摘要
本研究原始文獻由 Philip T. Metzger 和 Greg W. Autry 撰寫，兩位作者在太空經濟與工程領域具有豐富的研究經驗。
- Philip T. Metzger 博士隸屬於 佛羅里達中央大學（University of Central Florida） 的佛羅里達太空研究所（Florida Space Institute），專注於行星表面物理、月球基礎建設與太空資源開發技術。
- Greg W. Autry 博士則任教於 亞利桑那州立大學（Arizona State University） 的雷鳥全球管理學院（Thunderbird School of Global Management），專長於太空商業模式與政策發展，並曾參與 NASA 的商業太空政策制定。
近期，太空探索領域傳來多項重要進展。2025年3月2日，美國私人企業 Firefly 公司成功將其月球著陸器「藍色幽靈」號送上月球，成為繼 IM 直覺機器公司後，第二家實現月球軟著陸的美國私人企業。
然而，直覺機器公司於3月6日發射的「雅典娜」號著陸器在月球著陸時未能直立，影響了任務的完成度。一樣未完成預定目標的是日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）於 2024 年 1 月雖成功將「SLIM」探測器送上月球，並成功釋放兩個漫遊車，但其太陽能發電板未能正常工作，影響了任務的持續時間。
但這些事件凸顯了月球基礎設施建設的挑戰與機會。儘管技術上還有許多要克服的，若從商業太空經濟的角度分析，建立穩固的月球降落場對於確保未來太空探索任務的成功至關重要。隨著多國與私人企業積極投入月球探索，相關技術的發展與成本降低將為未來的太空經濟活動奠定基礎。
為什麼月球登陸平台是必須的？
想像一下，一艘太空船降落在月球表面，強烈的火箭推力掀起大量塵埃與碎石，這些高速拋射物猶如無形的子彈，可能摧毀附近的科學設備、太空人棲息地，甚至影響其他飛行器的安全。這正是為什麼 月球登陸平台（Lunar Landing Pads）變得至關重要——這些平台可以提供穩定的降落區域，避免火箭噴射氣流將月球表面物質四處拋灑，從而保護周圍設施，確保人類在月球上的長期發展。
NASA 和許多國際機構已認識到這個問題，並計畫在未來的 Artemis Program 中，優先建設登陸平台。然而，問題來了——該如何在月球上建造登陸平台？哪種方法最具經濟效益？建造成本是多少？
為什麼需要月球降落場？
月球表面不像地球，有大氣層來減緩塵埃與碎片的飛散。當火箭降落在鬆散的月球土壤（稱為「月壤」）上時，會產生高速的噴射物質，這些飛散的塵埃可能會對附近的設備、探測器甚至是人類基地造成嚴重威脅。因此，建立穩固的降落場（Landing Pad），不僅能確保安全，也能提升未來月球經濟活動的可行性。
NASA 預計在 Artemis Program 中建立月球基地，未來的月球資源開採、科學研究，甚至是商業活動，都將仰賴可靠的登陸區域。研究指出，火箭降落在未經處理的月壤上，可能會產生高速噴射物，甚至可能使表面物質進入月球軌道，進而影響其他登月活動。高能量的噴流還可能造成月球表面塵埃長時間懸浮於環月軌道，這可能會對未來的太空交通與通訊設備帶來長期風險。
降落場的建造挑戰
降落場建造技術可分為三大類：
- 地球運送材料至月球：這種方法最直接，但運輸成本極高，每公斤材料的運輸費可高達百萬美元。
- 利用月球當地資源：例如加熱月壤使其燒結成堅固材料，或利用聚合物進行固化。
- 混合方法：將地球運輸的材料與月球本地資源結合。
無論哪種方法，都涉及高成本、能源需求、建造時間與技術可行性等因素，這使得「成本貿易研究*」（Trade Study）成為關鍵。研究指出，不同建造方法的經濟效益主要受運輸成本、施工時間與能源成本三者影響，而其中運輸成本往往是最關鍵的變數。
＊「成本貿易研究」（Trade Study）是一種系統化的分析方法，旨在比較多種方案的成本與效益，以選擇最佳解決方案。在工程、航空、太空等領域，成本貿易研究被廣泛應用於評估不同技術或策略的經濟可行性。
降落場建造的經濟模式
1. 直接投資模式（Government-Funded Model）
政府機構（如 NASA、歐洲太空總署 ESA）可透過直接撥款或長期契約，確保月球降落場的建設與營運。例如，美國國防高等研究計劃署（DARPA）曾為太空發展提供初期資金，這種模式可降低商業風險，促進私人企業參與。
2. 公私合營模式（Public-Private Partnership, PPP）
