未来 500 年,做好 AI 爆炸性发展的准备,然后出走地球

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未来 500 年,做好 AI 爆炸性发展的准备,然后出走地球

图片:《地心引力》

人类航天在 5 年、50 年、500 年的尺度上所需要解决的最重大问题分别是什么?

知乎用户,正在现场直播黑洞形成过程

5 年的尺度上:需要通过商业航天的发展,大幅度降低现有航天活动的成本到 1/2~1/10。

对于商业卫星,降低成本之后现有的需求可以扩大,甚至发展低轨道星座等新的应用模式。对于政府任务,降低成本意味着同样的预算可以执行更大规模的任务,如把载人登陆火星的成本降到载人登月甚至国际空间站的成本以内。

现有航天活动的成本主要包括两部分:火箭发射费用约 1 万美元 / 公斤载荷,卫星价格约 2~3 万元每公斤(按卫星行业的营业额是火箭产业的 2~3 倍计算)。

降低火箭成本,对于主流大中型运载火箭主要靠商业化提高企业效率和回收复用。SpaceX 近期推出的 F9 blk5 吸收了前几次复用的经验教训,有望降低发射成本到现在的 1/2,成熟后降低发射成本到现在的 1/10,这已经足够改变大部分航天应用的性价比。对于研发门槛较高的重型运载火箭,主要靠仿真试验技术(如 CFD)的进步降低研发成本。SpaceX 的 Raptor 发动机的设计过程应用了 SpaceX 独创的湍流模拟算法,远超现在学术界和工业界的 CFD 软件水平。对于单价较低的小型运载火箭,主要靠简化飞控等系统和提高生产自动化程度降低生产成本,如 Rocket Labs 公司的 3D 打印电动涡轮泵。另外还需要开辟适应低成本密集发射的商业发射场。

降低卫星成本,主要靠电子技术的发展提高卫星的功能性价比,尤其是对商业电子元器件进行测试认证后用于航天应用(COTS)。目前航天器远远没有用上逼近摩尔定律的最新型号芯片,还有较大发展空间。至于抗辐射问题,目前相当一部分消费类芯片使用 SOI 工艺,理论上抗辐射性能较好。

在完成这些任务后,近地轨道的航天活动属于常规的交通运输、电子信息产业的一部分,不再单独讨论。

500 年的尺度上:实现太阳系殖民对人类文明的存续至关重要,而且远早于 500 年。

这里把 500 年拿到 50 年的前面说,因为 100 年的时间尺度上会发生一系列事关人类文明生死存亡的大变局,需要在 50 年的尺度上预测和应对。

地球文明的内卷化几乎不可避免。从历史上看,一个区域文明的寿命约为几百年~几千年。在地理扩张达到极限之后,随着资源的消耗和历史遗留问题的积累,社会逐渐陷入争夺存量资源的养蛊模式,变得拥挤、猥琐、停滞、衰退,甚至毁灭。大规模的文明进步需要旧的文明迁入新的地理环境(希腊、罗马、美国),或者至少要从外部获得新的资源(工业革命、改革开放)。

AI 奇点可能在 50~100 年的时间内出现。即 AI 的发展随着时间而自动加速,更新换代的周期越来越短(几十年、几年、几个月、几天……)最后在某个时间形成爆炸性的突破。然后可能进入人类逐渐向 AI 移交各种工作、逐渐被 AI 包养和退役的阶段。技术发展加速的最后阶段,各行业和地区之间很短的时间差足以形成代差,也可能撕裂社会。但对于航天技术本身,AI 的影响远好于一般行业。一般行业怕产能过剩和失业,航天正好怕贵、怕危险、怕人类躯体难以适应太空。

现代的社会运转和资源消耗快于古代,国际社会已经初露内卷化的疲态,顶多再坚持 100 年。但如果实现太阳系殖民,则火星和小行星带基本足够开发 500 年,且无需可控核聚变。再往后则需要恒星际航行,但社会已经由 AI 主导,航天活动由载人重归无人。甚至可能实现冯诺依曼探测器,即把 AI 配套的硬件自复制所需的全部设备一起小型化做成一个探测器。在这种情况下,使用可控核聚变达到百分之几的光速,航行上百年到达另一颗恒星周围的行星上也可以接受。

可控核聚变貌似遥遥无期,但短期内不急。人类寿命极限 / 光速限制问题貌似无解,但会被 AI 化解。真正的问题在 100 年内会发生人类出现 3 万年以来未有的大变局,机遇和挑战并存。

如果等着 AI 发展完善之后由 AI 进行无人航天,实现起来相对简单,但意味着 AI 能出去而人出不去,人类放弃未来。而且大变局当中航天活动可能受到冲击而中断,最后人和 AI 一起困在地球上养蛊玩完。

如果抢在地球内卷化和 AI 全面掌握社会事务之前载人殖民火星走出地球,则有更多资源供社会高速发展、缓冲人类和 AI 的竞争,以及由两个星球分担大变局中的风险。

50 年的时间尺度上:需要完成殖民火星的前期准备工作:建成火星国际空间站、SpaceX 的 ITS 达到设计目标、做好 AI 时代来临的准备。

在太阳系各个天体当中,火星的条件相对最适合殖民地自持。国际空间站的居住规模足以验证人类在火星长期自给生活的关键技术,包括推进剂、氧气、水、食物的就地自给(ISRU)、人体长期适应火星环境。但不需要涉及殖民地完全自给、商业模式盈利的难题,只需要降低成本把火星任务塞进现有国际空间站的预算规模里。

火星国际空间站的运营模式和现在的国际空间站一样,NASA 购买 SpaceX 的货运服务,载人仍然用“自家”的 SLS。为了达到这个目标,需要把每公斤载荷的成本降低到现在的 1/10~1/50,SpaceX 的 mini ITS 在复用状态下可以满足要求。mini ITS 用的 Raptor 发动机已经试车,以 SpaceX 的研发速度应该可以在 5~10 年之内投入使用,然后剩下 40 年的时间留给 NASA 分批运货运人。

完整版的 ITS 将把每公斤载荷的成本降低到现在的 1/100~1/1000,足以逐步运送数百人甚至数万人登陆火星,以及运输各种大型工业设备。火星有足以生产水泥、金属、塑料、化肥的沙土、矿石、水、二氧化碳、氮气,配齐生产设备之后足以供给后续的殖民地建设所需(以重量计)的大部分物资,剩下的芯片等核心高科技产品依赖运输问题不大。至于盈利模式,跑马圈地对资本有很强的诱惑,未必需要短期内从火星向地球运回产品实现贸易平衡。这涉及到外层空间的产权和主权问题,美国已经在修改法律允许商业公司拥有外星产权。至于日后殖民地可能独立是否值得建设,从英联邦的历史看,独立了的殖民地仍然远好于没有殖民地 / 别人抢占殖民地。

50 年内完成 ITS 的研制和应用足以开始殖民火星,实际研制周期应该只要 20 年左右,后 30 年可以进入应用阶段。

在 AI 奇点临近的情况下,关键性的航天技术、制造工序、操作流程需要做好全面应用 AI 工具的准备,以适应和利用 AI 时代的爆炸性发展。同时应保留人工备份,以免 AI 失控全部损毁。

如果适应了 AI 对社会带来的挑战,AI 对于航天技术能带来巨大的推动。无人探测器、火星机器人、图像识别、自主导航、结构优化、CFD、3D 打印等领域都非常依赖 AI 技术,或者应用机器学习算法能够提高效率。

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