地球现有资源可以支撑多久人类对宇宙的探索? 第1页

支撑到人类毁灭自身或人类变得比地球更强大为止，这两件事大概率花不了几千年时间，实质上用不掉多少资源。

你对探索宇宙需要什么资源可以有大概的认识：人类需要的资源里最主要的是能源，地球表面和近地轨道上总量最多的能源是太阳辐射。

太阳对地球的照射功率约1.73E17瓦，一天时间照射到地球的能量约有1.49E22焦耳，约相当于五千零八十五亿吨标准煤完全燃烧释放的能量，约可供75.8亿人类^[1]使用8650天。
人类现在大量使用的化石燃料，是地球生物圈与岩石圈的一部分在过去漫长的时间里从太阳辐射中的一小部分转换并储存的化学能。

人类和整个地球生物圈对太阳辐射的利用处于非常初等的状态，潜力巨大。而且太阳在今后几十亿年里的输出是徐徐增加的。按照目前的数据，太阳输出的强化会在一千万年内导致现在的人类无法承受，在十亿年内摧毁地球生物圈。这需要人类的进步去解决。

现在，地球接收的太阳辐射功率里约有5.2E16瓦经大气反射与散射、云的反射、地表反射等直接返回太空，其余使大气和地表升温、支持大气圈与水圈的运行：约8.1E16瓦以热辐射形式散入太空，约4E16瓦用于水循环，约3.7E14瓦用于大气流动。地球生物圈利用的太阳能不到太阳入射功率的千分之一，大部分还是光合生物在搞（约4E13瓦），是人类文明总功率的两倍。

阳光可以转换为电、热和分解水来制造燃料。电可以驱动地球上的载具，可以用磁轨炮发射航天器，也可以通过毫米波点燃空气或加热火箭上的水箱将火箭打上太空。分解水得到的氢和氧可以作为燃料驱动地球上的载具或发射火箭，也可以支持基于核爆炸而非可控核聚变的聚变推进系统。一个既没有化石燃料又没有可控核聚变的人类文明仍然可以向太空扩张。这些设备的材料来源主要是沙子、石头和铁矿石。

工业革命以来，人类文明的总功率每年增加约2.5%~3%。只用地球上的太阳能维持每年2.5%的功率成长的话，可以继续这样发展368年^[2]。在此途中，约251年后，人类文明将成长为卡尔达肖夫文明等级指数Ⅰ型文明，估计其技术可以支持在内太阳系展开大量轨道建筑与航天器。

地球接收的太阳辐射只是太阳总输出的二十二亿分之一。人类可以将太阳能电站铺到太空，接收地球原本接不到的那些太阳辐射。平均距离到地球最近的行星是水星（而不是金星和火星），水星上有储量巨大的金属^[3]和强烈的太阳辐射。保持每年2.5%的功率成长，300年内人类就会有能力用水星的材料铺设反射镜戴森云，接收许多倍于整个地球上的太阳辐射的能源。

太阳目前的总输出允许人类文明以每年2.5%的功率成长率从公元2020年开始发展1238年。在此途中，人类文明将成长为卡尔达肖夫文明等级指数Ⅱ型文明，估计其技术将可以在银河系内宇航，拥有比任何利用太阳辐射的能源更加有效的黑洞引擎等高级能源，甚至造出初步可用的零点能引擎。

附：毫米波火箭发射系统简介

毫米波可以将空气电离产生爆轰推动航天器，航天器本身只需要极少的变轨燃料、紧急逃生燃料，大幅节约重量。也有不点空气而是让毫米波加热火箭上携带的工质（可以是水）的方案、让毫米波将火箭推到高层大气再用化学火箭发动机入轨的方案。用带聚光构造的被动吸气脉冲爆震发动机代替现存火箭发动机及其燃料可以节约80%的重量。

适合在地球大气中传播的毫米波是35GHz、94GHz、140GHz、220GHz。直径5米的现代毫米波天线可以在20千米内将波束直径控制在5米，直径120米的天线则可以在200千米内将波束直径控制在5米，持续照射火箭。电离层对100GHz程度的毫米波几乎没有反射，3波共鸣、热自聚焦之类非线性相互作用可以靠位相补偿来解决。
这是1980年代才出现的想法，晚于激光推进。但由于核聚变方面多年来的应用需求，人类对回旋管相关技术的掌握程度还好，现代回旋管单个输出可以达到2MW，单价数十万人民币，输出效率大于50%，数十座到数千座集束在原理上没有问题，使用5000小时才开始出现故障（一次发射只使用几百秒）。如果建成大规模基地，散热设备类似现代发电厂的水冷系统，储能可以靠飞轮，可以短时间连续进行航天发射（如一天10发）。
现阶段实验显示每个1MW回旋管每次发射可以送1~2千克物体上近地轨道。集中10000座，几天就能把百吨有效载荷打上近地轨道了。要是搞得到几十万座，一次把百吨有效载荷打上近地轨道也是可以的（此时储电飞轮的建设费跟回旋管同等。这种规模的毫米波发射系统非常吓人，因为这些设备是集发射弹道导弹与拦截导弹·飞机于一体的）。
现实中未来的万吨级轨道太阳能发电系统可能用得上这样的发射系统。

参考

1. ^ 2020年03月13日，全球230个国家和地区的可统计人口总数为75亿8520万4179。
2. ^ 在地球上，人类最多可以将地球接收到的1.33E17瓦太阳辐射自己使用再散入太空，而不减少水循环·大气流动·生物圈使用的量。联合国估计人类的人口将会在22世纪稳定于90亿~110亿。以100亿人口计算，上述能量可以支持他们每个人用我们现在的平均能耗的五千倍来生活。
3. ^ 铁、金、铂、铀、钍的储量都很好看