NASA 近年來採取商業載人與貨運計畫（Commercial Crew and Cargo Program）的 PPP 模式，允許 SpaceX、Blue Origin 等企業競標並提供服務。未來，政府可能透過補助、低息貸款或稅收減免，鼓勵企業建造降落場並提供商業登陸服務。
3. 私人企業模式（Commercial Model）
隨著月球資源開採（如 Helium-3、稀有金屬與水冰）的可行性增加，企業可透過自有資金投資降落場，並向其他機構收取降落費用，類似於地球上的機場營運模式。
根據 Metzger & Autry（2023） 的研究，當運輸成本下降至 每公斤 10 萬美元 以下時，商業降落場的投資回報率（ROI）將進入可接受範圍，這將促使更多企業投入月球基礎設施開發。
四大熱門建造技術
1. 微波燒結技術（Microwave Sintering）
這項技術利用微波輻射加熱月壤，使其變成堅硬的磚塊或板材。優勢在於不需運送大量材料，但能量需求較高。研究顯示，這種方法在內圈區域最有效，因為它能夠快速燒結地表，形成堅固的表面，並減少因火箭噴射而產生的侵蝕。
根據成本模型，若月球運輸成本保持在每公斤 100 萬美元，微波燒結技術的總建造成本預計約為4.46 億美元。當運輸成本下降至每公斤 10 萬美元時，該技術的總成本可降至 2.92 億美元。
2. 燒製磚塊（Baked Pavers）
這種方法與地球上製作磚塊類似，先將月壤高溫加熱，然後鋪設成降落場。這方法需要機械手臂進行自動化鋪設，雖然能量效率較高，但機械系統的複雜度和維護成本較高。此外，研究指出，鋪設磚塊的過程需要額外的填縫材料，以防止火箭噴流從裂縫中滲透，導致降落場結構失效。
研究顯示，當磚塊鋪設厚度減少時，施工速度可提升 30%-50%，但可能影響長期耐久性。
3. 聚合物灌注技術（Polymer Infusion）
這種方法使用來自地球的高溫耐熱聚合物，滲透月壤後變硬，形成穩固表面。優勢是建造速度極快，但缺點是需要運送大量聚合物，運輸成本可能讓整個計畫變得不划算。根據研究，當運輸成本下降至每公斤 10 萬美元以下時，這種方法開始變得具備經濟競爭力。
4. 月球碎石鋪設（Gravel and Rock Layering）
這方法利用月球本地的碎石，透過機械過濾不同大小的石塊，然後鋪設出一層層結構，防止噴射氣流侵蝕地面。這種方式適用於外圈區域，但需要先找到大量合適的石塊，建造時間較長。此外，研究指出，月球表面不同區域的岩石分布不均，這可能會影響施工的可行性。
建造成本大比拼
研究顯示，如果月球運輸成本能降到每公斤 10 萬美元，微波燒結技術將是最具經濟效益的選擇。然而，當運輸成本進一步下降至每公斤 300 美元，聚合物灌注技術可能成為最佳選擇，因為它能快速鋪設降落場。
若運輸成本進一步降至每公斤 2000 美元，則建造降落場的總成本可降至 1.81 億美元，甚至有可能支撐更大規模的月球商業開發。
如何降低成本？
- 發展更便宜的太空運輸：如 SpaceX 的星艦（Starship）可能將運輸成本降至每公斤數千美元。
- 提高月球在地建材的應用：透過更高效的月壤處理技術，如太陽能燒結。
- 自動化建造技術：機器人技術進步能降低人類操作成本，提高建造效率。
結論：最佳建造技術與其經濟效益
未來的月球經濟發展，無論是科學探索、資源開採還是商業活動，都將需要穩固的降落場來支持運輸與補給。而不同的建造技術適用於不同的經濟場景，當前的最佳選擇是微波燒結，但隨著運輸成本下降，聚合物灌注有可能成為新主流。
基於成本貿易研究（Trade Study），以下技術在經濟效益上具有較大潛力：
- 微波燒結技術（Microwave Sintering）
- 成本優勢：不需要運輸大量建材，可直接利用月壤建造。
- 建造成本：當運輸成本為 每公斤 10 萬美元 時，總建造成本約為 2.92 億美元。
- 投資回報：適合政府初期投資，並可由私營企業承接後續商業化應用。
- 聚合物灌注技術（Polymer Infusion）
- 成本優勢：施工時間短，可快速建立降落場。
- 建造成本：當運輸成本降至 每公斤 300 美元，此技術的總建造成本降至 1.81 億美元。
- 投資回報：適合未來私營企業開發，適用於短期登陸與臨時性基礎建設。
從經濟學的角度來看，月球降落場的建設是一個逐步商業化的過程。現階段仍需要政府支持，但隨著運輸成本下降與商業模式發展，未來 10-20 年內，月球降落場可能成為一個盈利性基礎設施。
短期內，NASA 與國際政府機構仍將主導建設，並透過 PPP 模式吸引私營企業參與。長期而言，當月球經濟發展成熟，降落場將演變為類似地球機場的商業模式，企業可透過收取登陸費、提供基礎設施租賃與資源開採等方式獲利。
這場「月球基礎建設」的競賽已經開始，未來十年內，我們或許能見證第一批商業降落場的誕生，並真正開啟「月球經濟時代」！
