本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點。
人類在太空的未來的樂觀願景似乎已經讓位於各種可能性、也許、如果和但是的混亂組合。這不僅僅是政府和航天機構的過錯，基本物理學也是部分原因。將物體從地球上提升起來極其困難，因此在五十年裡，我們勉強設法將相當於一艘大型油輪的物體送入太空。但仍然有希望。
“預測非常困難，尤其是關於未來的預測……”
尼爾斯·玻爾
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回到 1970 年代，物理學家 傑拉德·奧尼爾 和他的學生研究了能夠維持整個人類人口的巨大軌道結構的概念。那是阿波羅時代的尾聲，儘管預算限制和地球上的悲觀情緒迫在眉睫，但仍然有一種對可能是什麼、可能是什麼以及真正觸手可及的事物的認識。
結果是一系列解決太空生活各種問題的棲息地藍圖，從人造重力（旋轉巨大的圓柱體）到大氣層和輻射（讓大氣層為您遮蔽）。它們非常了不起，並且仍然是關於我們擴充套件到地球之外的未來的最樂觀願景之一。
但是，存在一個潛伏的問題，它歸結為基本物理學。將東西從我們星球的表面移動到軌道或更遠的地方是非常困難的。奧尼爾知道這一點，任何其他思考過宏偉太空計劃的人也知道這一點。解決方案是“就地取材”，從引力井較淺的月球或透過處理小行星中提取原材料。然而，要達到那一步，我們仍然需要將大量東西送入太空——基本工具和基礎設施必須從某個地方開始。
這就是問題所在。為了說明問題，我查看了過去 50-60 年裡我們設法從地球上運走“東西”的數量。實際上很難評估，我們送上去的大量物質很快又會掉下來——要麼是作為廢棄的火箭級，要麼是作為短壽命的低空衛星。但我們仍然可以對此有所瞭解。
首先，提升到太空的質量的下限是當今的人造衛星數量。總共有大約 3,000 顆以上的衛星在那裡，加上大量的微小碎片。目前的估計表明，這總共約為 6,000 公噸。最大的單個結構是國際空間站，目前的重量約為 450 公噸（約 992,000 磅，供參考）。
這些數字並未反映發射質量——火箭 + 有效載荷 + 燃料的總和。為了說明這一點，滿載的土星五號火箭大約為 2,000 公噸，但其中大部分是燃料。
當太空梭飛行時，它大約為 115 公噸（太空梭 + 有效載荷）進入近地軌道。由於太空梭共發射了 135 次，因此在 30 年的時間裡，總共提升的質量約為 15,000 公噸。
這聽起來開始好一點了，對吧？等等。看看這些中的一個
這種油輪滿載時約為 550,000 公噸。這比太空梭一生轉移到軌道的質量多三十六倍。這只是一艘油輪。您可以用這麼多的建築材料建造基本的基礎設施，以開採和提煉萬億噸重的原始小行星，將其變成金屬、材料、工具和機器嗎？也許，勉強可以。但是奧尼爾圓柱體呢？還差得很遠。
到目前為止，您可能感到沮喪。重力確實很糟糕。但我不認為現實主義是壞事。事實上，這告訴我們一個簡單而明顯的事實。為了達到盈虧平衡點，即我們提升到太空的物質超過我們在太空製造的物質，我們只需要在第一步做得更好一點。一艘油輪可能比 135 次太空梭飛行重約 30 倍，但這並不是一個難以克服的因素。如果是一千倍或一百萬倍，那才是放棄的時候。
因此，航天機構和像 SpaceX 或 Orbital Sciences 這樣的私人發射業務為大幅降低第一步成本所做的努力至關重要。我認為仍然有希望我們的物種會有一個地外未來——這可能對我們的長期生存至關重要。
[在出現關於在我們解決地球上的問題之前我們不應該將資源花在這些事情上的評論之前：是的，當然，但是 NASA 的全部預算（例如）目前不到美國聯邦預算的 0.5%。大約 180 億美元，它少於地球上一些個人的財富。其他國家/地區的支出也沒有那麼多，歐洲航天局的預算約為 130 億美元。相比之下，美國國立衛生研究院的年度預算約為 300 億美元。太空科學和技術使我們能夠以前所未有的方式研究我們的家園星球，這對於評估和改善全人類的生活質量至關重要，從瞭解天氣和氣候，到人口增長和土地利用。就是這樣。]