天基卫星能为远程地雷提供动力吗？

许多基于太空的技术仍在寻找它们的“杀手级应用程序”——它们比其他任何东西都做得更好，并且对于任何需要该应用程序来解决问题的人来说都是不可或缺的。 在人类发展的这一点上，这些杀手级应用程序中的大多数都将涉及解决地球上的问题。 天基太阳能卫星无疑是其中一项技术。

它们有可能从根本上改变地球上的能源行业。 但他们需要一款“杀手级应用”来吸引人们对他们进行投资的兴趣。 科罗拉多矿业学院的一组研究人员进行的一项研究着眼于一个潜在的用例——为未连接到任何电网的远程采矿点供电。 不幸的是，即使在那些极端情况下，太阳能卫星的经济性也不足以保证投资。

乍一看，偏远的矿山很适合由太阳能卫星提供动力。 许多不在靠近电网连接的任何地方，直接在那里铺设电线成本太高。 通常，他们用卡车运送柴油来运行巨大的发电机，这很昂贵，其成本高达连接到电网的矿山的典型电力的十倍。 这在一定程度上是因为它们很难到达，尤其是在北半球较为危险的地区，那里的矿山有时只能通过冰路进入。

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一个典型的矿山使用大约 20 兆瓦的电力来运营，他们通常会向提供发电机或其他形式能源的电力供应商支付购电协议 (PPA)。 风能和太阳能是两种可能的替代方案，但它们间歇性太强，无法提供稳定的电力，尤其是在大多数矿山所在的纬度地区。 因此，许多矿业经营者会对替代方案持开放态度。

但是，与如此多的技术一样，它归结为成本。 平均而言，一个典型的矿山每运行一千瓦时要支付 0.30 美元，因此在最好的情况下，这是一个动力卫星至少必须支付的价格 close 到。 然而，可能会有一些回旋余地，因为矿业经营者可能希望通过不燃烧数千加仑的柴油来看起来更“绿色”，因此他们可能会认真考虑能够以稍高的速度提供能量的动力卫星价格。

那么，一颗动力卫星的能量成本是多少？ 由于还没有一个在运行，因此很难判断，但研究人员的计算基于约翰曼金斯提出的一项名为 SPS-ALPHA 18 系统的提案。 顾名思义，它提供 18 MW 的功率，方便 close 到典型远程矿井的平均用例。 Mankins 写的一篇论文和一本即将出版的解释更新版本的书也对此进行了详细说明。 由于该书在撰写本文时尚未发布，因此他们的计算基于（假定为劣质的）原始卫星平台。

在那篇论文中，Mankin 提供了三种不同类型的成本估算，这将有助于为电力卫星系统提供的电力定价。 首先是制造——估计将近 8 亿美元用于构建 SPS-ALPHA 18 系统的各个部分。 “其他”成本，包括研发和建造地面站，还有 6 亿美元。 最终费用，发射成本，是商业航天工业发展的焦点，并且根据某些假设差异很大。 在最好的情况下，使用当时称为 BFR（现在称为星际飞船）的飞行可以发射略多于 100 万公斤的重量，将卫星送入轨道，总成本略高于 6 亿美元。

总而言之，将一颗功能齐全的动力卫星送入轨道的成本约为 20 亿美元。 这实际上是一些大型发电厂的规模，尤其是核电站。 然而，这些地面发电厂被设计成与电网相连，产生的电力比 SPS-ALPHA 18 多几个数量级。 那么，从潜在投资者的角度来看，这笔 20 亿美元的投资会是一笔不错的投资吗？

计算矿山整体能源成本的最简单方法是计算出它们每年使用多少能源，然后将其乘以矿山本身的预期寿命。 每年 18 兆瓦的 SPS-ALPHA 18 几乎可以提供矿山的总能耗。 每天 24 小时每千瓦时 30 美分，每年大约 4730 万美元。 在矿山的整个生命周期（约 25 年）内，年收入总额约为 11 亿美元。

因此，即使在最好的情况下，用卫星为远程矿山供电的提议仍然会赔钱。 然而，在经济学家看来，情况更糟。 他们使用一个称为“贴现率”的变量，基本上是一种计算用于资助项目成本的资金的方法，其中包括通货膨胀和机会成本（即他们从其他地方投资会赚多少钱）。 确定贴现率的另一个重要因素是项目本身失败的风险——考虑到空间动力卫星的新颖性，对于这种性质的项目来说，这是相当高的。

Ian Lange 博士和他的合著者选择了 12% 的折扣率，他指出，这大约是偏远采矿业的平均水平。 但这意味着每年该项目的收入比上一年的收入少 12%。 此外，他们预计预先进行 5 年的资本投资，其中 5 年不会有任何实际收入，这意味着在 5 年后，第一年的 4730 万美元收入在今天仅值 2684 万美元钱。

从那以后情况变得更糟，项目结束时的总收入仅占今天的 278 万美元左右。 所有这些经济计算最终都会得到一个称为“净现值”或 NPV 的数字。 投资者查看该数字并试图决定一个项目是否可投资。

在使用 SPS-ALPHA 18 的情况下，在撰写本文时设计的最受关注的空间动力平台，使用 SPS-ALPHA 18 为远程矿山提供动力的净现值最多为 -18 亿美元。 即使对于最具太空意识的亿万富翁来说，这也是一种延伸。

因此，天基动力卫星是否可以为远程矿山提供动力的答案是“可以”，但它的商业案例并不多。 从太空发射能量成为一项有利可图的事业还有很长的路要走。 但是，正如作者在论文末尾指出的那样，如果卫星的某些部件是在太空中制造的，则整个计算会发生巨大变化。 所以在未来还有一个时间点，随着更充实的太空基础设施，价格最终可能会变得具有竞争力。 但在人类达到这一点之前，将会有很多必要的投资，在非常负的净现值下。

普罗克特等人。 – 太空太阳能用于远程采矿作业的可行性
UT – 最后，天基功率波束的实际应用。 向阴凉处的卫星供电
UT – 海军正在太空中测试光束太阳能
UT – 通过更好的通信，天文学家和卫星可以共存

铅图像：
艺术家对在太空中运行的 SPS-ALPHA 卫星的印象。
信用——约翰·曼金斯