸引力的选择，尽管效率较低。这些用途包括降落在具有显著引力井的天体上，以及需要快速改变速度或穿越，例如穿过地球辐射带。使用哪种推进系统来完成一次旅行的哪一部分需要考虑多个因素，包括在本地生产推进剂的能力。化学推进系统的研发将包括使系统适应使用和储存轨道上制造的推进剂，以及提高发动机的工作寿命。
太空港网络 - 从长远来看，大量车辆通过消耗推进剂来改变其轨道是低效和浪费的。减少推进剂需求的大规模基础设施将是可取的。我们将通过类比于海上和机场将其称为太空港。它们的主要功能是通过势能和动能的变化来运输有效载荷。它们也将作为运输站，为多辆车提供对接、居住、仓储、维护、加油等服务。这种基础设施的第一个概念是太空电梯，它可以追溯到 1895 年。不幸的是，地球的引力井太深，以至于用任何已知的材料都无法实现最初的想法，即用一个整体的固定电梯来运作。对于较小的天体来说，最初的想法是可以行的，并且使用现有材料，由多个较小的部分组成的系统可以完成地球的大部分速度变化。太空港网络最终可以取代太空中使用的许多推进剂，并提高运输的有效载荷比例。这种网络的研发工作被放在这里，因为第一个太空港很可能位于低轨道。第 4.11 节 - 太空电梯介绍了这种网络的一些替代概念。
基本的运输功能是通过动量交换在有效载荷和太空港结构之间实现的。根据方向，有效载荷获得或损失能量，而太空港则相反。如果交通平衡，或太空港锚定在更大的天体上，其轨道不会受到影响。不平衡的轨道变化可以通过太空港上的高效推进方法进行校正。在一定程度上，这取代了效率较低的车辆推进，尤其是在从地球表面进入轨道时，可以节省净成本。已经进行了与这项技术相关的各种轨道实验，但仍需做更多工作。除了动量交换之外，其他技术的改进对于完整的太空港网络和相关车辆来说是必要的。
目前，高地球轨道被多种遥控卫星类型使用，包括通信、科学和导航卫星。它们都从地球发射，目前还没有本地生产和居住。运输仅限于发射时内置于卫星中的部分。高轨道区域几乎没有本地材料，但拥有高水平的太阳能，并且可以从地球、月球和近地小行星到达。在目前地球上的文明和未来的更遥远地区之间，它可以成为一个有用的生产和运输枢纽，并在之后用于大规模居住。全面开发该区域需要大量的研发工作。一些已确定的任务包括
- 1. 高轨道生产
1.4 材料加工 - 这指的是将原材料转化为成品或库存材料。在早期阶段，这可以是从小行星带从内太阳系轨道带回的材料，并运送到月球附近的某个位置，例如地球-月球拉格朗日点 2（EML2）。EML2 是一个位于月球中心后方 64,500 公里的月球同步位置。它从行星际轨道到达的能量较低，并提供全天候的阳光供电。早期产品包括屏蔽、推进剂和水。需要进行大量的研发工作来确定最佳位置和工艺。随着太空其他区域的开发，原材料可以从月球和更远的小行星，以及低轨道获得。来自地球的材料通常会是成品状态，因为在地球上的加工成本较低。它们将包括用于金属的合金元素和用于电子产品的掺杂元素。来自其他太空区域的成品材料将如何使用将取决于本地加工能量与运输能量之间的平衡，以及可以利用多少比例的矿石。
该项目的早期阶段应该已经积累了自扩展生产和远程操作的经验。我们假设材料加工从地球带来的成品设备开始，然后通过添加种子工厂元素来引导进一步的扩展，这些元素使用早期加工材料供应作为输入。在可以本地支持更大规模的人类居住之前，它将主要依赖远程控制和自动化。一些加工操作可能在零重力下无法正常运行，或者根本无法运行，而另一些则会受益于零重力条件和真空条件，或者在这些条件下以独特的方式运行。因此，一个主要的研发领域将是哪些特定的加工流程将在哪些条件下使用。
1.7 组装元素
大型太空结构 - 像空间站这样的大型轨道结构一直使用对齐导轨和电动螺栓进行组装。对于未来需要大型耐压舱的项目，一种选择是焊接，这是地球上的一个基本工业过程。金属的焊接已经通过聚光太阳能实现(Romero, 2013)。由于轨道上广泛存在高质量的太阳能，因此对利用太阳能进行太空焊接的研究似乎是值得的。对于组装像栖息地这样的大型结构，如果移动结构很困难，一种方法是使用铰接式镜子将一束聚光太阳光照射到不同的角度。另一种大型结构的方法是在等离子喷涂金属层之间铺设高强度增强纤维。纤维和金属线的线轴紧凑且模块化，但成品结构可以很大且无缝。
