走，去小行星采礦

李忠東

2015年7月20日凌晨6時(shí)30分，小行星2011 UW-158與地球“擦肩而過”，最近距離只有240萬千米。據(jù)科學(xué)家估算，它的核心含有1億噸鉑金和其他貴金屬，價(jià)值高達(dá)5.4萬億美元（約合35.2萬億元人民幣）。這就是那顆傳說中的“土豪”小行星，要知道，地球上的鉑族元素礦產(chǎn)資源總儲(chǔ)量?jī)H有3.1萬噸，而鉑金總儲(chǔ)量更是只有1.4萬噸。

無價(jià)之寶

雖然地球上的鉑金儲(chǔ)量仍以萬噸為量級(jí)，但事實(shí)上，這些密度較大的金屬元素在地球形成之初大都已沉入地核，開采難度很大。現(xiàn)在人類能在地球表面尋找到的許多重金屬礦藏，幾乎都是小行星撞擊地球留下的產(chǎn)物。

作為太陽系早期的孑遺，目前系內(nèi)仍有70多萬顆小行星，其中90%以上分布在“小行星帶”——火星和木星軌道之間的區(qū)域，其余的則散落在太陽系各處。其中在地球近地軌道上，共有大約9000顆直徑超過150米的小行星。這些小行星通常富含鎳、錳、鉑、銥、鈀等珍貴的鉑系金屬。據(jù)專家估算，一顆小行星上的金屬礦藏含量，就可能超過地球現(xiàn)有已探明的同類礦藏總量。

通過對(duì)小行星的光譜分析，并結(jié)合對(duì)墜落在地球上隕石的研究，目前科學(xué)界將小行星劃分為石質(zhì)、碳質(zhì)和金屬等多種類型。其中，金屬型小行星主要由鐵、鎳等構(gòu)成，并且含有多種金屬元素，特別是鉑、鈷、銠、銥、鋨等珍稀金屬。美國(guó)亞利桑那大學(xué)的約翰·劉易斯教授分析，一般而言，直徑僅1千米的普通小行星就可重達(dá)20億噸，含有的鐵、高品質(zhì)鎳、戰(zhàn)略金屬鈷和鉑系金屬混合物分別為2億噸、3000萬噸、150萬噸和7500噸，其中僅鉑的價(jià)值就高達(dá)1500億美元。

類似2011 UW-158這樣的小行星，則被劃分為“X類小行星”。X類小行星主要由金屬成分組成，它們可能是早期已經(jīng)分化出核幔結(jié)構(gòu)的原始星子破碎后留下的殘骸體。在太陽系早期歷史上，曾經(jīng)有很多這樣的星子在劇烈的撞擊中被摧毀，只留下了它們金屬質(zhì)地的內(nèi)核。

因此，散落在太陽系四處的小行星幾乎都蘊(yùn)藏著大量貴金屬，顆顆都是無價(jià)之寶。

尋寶之路

2012年，美國(guó)耶魯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆表面主要由石墨和鉆石覆蓋而成的“鉆石行星”，并將其命名為“巨蟹座55e”。起初，研究人員還曾誤以為其表面覆蓋的是水。

在太陽系中，還有一顆名為“德國(guó)241”的小行星，根據(jù)國(guó)外一家名為“行星排名”的網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，它所蘊(yùn)藏的礦產(chǎn)資源價(jià)值高達(dá)95.8萬億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前全世界的GDP總量。這也是迄今人類發(fā)現(xiàn)的價(jià)值最高的小行星。

2011UW-158小行星

小行星蘊(yùn)藏的大量貴金屬，無疑對(duì)人類有著巨大的吸引力。在全球金屬消費(fèi)量日漸攀升、地球金屬資源即將耗竭的今天，設(shè)法開發(fā)小行星的金屬資源顯得尤為重要。

