月球火箭燃料经济性：分析模型

月球资源火箭燃料生产的经济模型

本模型评估从月球水冰生产火箭燃料的长期成本，以与地球燃料进行比较。关键因素是资本设备运输的成本转移比（G）和生产质量系数（𝜙 = 产品质量 / 设备质量）。这些参数决定了月球燃料何时比从地球运送到LEO、GEO或拉格朗日点等轨道更便宜。

帐篷升华技术实现𝜙 > 100，即使对于LEO也超过了盈利阈值。露天开采更接近阈值，但改进和操作经验将使其具有竞争力。

关键模型符号

| 符号 | 定义 |

|--------|-------------|

| C_fin | 融资成本 |

| C_K | 资本开发和制造成本 |

| C_ops | 生命周期内的运营费用 |

| c_R | 可靠性成本系数 |

| C_tr | 资本运输到月球的成本 |

| c_X | 在点X的月球燃料每公斤成本 |

| G | 月球资本的成本转移比 |

| 𝜙 | 生产质量系数 |

| ψ_X | 在X点的月球与地球燃料成本比 |

附加：Δv_{Y-X} — 从Y到X的特征速度；IMF — 惰性质量分数；I_sp — 比冲。

轨道：LEO（160–2000公里）、GEO（35,786公里）、GTO（地球同步转移轨道）、LS（月球表面）、EML1（地月拉格朗日点1）、DRO（月球远距离逆行轨道）。

先前技术经济分析回顾

先前的技术经济分析结果不一：一些预测盈利，另一些则得出负面结论。关键错误包括：

• 选择具有高G的架构（设备运输昂贵）。
• 忽略具有高𝜙的资本。

例如，Charania和DePascuale指出了从LS到GEO的高运输成本，但忽略了生产规模的长期效应。Jones等人估计ISRU比地球燃料贵97%，低估了𝜙的潜力。

本模型引入：

• x = 归一化的每次发射设备成本。
• τ = 每公斤产品的资本运输特定成本。
• χ = 归一化的资本成本。

竞争力条件：ψ_X < 1，其中ψ_X = f(𝜙, G, 其他参数)。

可靠性和运营因素

可靠性R通过c_R = E_R * (1 - R) / R影响，其中E_R是将R从R_0提高到R_max的努力规模。

对于月球条件：

• 低重力（1/6 g）。
• 无大气。
• 极端温度。

技术必须考虑这些因素。帐篷升华技术最小化设备磨损，确保高𝜙。

LEO计算：以L_p = 从地球发射燃料的成本，月球燃料获胜如果c_{LEO} < L_p * Γ_{LEO}。

在太空经济中的应用

在LS为GEO客户生产：卫星拖船使用燃料进行轨道圆化。消费者市场（如类似Starlink的星座）的规模驱动需求。

• ISRU优势： 减少任务的Δv；可扩展性类似地球。
• 风险： 初始资本投资；实现R > 0.9。

模型预测所有太空任务的成本降低，由于燃料更便宜。

关键要点

• 成本转移比G和系数𝜙决定盈利性：目标G < 10，𝜙 > 50用于LEO。
• 帐篷升华技术已具竞争力；露天开采将在优化后实现。
• 可靠性R关键影响c_R；需要E_R ~ 10–100用于月球条件。
• ISRU降低GEO、EML1、DRO任务的成本。
• 长期效应：通过规模加速太空探索。

— Editorial Team