小行星採礦成美國財富密碼？100億億美元小行星能解資源危機？

2020-11-04 科技修仙EScat

基於已知的陸地儲量，以及發達國家和發展中國家的消費增長，現代工業和糧食生產所需的關鍵要素將在本世紀末告急。這些資源包括磷，銻，鋅，錫，鉛，銦，銀，金以及銅。在我國，也有很多城市因礦物資源枯竭而衰落。

近年來，NASA和深空工業公司（Deep Space Industries），行星資源公司（Planetary Resources）之類的企業合作，正準備從近地小行星上開採太空資源，以應對未來的資源危機。

深空工業公司為此開發了三個系列的太空飛行器用於檢查，採樣和收穫小行星。"螢火蟲"是呈立方體衛星形式的太空飛行器的三胞胎，負責到檢查不同的小行星；"蜻蜓"用以以收集小樣本（5-10千克）並將其返回地球進行分析；"收割者"前往小行星，收集數百噸物料，返回高地球軌道進行處理。


OSIRIS-REx

而就在不久前，美國成功實現其第一次小行星採樣。該任務於2016年啟動，名為OSIRIS-REx，其主要目標是從小行星"貝努鳥"向地球輸送至少60克樣本，試圖在"貝努鳥"表面上尋找有機分子，以確定小行星能否給未來的深空探測任務提供燃料來源，並提供信息來幫助地球抵禦小行星。該項目全程耗時7年，從2016年發射升空，直至2023年返回地球，項目耗資高達11.6億美元。


OSIRIS-REx採樣

OSIRIS-REx在2016年9月發射升空後與運載火箭分離，並在不久後進入巡航階段。2016年12月，太空飛行器成功執行了首次深空機動，巡航階段一直持續到2018年12月與"貝努鳥"接觸，之後進行樣品收集。

由於收集過程中出現故障，因此有一部分樣品通過容器的密封件逸出。為了防止樣品進一步減少，NASA取消了原本要通過旋轉操作確定樣品質量的計劃，以及航行制動操作，提前將收集到的樣本存儲在樣品返回膠囊中。2020年10月，樣品收集器固定在返回艙中，準備返回地球。


"貝努鳥"飛行路徑示意圖

"貝努鳥"目前繞太陽公轉的周期為1.1955年，每隔六年靠近地球一次。平均而言，直徑約500m的小行星大約每13萬年左右就會撞擊地球。 2010年科學家預測，"貝努鳥"在2169年至2199年之間會有八次撞擊地球的潛在可能。也正是由於它足夠接近地球，體積夠大，而成為了NASA採樣目標。因為只有直徑大於200米的小行星的表面才可能具有疏鬆的硬石，以確保樣本返回任務的成功。直徑小於200米的小行星通常因為旋轉得太快而無法保留灰塵或小顆粒。

一切順利的話，美國首個小行星採樣探測器——OSIRIS-REx 奧斯裡斯-雷克斯探測器，將在2023年帶著至少60克來自"貝努鳥"的原始樣本返回地球，這將是人類史上第二次從原始的、富含碳的近地小行星上帶回樣本，也是迄今為止採集量最大的一次。不過這離真正的小行星採礦還差著十萬八千裡，但面對天價的小行星，人類很難放棄對它的覬覦。


16 Psyche

小行星到底多值錢？

最近有一顆小行星火了，這顆小行星名叫"靈神星（16 Psyche）"。它是位於火星和木星之間的小行星帶上，位於地球大約3.7億公裡，其直徑約225.3千米（有很多人覺得它的大小被高估了）。通過哈勃望遠鏡獲取到的紫外線頻譜數據分析發現，與大多數巖石或冰冷的小行星不同，其幾乎完全由金屬構成，如同地球的核心。其構成物質包括但不限於鐵、鎳等金屬物質。

據行星科學家預估，考慮到小行星的規模，其金屬礦產價值高達100億億美元。這可是是2019年全球經濟總量的1萬倍啊。考慮到小行星的價值，如果能成功開採，完全不存在得不償失的問題。問題在於我們有沒有開採的能力。

各國設想的小行星開採方案

大多數小行星位於火星和木星軌道之間的主小行星帶中。它包含數百萬個小行星，其中750,000個小行星的直徑超過1公裡，直徑超過200公裡的小行星超過200個。主帶中的小行星是如此分散，以至於大多數小行星相距數十萬公裡。

小行星比月球更容易開採。這是因為即使最大的小行星的引力場也很低。這意味著太空飛行器既能飛向小行星，又容易返回太空，相比月球簡單直接。因此，提取的金屬，水和其他有價值的原材料可以很容易地運送到地球或其他地方。


隨著航天技術的發展，越來越多的國家打起了小行星的主意。近年來，各國科學家提出了五花八門的小行星資源開發方案。現有的開採設想有露天採礦，豎井開採，磁吸等。露天採礦是在某些類型的小行星上，使用鏟子或螺旋鑽從表面刮下材料，或者對於較大的碎片，可以使用"主動抓斗"將其刮除；豎井開採是在小行星上埋一個雷，然後通過豎井提取物質；而面對金屬含量高的小行星則可以直接通過磁鐵收集。

為能建立長期開採基地，可以選擇將飛船暫時附在小行星上。通過採礦機器人提取原材料並保存在貨艙中。另一種選擇是通過雷射切割，將小行星切片送入加工站，精煉成有用的材料，然後送回地球。或者，可以直接將捕獲的小行星或小行星切片運輸到地球軌道的處理站。


理性對待小行星開採，中國又做了什麼？

雖然目前開採小行星的設想很多，但萬變不離其宗，基本想法都是將探測器發射到小行星上，開採資源後帶回地球，或直接在太空用於建設。但小行星開採也許並不像想像中那麼美好，即使是近地小行星，距離地球最近時通常也有數百萬公裡，人類訪問一次可能需要幾個月時間。如果沒有穩定的貨運補給，航天員生活會有很大困難。畢竟現在人類重返月球都很難，登陸小行星雖然比登陸火星難度小，但要長期駐留，也是規模很大的工程。還好，至少目前還沒有靠開採小行星解決資源危機的需求。據科學家估計，對小行星資源進行真正的開採，至少還要等20年左右。


雖然小行星的開採不容易，但隨著人類對自然資源的需求的增加，地球上的材料依舊有限，開採小行星便是大勢所趨。當然，大勢面前中國自然也不會落後。據中國國家航天局發布的《小行星探測任務有效載荷和搭載項目機遇公告》介紹，小行星探測任務將採用長徵三號乙運載火箭發射。計劃在3年內完成對近地小行星2016HO3的繞飛探測，隨後擇機附著小行星表面並採集小行星樣品，之後返回地球附近釋放返回艙，將小行星樣品送回地球。完成上述任務後，探測器通過地球、火星借力，歷經約7年時間飛抵小行星帶，對主帶彗星133P開展繞飛探測。探測器將以飛越、伴飛、附著、採樣返回等方式，對目標小行星進行遙感探測、就位探測和採樣返回。


面對人口的增長，資源的減少，為了養活更多的人，就必須去開採宇宙中的"金礦"。只有奔向宇宙的探險才能帶領人類走出地球的搖籃，從嗷嗷待哺的嬰兒成為探索陌生的少年。當未來人回顧當今的歷史，就像是我們敬佩鄭和下西洋的勇氣、義大利懷念羅馬鐵騎的鋒芒，世界將永遠眷顧在荊棘中開闢道路的冒險者。

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