部分4.7 - 内太阳系开发描述了我们对该项目阶段 4C 的概念探索。到目前为止，我们已经确定了一个通用主题和几个具体的研发主题，将在本阶段进行研究
行星际引导 - 自扩展系统是整个项目中使用的通用方法。这个研发主题是关于如何最好地从该区域的早期材料提取发展到大型成品地点，并具有各种生产、居住、运输和服务能力。未来的“太空城市”不太可能一次性建成最终形态，就像地球上的城市一样。那么问题是如何从小规模开始，逐步建设。
- 1. 内太阳系生产
1.3 提取材料
地球上的采矿业发展非常成熟，但开采地球以外的材料仍处于遥感和机器人勘探的早期阶段。因此，此生产步骤仍然需要大量的研发工作。
在太空中采矿而不是从地球上运送所有东西的总体理由是基于最大程度地减少总能量消耗。地球引力井有一个固定的能量成本，为 31-62 MJ/kg，具体取决于轨道。现有的运输方法效率低下，将最小值乘以大约 9:1。到达地球轨道以外的目的地需要更多的能量。从原材料到成品的生产能量通常远低于此，在 10-20 MJ/kg 范围内。工业设备通常可以处理其自身质量的许多倍，并且在其使用寿命期间使用其制造所需能量的许多倍。因此，产品/设备比率很高。因此，将启动生产设备送往远距离地点，然后用当地材料和能量制造剩余的设备和成品，所需的总能量远低于将所有成品从地球上送来。本地生产包括制造用于太空运输的推进剂，这使得将启动设备送往遥远地点变得更容易。
早期采矿 - 部分4.9 - 轨道采矿研究了向低轨道和高轨道区域供应原材料的替代方案。这些材料最初将来自内太阳系区域的近地小行星 (NEA) 群，并被运送到地球附近的加工地点。NEA 是继低轨道的地球大气层和人造碎片之后最容易到达的材料，开发很可能从地球向外进行。从地球上对操作进行远程控制并提供现场人员，这使得一开始更容易在靠近地球的地方进行加工。高轨道是小行星、月球和地球来源材料的便捷会合点，而且它们也能获得全天候的阳光。早期产品的大多数用途也将在地球轨道上。因此，这似乎是生产的首选起点。
一个采矿系统和拖船从附近的小行星返回高轨道的质量大约是每次行程中设备质量的 100 倍。拖船的使用寿命大约是 6 次行程，每次行程需要 2.5 年，然后才需要更换主要部件。典型的行程消耗了返回质量的 2.6% 作为推进剂，但某些类型的小行星含有高达 20% 的易于提取的推进剂。这种推进剂消耗量假设月球在两个方向上都用于引力辅助，使得推进速度变化小于达到地球逃逸速度的速度变化。因此，采矿作业可以在第一次旅行后实现自给自足。考虑到硬件加上初始推进剂负载，拖船在其使用寿命期间将返回约 160 倍的初始质量。如果这些质量能够有效地利用，采矿应该会大幅降低太空中的运营成本。除了将原材料运回来的拖船之外，还需要其他生产设备，但至少第一步有很大的积极回报。
NEA 轨道和成分是随机分布的。我们更倾向于首先开采最容易到达的小行星，当它们处于最佳位置和最佳时间时。鉴于迄今为止在该群体中发现了超过 17,000 个物体，其中一些将处于这种容易到达的轨道上。但哪些小行星最适合访问会随着时间而变化，因为它们一直在不断运动。据估计，81% 的已发现 NEA 直径大于 30 米。它们的质量至少为 18,000 吨，通常更高。这对于早期的拖船来说太大了，无法作为一个整体移动，因此需要对如何从这些小行星上收集更小的材料负载进行研发。