與開發(fā)月球和火星等星球相比，小行星的資源開發(fā)更加可行。小行星的重力幾乎可以忽略不計(jì)，這為起降飛船、建設(shè)采礦設(shè)備等工作提供了極大的便利，還能為我們研發(fā)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供完美的低重力環(huán)境。而小行星數(shù)量眾多，總表面積大，化學(xué)構(gòu)成也非常多樣，可為人類提供各類資源——我們可以將稀有金屬運(yùn)回地球，將普通金屬就地搭建太空采礦營(yíng)地及居所。此外，碳質(zhì)小行星還蘊(yùn)藏著豐富的水冰資源，可分解成氫氧燃料供飛船使用以及滿足宇航員的生活必需，從而降低太空采礦的成本。

雖然目前人類對(duì)于小行星的探測(cè)仍處于初期的無人探測(cè)階段，但其實(shí)早在1989年，美國(guó)發(fā)射的木星探測(cè)器“伽利略號(hào)”，就順路近距離探測(cè)了2顆小行星“加斯帕”和“艾達(dá)”。1996年，美國(guó)發(fā)射了第一個(gè)小行星探測(cè)器“會(huì)合-舒梅克號(hào)”，在探測(cè)了小行星“梅西爾德”后，環(huán)繞并降落在愛神星上。2010年，日本發(fā)射的“隼鳥號(hào)”在小行星“絲川”登陸采樣后成功返回，首次將小行星的樣品送回地球。

全民奪寶

事實(shí)上，除了發(fā)達(dá)國(guó)家的政府外，還有許多企業(yè)家同樣也“覬覦”著小行星的資源。

2012年4月24日，一群富有冒險(xiǎn)精神的太空企業(yè)家在美國(guó)西雅圖宣布成立了“行星資源公司”（Planetary Resources， Inc.），業(yè)務(wù)涵蓋太空探索和自然資源開采兩大類。該公司計(jì)劃派出成群的機(jī)器人前往小行星上探測(cè)稀有金屬，開設(shè)采礦基地，并將小行星上的礦產(chǎn)資源帶回地球進(jìn)行出售。這項(xiàng)計(jì)劃倘若成功，將為全球增加數(shù)萬億美元的生產(chǎn)總值，幫助人類繼續(xù)繁榮發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“太空殖民”鋪平道路。

Arkyd-3R飛船

作為全球第一家著手開發(fā)小行星的私人企業(yè)，行星資源公司已經(jīng)引起了不少高新技術(shù)行業(yè)組織及從業(yè)人員的關(guān)注。2015年9月，該公司的第一艘飛船Arkyd-3R搭乘執(zhí)行CRS-6船員補(bǔ)給任務(wù)的Space X公司“獵鷹9號(hào)”運(yùn)載火箭，直達(dá)國(guó)際空間站，后從空間站氣閘艙處成功部署在外太空。此次Arkyd-3R的任務(wù)主要包括演示控制系統(tǒng)，驗(yàn)證飛行軟件和電子設(shè)備等在內(nèi)的幾個(gè)關(guān)于軌道飛行控制的核心技術(shù)，同時(shí)檢驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，為未來在深空中探測(cè)、研究甚至開發(fā)小行星做準(zhǔn)備。

行星資源公司總裁兼總工程師克里斯·勒維基介紹道：“由于太陽系內(nèi)的小行星數(shù)量龐大，我們無法建造足夠多的飛船對(duì)小行星進(jìn)行研究，因此低成本是Arkyd-3R飛船后續(xù)型的特點(diǎn)之一?！?

在Arkyd-3R飛船完成第一階段任務(wù)后，行星資源公司還計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展Arkyd系列深空小行星勘探飛船，在姿態(tài)控制能力、電力供應(yīng)、通信系統(tǒng)和電子設(shè)備等方面進(jìn)行測(cè)試，以便未來進(jìn)入太陽系深處對(duì)富含貴金屬資源的小行星進(jìn)行勘察，掌握太陽系豐富的小行星資源情況，為大規(guī)模開采小行星資源提供前期的技術(shù)支持。

