本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
人类在太空的未来的乐观愿景似乎已经让位于各种可能性、也许、如果和但是的混乱组合。这不仅仅是政府和航天机构的过错，基本物理学也是部分原因。将物体从地球上提升起来极其困难，因此在五十年里，我们勉强设法将相当于一艘大型油轮的物体送入太空。但仍然有希望。
“预测非常困难，尤其是关于未来的预测……”
尼尔斯·玻尔
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回到 1970 年代，物理学家 杰拉德·奥尼尔 和他的学生研究了能够维持整个人类人口的巨大轨道结构的概念。那是阿波罗时代的尾声，尽管预算限制和地球上的悲观情绪迫在眉睫，但仍然有一种对可能是什么、可能是什么以及真正触手可及的事物的认识。
结果是一系列解决太空生活各种问题的栖息地蓝图，从人造重力（旋转巨大的圆柱体）到大气层和辐射（让大气层为您屏蔽）。它们非常了不起，并且仍然是关于我们扩展到地球之外的未来的最乐观愿景之一。
但是，存在一个潜伏的问题，它归结为基本物理学。将东西从我们星球的表面移动到轨道或更远的地方是非常困难的。奥尼尔知道这一点，任何其他思考过宏伟太空计划的人也知道这一点。解决方案是“就地取材”，从引力井较浅的月球或通过处理小行星中提取原材料。然而，要达到那一步，我们仍然需要将大量东西送入太空——基本工具和基础设施必须从某个地方开始。
这就是问题所在。为了说明问题，我查看了过去 50-60 年里我们设法从地球上运走“东西”的数量。实际上很难评估，我们送上去的大量物质很快又会掉下来——要么是作为废弃的火箭级，要么是作为短寿命的低空卫星。但我们仍然可以对此有所了解。
首先，提升到太空的质量的下限是当今的人造卫星数量。总共有大约 3,000 颗以上的卫星在那里，加上大量的微小碎片。目前的估计表明，这总共约为 6,000 公吨。最大的单个结构是国际空间站，目前的重量约为 450 公吨（约 992,000 磅，供参考）。
这些数字并未反映发射质量——火箭 + 有效载荷 + 燃料的总和。为了说明这一点，满载的土星五号火箭大约为 2,000 公吨，但其中大部分是燃料。
当航天飞机飞行时，它大约为 115 公吨（航天飞机 + 有效载荷）进入近地轨道。由于航天飞机共发射了 135 次，因此在 30 年的时间里，总共提升的质量约为 15,000 公吨。
这听起来开始好一点了，对吧？等等。看看这些中的一个
这种油轮满载时约为 550,000 公吨。这比航天飞机一生转移到轨道的质量多三十六倍。这只是一艘油轮。您可以用这么多的建筑材料建造基本的基础设施，以开采和提炼万亿吨重的原始小行星，将其变成金属、材料、工具和机器吗？也许，勉强可以。但是奥尼尔圆柱体呢？还差得很远。
到目前为止，您可能感到沮丧。重力确实很糟糕。但我不认为现实主义是坏事。事实上，这告诉我们一个简单而明显的事实。为了达到盈亏平衡点，即我们提升到太空的物质超过我们在太空制造的物质，我们只需要在第一步做得更好一点。一艘油轮可能比 135 次航天飞机飞行重约 30 倍，但这并不是一个难以克服的因素。如果是一千倍或一百万倍，那才是放弃的时候。
因此，航天机构和像 SpaceX 或 Orbital Sciences 这样的私人发射业务为大幅降低第一步成本所做的努力至关重要。我认为仍然有希望我们的物种会有一个地外未来——这可能对我们的长期生存至关重要。
[在出现关于在我们解决地球上的问题之前我们不应该将资源花在这些事情上的评论之前：是的，当然，但是 NASA 的全部预算（例如）目前不到美国联邦预算的 0.5%。大约 180 亿美元，它少于地球上一些个人的财富。其他国家/地区的支出也没有那么多，欧洲航天局的预算约为 130 亿美元。相比之下，美国国立卫生研究院的年度预算约为 300 亿美元。太空科学和技术使我们能够以前所未有的方式研究我们的家园星球，这对于评估和改善全人类的生活质量至关重要，从了解天气和气候，到人口增长和土地利用。就是这样。]