长期采矿 - 随着开发向地球轨道区域以外扩展，原材料的目的地将转移到内行星际位置，而原材料将来自整个区域，而不是仅仅来自从地球最容易到达的那些区域。根据开采、加工、后续生产步骤和最终使用地点的技术细节，材料可以继续以原材料状态运输，或者将生产工厂运到原材料所在地，并将更多成品运往其他地方或在当地使用。小行星的大小很可能在这个选择中起重要作用。例如，433 Eros，该区域中的一颗大型小行星，质量为 6.69 万亿吨。因此，在 Eros 上建立本地生产比在仅重几千吨的小行星上建立本地生产更有可能值得。随着更遥远的轨道区域以及水星、金星和火星在后期阶段得到开发，它们也可以成为运往内行星际区域的原材料来源。
1.4 - 1.8 材料加工及其他生产步骤
材料加工方法，如矿石还原和化学技术，在地球上也发展得非常完善。除了轨道上的一些实验和地球上的原型之外，它们在太空中几乎没有使用。因此，需要对这一阶段和后续生产步骤进行广泛的研发。一些用途，如散装辐射屏蔽，不需要改变材料的原始状态。但几乎所有其他材料都需要经过一些加工，才能将原材料变成成品材料库存。一些材料，如推进剂、水和氧气，在开采后可以直接使用。其他材料，如金属和陶瓷，需要进一步加工成零件，然后组装成成品。
第 4.n - 加工工厂 部分探讨了生产加工部分的概念。我们预计先前已经为低轨道和高轨道区域开发了设计。这一阶段需要进行额外的研发，包括根据该区域的独特条件和源材料调整和优化流程，并在后期从其他区域运送到该区域。一个未来的变化示例是在更靠近太阳的地方生产，在那里利用增加的太阳能通量是可取的。制造和组装方法可能不需要从先前的轨道区域进行更改，但这一点还有待确定。
- 3. 内行星际运输
3.1 散装货物运输 - 需要使用电力“太空拖船”将原材料从它们自然出现的地方运到可以加工的地方，并将成品和其他货物从一个地方运到另一个地方。拖船通常不需要人类机组人员，速度慢但效率高。电力推进已经在较小的规模上得到发展，但该任务需要更大的单元，并且拖船应设计用于加油，以便它们可以多次使用。我们预计较小的拖船已经为地球轨道和月球区域开发。因此，对于该区域，主要研发工作集中在建造更大、寿命更长的版本。
3.3 人员运输 - 我们希望最终将人员运送到内行星际区域的开放空间位置以及主要的行星和卫星。但是，太阳和宇宙来源的辐射遍布整个区域。“转移舱”是安全有效地运输人员的一种方式。这些舱被放置在各天体或地点之间的重复转移轨道上，例如地球和火星之间。由于栖息地一旦建立就不改变轨道，因此它们可以配备厚重的屏蔽、温室和加工设备。原材料主要来自附近轨道上已经存在的小行星。本地生产减少了从地球所需的有效载荷，并为机组人员和乘客提供了在旅途中可以做的事情。小型车辆用于从栖息地到达每次旅行结束时的行星轨道。节省高推力推进剂的一种方法是使用小型车辆的动量交换，通过电力推进弥补栖息地所需的任何速度变化。栖息地可以随着时间的推移而增长，最终成为目的地本身。
可以在火星卫星上建立额外的栖息地作为中途站，并最终建立其他地点。所有这些地点最终将成为多功能的，将运输和其他目的结合在一起。这在太空中是可能的，因为与地球不同，一切都在相对运动中。我们可以利用这种运动进行运输，同时进行其他事情。这将包括生产推进剂和其他物资、航天器建造和维修、作为科学平台，以及作为后来永久殖民地的核心。需要对如何建造和扩展这些移动栖息地以及它们所需的各种系统（如粮食生产和环境循环）进行广泛的研发。
阶段 0J 到 0L： [保留]
[edit | edit source]以下三个子阶段尚未确定研发任务。它们的子阶段标题保留供将来使用。
- 阶段 0J - 阶段 4D 主带和小行星群开发的研发
- 阶段 0K - 阶段 4E 外行星际开发的研发
- 阶段 0L - 阶段 4F 散射盘、希尔云和奥尔特云开发的研发
阶段 0M：阶段 5A 月球开发的研发