如今的Arkyd-3R飛船只有一塊土司面包大小，行星資源公司還在研制體型更大的Arkyd-6飛船，它不但能測(cè)試自己公司的科學(xué)設(shè)備和深空勘測(cè)技術(shù)，而且還將為其他公司提供一個(gè)測(cè)試平臺(tái)。未來，行星資源公司還準(zhǔn)備開發(fā)Arkyd-100飛船，發(fā)展在地球軌道觀測(cè)小行星的技術(shù)，同時(shí)建立小行星資源勘探網(wǎng)絡(luò)，逐步實(shí)現(xiàn)近距離探測(cè)小行星。此外，行星資源公司還在研發(fā)對(duì)小行星水資源的勘探技術(shù)，比如在有效載荷中使用中波紅外成像技術(shù)，對(duì)小行星的水和含水礦物成分進(jìn)行分析，并掌握在途水分解技術(shù)，欲以此實(shí)現(xiàn)未來飛船的在途燃料補(bǔ)充，為執(zhí)行深空任務(wù)的宇航員提供足夠的水資源。

除了行星資源公司，美國(guó)還有第二家涉足小行星資源開發(fā)的私人企業(yè)——深空工業(yè)公司（DSI）。他們已于2015年發(fā)射了名為“螢火蟲”的飛船，并到達(dá)指定的小行星探索潛在資源?！拔灮鹣x”飛船重約25千克，大小相當(dāng)于一臺(tái)筆記本電腦，只執(zhí)行單程之旅，完成任務(wù)后將不再返回地球。

未來太空望遠(yuǎn)鏡（設(shè)計(jì)想象圖）

深空工業(yè)公司首席執(zhí)行官戴維·岡普表示，他們還將在2016年發(fā)射重約32千克的“蜻蜓”飛船，它會(huì)從小行星采樣并運(yùn)回地球，供科學(xué)家進(jìn)行詳細(xì)分析，以便確認(rèn)小行星上的礦物是否具有足夠價(jià)值并確定下一步的探測(cè)目標(biāo)。

珍寶難求

當(dāng)然，人類若想真正開發(fā)小行星資源，還面臨著許多問題和挑戰(zhàn)。例如前文提及的低重力環(huán)境，加之缺少磁場(chǎng)、大氣層和臭氧層的保護(hù)，因此太陽及宇宙輻射都會(huì)嚴(yán)重威脅前往重從事勘探、開采任務(wù)的宇航員的健康。同時(shí)，由于遠(yuǎn)離太陽，人類若想在小行星帶上有所作為，就必須研發(fā)出太陽能利用率更高的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。更具挑戰(zhàn)的是，小行星帶上的小行星常常會(huì)遭受隕星的撞擊。

此外，考慮到小行星帶上的小行星和地球的通信時(shí)差至少長(zhǎng)達(dá)幾十分鐘，完全任由機(jī)器人去采礦并不十分可靠，因此人類還要在小行星上建造采礦監(jiān)視站，并由專業(yè)人員定期巡視、維護(hù)。最后，如何將開采得到的礦石運(yùn)回地球也是一大難題。目前科學(xué)家已經(jīng)設(shè)想了三套運(yùn)輸方案：一是直接將礦石送回地球;二是就地冶煉后運(yùn)回金屬，這雖可大大降低運(yùn)輸成本，但需要將冶煉設(shè)備先行運(yùn)至采礦地點(diǎn);三是將整個(gè)小行星拖曳至近地軌道后再進(jìn)行開采，這樣做的附帶好處是不僅可以在它上面建設(shè)太空補(bǔ)給站的平臺(tái)，還能為未來地球防御小行星撞擊進(jìn)行先期的技術(shù)儲(chǔ)備與實(shí)踐。

目前看來，無論是登陸還是拖曳小行星，耗費(fèi)巨大，況且現(xiàn)有技術(shù)水平也無法完全保證“奪寶”計(jì)劃的成功實(shí)施。此外，選擇一顆合適的目標(biāo)小行星更是尤為關(guān)鍵，目前研究者都比較青睞于距離地球更近的，“徘徊”在近地軌道上的小行星。不過，相信即便困難重重，人類也不會(huì)放棄開采小行星資源的夢(mèng)想，畢竟那上面可有千億甚至萬億噸的寶貴礦藏??！