[edit | edit source]开发顺序 – 月球在物理上靠近地球，任何抬头看天空的人都能看到它。尽管目的地很明显，但月球表面并不是我们想要开始开发的第一个地方。这是因为地球周围的低轨道和高轨道区域以及月球周围的轨道都比表面更容易到达。首先开发轨道飞行器和物资仓库可以更容易地到达表面，因此我们较早地开始了这些阶段，但随后并行继续。一旦望远镜可用，就开始了对月球的科学观测，一旦火箭技术使人们能够靠近月球，就开始了对月球的本地探测。自 1958 年以来，已尝试过 100 多次任务，包括飞掠、撞击、轨道运行、着陆、驾驶、返回样本或利用月球进行引力弹弓。其中许多任务已经成功，包括 6 次载人登月。我们预计这种科学和探索活动将继续进行，并为有用的开发提供基本知识。月球区域包括两个截然不同的环境。一个是月球本身的表面和主体，另一个是平均距离月球中心 35,000 公里或更小的轨道，在该轨道上月球的引力占主导地位。每种环境都需要不同的设计来应对和利用当地条件。由于月球绕我们的星球运行，整个月球区域都嵌入了地球周围更大的高轨道区域，并在其中移动。
月球开发所需的许多技术和系统今天还没有准备好使用。因此，在设计和建造未来的月球项目之前，需要进行大量的研发工作。我们将必要的月球研发工作分配到此阶段。其中一些工作可能在地球上进行。其他部分可能需要使用低轨道或高轨道区域，或者直接在月球轨道上或表面进行。那些不能在地球上进行的工作将需要合适的运输和支持系统，例如通信。这反过来可能需要先完成早期阶段的研发和项目。然后，将月球研发的产出提供给阶段 5A 用于使用。一个重要的问题是，在开发其他区域的背景下何时开始利用月球，以及可用的技术水平如何。
第 4.12 - 月球开发 部分开始对开发该区域的概念进行探索。该过程包括确定该区域的各种地点和项目所需的研发。我们根据主要功能（生产、居住、运输和服务）和月球环境（轨道和表面）将这些需求进行整理和讨论。该列表几乎肯定是不完整的，需要随着时间的推移进行更新。我们无法提前预测哪些技术将有效，或者证明比其替代方案更好。因此，这些信息将持续不断地为更详细的研发和计划提供依据。
1.0 月球生产
[edit | edit source]自举方法 – 关于如何在月球区域建立工业的最佳方法问题已经得到了一定程度的研究。例如，Metzger 等人已经模拟了在月球上自举工业，发现 12 吨可能足以作为启动套件。在相当广泛的假设下，该启动套件可以发展成为一个更大的设施。然而，还需要做更多的研究来考虑多种材料来源、轨道与表面活动、生产方法以及基础设施的逐步建立。地球上积累了大量的生产经验。然而，从启动套件中自举仍然主要是在地球上的理论，并且在月球区域从未尝试过任何类型的生产。需要在这方面进行持续的研发，包括在地球上和月球区域。
- 1.1 月球轨道生产
生产地点 – 从月球表面到轨道的能量为 1.5 MJ/kg。在地球上，从原材料到成品的典型生产能耗为 10-20 MJ/kg。空间生产能耗可能相似。从月球表面收集原材料能量消耗相当低，因为反复的撞击已将表面粉碎成风化层，即松散的岩石和尘埃。高轨道的阳光量是月球表面的两倍。因此，似乎更倾向于将材料送入轨道进行进一步加工，因为这样可以更快地完成。
高轨道还可以作为月球、小行星和地球材料的交汇点。月球表面材料是密度较低的矿物，由于撞击混合均匀，挥发性化合物含量低。这是由于月球早期温度高和逃逸速度低。小行星通常没有被加热得那么多，并且它们的致密成分通过碰撞暴露出来。月球的致密材料被困在深处。因此，月球上的可用材料与主要小行星类型中的材料不同。一些材料在月球和小行星上都稀有或不存在，更容易从地球上获得。利用所有三种来源可以实现比仅从月球获得更多种类的流程和产品。由于距离和能量低，月球可能成为主要材料来源，按质量计算。
- 1.2 月球表面生产
大多数生产似乎都倾向于在轨道上进行。然而，在表面上用于本地生产可能是有意义的，在某些情况下，表面生产用于其他地方也是有意义的。与轨道一样，需要广泛的研发来确定哪些产品和流程将是最有用的，以及如何从启动套件中自举。一些候选者包括
烧结风化层 – 烧结通过施加热量或压力，但不是完全熔化，从颗粒形成固体块。例如，产品有铺设的着陆场和建筑平台、道路以及用于结构和屏蔽的块。岩石和尘埃在表面上随处可见，阳光也可以集中起来。真空条件使颗粒更容易结合，并减少了加热造成的损失。它也是一个简单的过程，可以用机器人来完成。这些特点使它成为早期生产的良好候选者。太阳能加热的替代品或补充品是微波，微波从内部而不是从外部加热。
直接提取天然铁 – 自月球起源以来，含铁陨石就一直撞击月球表面。从阿波罗任务岩石样本中，我们知道约 0.5% 的表面风化层是天然铁的碎片（Morris, 1980）。它通常是暴露还原、微陨石撞击或源岩基岩形成的小颗粒。风化层中还含有 5-13% 的铁，以矿物氧化物的形式存在，但天然铁不需要进行化学处理，从而避免了早期生产的复杂性。您可以使用磁铁提取天然铁部分，然后用熔炉将其与杂质分离，并将结果用砂模铸造成形，这些模具由表面上丰富的细颗粒制成。需要研究该工艺的可行性，以及早期生产铁相对于更复杂的化学还原是否值得。后者可以将高达 25-30% 的矿石质量转化为结构金属 Al、Fe、Mg 和 Ti；20% 的硅用于电力，以及 40% 的氧气用于生命维持。因此，化学生产可以更好地利用给定的开采材料量。
陶瓷和金属生产 – 陶瓷，例如砖和坩埚，以及各种类型的金属，是任何现代生产的关键元素。需要广泛的研发来研究如何在月球表面和轨道上提取所需的材料，并将它们转化为有用的产品。热过程在两个类别中都很常见，因此制造太阳能聚光器和熔炉是一个重要的研究领域。
2.0 月球居住
[edit | edit source]低重力影响 – 这项研发任务是确定人们和其他生物在长时间内安全的最低水平。已经对零重力进行了广泛的研究，但没有对零重力和一克之间的水平进行研究。低重力，甚至在地球上长时间卧床休息，都已知会对人造成不良后果。我们也不了解低重力对植物和动物的长期影响。人工重力可以通过旋转来提供，包括在轨道上和使用地面离心机。人工重力与自然重力之间可能存在细微的副作用。所有这些都需要在设计长期月球栖息地之前解决。我们预计大部分工作将在早期的地球轨道阶段完成，因为那里也存在同样的问题。月球表面的自然重力为研究提供了一个机会，而早期占领的停留时间有限。
- 2.1 月球轨道居住
晕轨道空间站保持 – 晕轨道是潜在的生产地点，因为它们可以接近小行星和月球材料来源，并且几乎 100% 的时间都在阳光照射下。然而，它们是不稳定的，因此需要空间站保持来保持位置。所需的加速度约为 120 m/s/年，或 3.8 × 10-6 m/s2。良好的反射器产生的太阳光压对一个 100 × 100 m 的区域来说约为 0.08175 N。这对 21.5 吨的质量提供了所需的加速度。金属化的 7.5 微米Kapton 薄膜对这个 100 × 100 m 的区域来说，质量为 106.5 kg，占允许质量的 0.5%。电力推进将在推进剂质量上消耗约 0.25%/年。太空中的 Kapton 薄膜已证明具有很长的使用寿命，因此它们是潜在的低质量解决方案的一个例子。由于太阳能电池板和熔炉反射器将具有很大的收集面积，因此它们的光压以及靠近拉格朗日点的放置可能足以保持位置。否则，可以提供额外的反射器面积来控制漂移。需要研发来确定最佳的空间站保持策略以及在需要时反射器的设计。
- 2.2 月球表面居住
月球尘埃缓解 – 月球表面尘埃非常细小且具有磨损性，并且可能对人员和设备构成其他危害。它可能会受到设备操作的干扰，也可能受到自然静电效应的影响。需要研究确定减少或消除尘埃问题的最佳方法。
3.0 月球运输
[edit | edit source]本节涵盖了基于月球轨道或表面的运输系统。到达月球区域所需的系统，但基于地球或地球轨道，将在各自的阶段中介绍。目前月球区域的运输方法包括化学火箭和几种类型的电力推进。需要针对使用这些方法的特定月球系统进行新的开发，以及针对更新方法进行额外的研究。
- 3.1 月球轨道运输
对于早期的低流量和后期的流量，不同的运输系统类型更受欢迎，在后期的流量中，降低成本变得更加重要。载人的要求与载货的要求不同，轨道到轨道的要求与轨道到表面的要求也不同。
可重复使用的着陆器 – 着陆器能够在没有辅助的情况下到达月球表面，适合早期开发。首次成功着陆发生在 1966 年，此后一直在持续，预计未来还会有更多着陆。然而，迄今为止，所有这些着陆器都是一次性的。未来的改进将是开发可重复使用的着陆器，它可以在轨道上、表面上或两者兼而有之进行补给。
轨道货物拖船 – 电力拖船是一种高效但缓慢的货物运输方法。它们以前将用于地球轨道，但以后可以基于月球轨道并在此进行补给。高轨道和月球轨道区域的重力很小，因此在它们之间以及更遥远的区域之间的运输相对容易。
月球轨道太空港 – 太空港是一种运输基础设施，它使旅行更容易，但本身不会旅行，就像机场对飞机的作用一样。当交通频率和流量很高时，这种基础设施是有意义的。然后可以将建设成本分配到许多用途上。一种运输功能是推进剂供应。然后，车辆只需要携带一次旅行所需的推进剂，但可以根据需要进行多次补给。另一种是通过结构元素进行动量传递。如果交通的方向和质量是平衡的，则不需要净能量。它比电力更快，但仍然可以使用这种方法通过将轨道能量存储在太空港的质量中来节省推进剂质量。太空港可以支持除了基本运输功能之外的其他功能。一个例子是监控和控制月球区域的无人系统。与地球相比，距离更近，可以实现更接近实时的操作。另一个是为人员提供辐射防护和人工重力。太空港将从小规模开始，随着时间的推移而增长，以满足交通和其他功能的需求。它也将作为更大的太空港网络的一部分而存在，该网络使太阳系内的可靠且低成本的旅行成为可能。
- 3.2 月球表面运输
表面漫游车 – 地表车辆在地球上已经发展得很好，并且已经有一些在地球上运行月球和火星。然而，需要改进负载能力、耐用性、尘埃缓解和牵引力。现有的轻型漫游车设计适合于探测和选址。它们可能不适合更重的任务，例如场地准备和采矿。我们还没有在月球上进行过重型机械的维护经验，特别是对于远程控制的机械而言。我们也没有在那里卸货或组装大型车辆。这些主题需要一些研究。
批量货物运往轨道 – 如果大部分加工要在高轨道进行，则需要一种有效的方式来从地面运送大批原材料。候选方案包括离心式和电磁弹射器，以及大型轨道基础设施，所有这些都需要大量的研发。目前的基准方案是化学火箭，但它们具有相当低的质量返回率，而且能效不高。
- 4.1 月球轨道服务
[待定]
- 4.2 月球表面服务
[待定]
第 4.14 节 – 火星开发 探讨了开发火星及其周围轨道区域的概念。一种方法是从火卫一上的栖息地开始。首先，我们可以利用该卫星的本地材料来支持前往地面的旅行。由于我们尚不清楚火卫一的成分，可能需要从附近的行星际小行星获取其他材料。由于火星位于小行星带 的内缘，因此有许多候选目标可供选择。首先，我们生产推进剂和机组人员物资。稍后，我们可以建造太空港结构，以交换动量并更有效地到达火星表面。
我们已经在火星轨道上拥有许多卫星，并且有探测器和漫游车在探索火星表面。有了轨道上的推进剂供应，我们可以开始着陆更大型的设备并在地面建造更大的设施。这些设施可以从轨道上远程控制，直到有足够的栖息地容量可供全职机组人员使用。早期任务可以将种子工厂组件运送至火星表面，以开始本地生产。随着火星表面推进剂生产的开始，以及随后大型地面加速器与轨道太空港相结合，火星的进出将变得更加容易，大型开发也将能够进行。
目前，所有这些概念都处于初步阶段，可能需要大量的研发才能制定出具体的项目计划，并最终得以实施。
第 4.N 节 - 后续项目 概述了一些后期阶段的想法。由于技术会随着时间的推移而改变，因此对遥远的未来进行太多详细的计划是不值得的。长期概念可以作为未来研究的指南。随着时间越来越近，这些想法（或者将来开发的新想法）可以被纳入更新的项目计划。以下五个子阶段尚未确定具体的研发任务。它们的节标题保留供日后使用。
- 阶段 0O - 阶段 5C 金星和水星开发的研发
- 阶段 0P - 阶段 5D 木星系统开发的研发
- 阶段 0Q - 阶段 5E 外部气态巨行星开发的研发
- 阶段 0R - 阶段 6A 星际空间开发的研发
- 阶段 0S - 阶段 6B 太阳系外开发的研发