在過去的一百年間，全世界的人口總數已經從15億上升到70億，隨之而來的就是對自然資源需求的迅猛增長。為了滿足社會發展背後的「貪婪」欲望，延續人類文明的存在，我們想盡各種辦法獲取資源。從地下到海洋，幾乎地球上的每一個角落都印上了「探險家」開拓的足跡。
如今，雄心勃勃的挑戰者們將目光對準了頭頂的那片天空，他們寄希望於小行星中所蘊含的無數礦藏，可以為後世子孫帶來受用不盡的財富，這當然是一場冒險，但更像是一場賭博，只不過賭注就是全人類的命運。
躍躍欲試的各路玩家
2012年4月24日成立的美國的行星資源公司（Planetary Resources）公司，總部位於美國華盛頓州的Redmond市。這家公司可謂是含著金湯匙出生的，其創始人是在航天領域有著多年經驗的億萬富翁埃裡克·安德森（EricAnderson） 和奇點大學聯合創始人彼得·戴曼迪斯（Peter Diamandis）。
此外，大導演詹姆斯·卡梅隆（James Cameron）擔任了該公司的顧問，谷歌創始人拉裡·佩奇（Larry Page）和埃裡克·施密特（Eric Schmidt）以及維珍集團的理察·布蘭森（Richard Branson）作為其投資人，這樣的陣容可謂極盡豪華。而且，Planetary Resources已經與NASA籤署了技術合作協議。
該公司的近期計劃就是在2020年前在太空中建立一個氫能源補給基地，為在太空中飛行的各種太空飛行器提供燃料補給，而產生氫的水資源則是來自太空中的小行星。但這一大膽的想法也受到了業內專家的質疑，討論的關鍵點就在於這種做法是否真的能降低成本。
Planetary Resources公司認為，大幅削減深空飛行的成本是成功的關鍵，而建造「太空基地」是非常有效的一種解決辦法，畢竟在太空中自給自足要比從地球獲取補給便宜的多，而一旦該項目成功，規模效應的優勢將得到明顯發揮，各種花費將被極大地降低。
此外，政府的資金支持在長期來講仍然是航天項目必不可少的組成部分，以英國的小行星採礦公司為例，它們就積極向政府尋求資金方面的幫助。
另一家知名的小行星採礦公司是深空工業公司（Deep Space Industries，DSI），這家公司位於加州的山景城。該公司創辦者David Gump也是一位航天老兵，他們的計劃是在2020年開始展開真正的開採活動。值得注意的是，他們得到了盧森堡政府在資金上的支持。
目前，正在研製中的勘探者-X試驗衛星將於2017年發射，而真正用於登陸小行星的勘探者-1著陸器則暫定於2019年至2022年間發射。
無疑，以上兩家是該領域最為領先的明星公司。此外，在2013年，位於美國的Kepler Energy & Space Engineering公司（KESE）也公布了他們準備在2020年前完成的採礦計劃，相較而言，他們的手段更加簡單直接：直接利用現有成熟的定位、導航和錨定技術建立一個4模塊的自動採礦系統，配備簡單的挖掘工具，採集約40噸左右的小行星表層物質，然後返回地球。
與前幾家相比，於2016年2月在英國成立的小行星採礦公司的目的則更加「單純」一點，他們的目標就是使用SpaceX的獵鷹9號火箭或英國本土的雲霄塔飛行器將自行研製的採礦設備發射到近地小行星上，瘋狂的採集幾公斤鉑金之後立馬返回地球溢價出售，賺錢就是這麼簡單粗暴。
不過值得一提的是，這家公司的募資方式是採用眾籌的方式，這種做法既可以吸引更多人參與進來，也可以將豐厚的太空財富回饋大眾。
採礦道路上的技術創新
實現星際採礦，技術創新無疑是成敗關鍵。下面我們來具體分析下兩家美國公司所擁有的主要技術。
● Planetary Resources的技術優勢
1、姿態確定和控制系統
傳統太空飛行器的控制系統都只針對執行特定任務目標的單一太空飛行器，從而造成這種系統的固有弊端就是，每研製一艘太空飛行器就必須要重新開發一套姿態控制系統。而Planetary Resources正在開發的太空飛行器控制系統，從一開始就被定義為模塊化和可升級。這樣一來，有利於太空飛行器進行快速部署和升級迭代，從而適應各種需求變化。
在大多數情況下，用於太空飛行器操控的傳感器或促動器常常具有難以獲得和價格高昂的問題。而Planetary Resources所開發的傳感器和促行器系統不僅價格低廉，還可以實時監控太空飛行器的姿態。通過控制組件和系統的設計，我們可以做到效用與風險的自主平衡，而不再依賴於歷史記錄來做判斷，從而正確掌握系統升級的節奏和步伐。
傳統太空飛行器的ADCS（姿態確定和控制系統）往往採用集中式的布局，即單一計算機單元控制整個ADCS，而Planetary Resources則開發了一套類似於「人類本能」的系統，使用低成本的分布式計算單元來操控保護太空飛行器的關鍵部位，就像人類的手遇到火焰時會迅速閃躲一樣，ADCS系統所具有的內在響應能力使其在做出反應時可以不再依賴於中樞計算機。
2、低成本的電子設備與軟體系統
在太空中運行的太空飛行器往往會遭遇各種挑戰，例如高溫、真空和輻射會嚴重損壞電子設備，而過於遙遠的傳輸距離又使得設計師們不得不採用較為保守的技術，以確保操作的萬無一失。
例如，好奇號火星探測器的控制系統使用的仍然是20年前研發的CPU，而且系統設計的還十分冗餘。而實際上，微電子工業已經取得了前所未有的巨大進步，完全可以滿足高效廉價的系統設計。
Planetary Resources所開發的電子系統就打破了單一、集中的硬體架構，採用全新的層次化和模塊化設計，每一個簡易的硬體單元都可以完成太空飛行器上的特定功能，而這種職責分解有顯而易見的以下優點：
更容易適應現代化的民用級硬體，更換單個組件或子系統，而不影響其餘部分的運行；
太空飛行器設計可以進行快速迭代，因為系統的確切形式和配置可以在設計流程的後期進行修改；
減少系統相互依賴性，每個組件都有自己的獨立計算單元，與系統的其他部分互相協調；
通過虛擬化分解硬體和軟體，以便每一部分的設計都可以按照自己的節奏推進。
Planetary Resources的工程師在位於華盛頓州雷德蒙德的總部開發Arkyd系統
但硬體結構的改造還不足以應對太空中的各種挑戰。Planetary Resources還通過軟體系統的完善來保障太空飛行器的整體正常運行，受損組件所造成的影響將只局限於自身，而不會通過電源，數據和功能接口將危害蔓延到整個系統。
3、空間通信技術
傳統的天地通信系統——射頻收發裝置往往需要大規模的硬體設備和巨額的資金投入，但所獲取的信號卻並不理想，甚至可以說是十分微弱。
針對這一難點，Planetary Resources找到的解決方案就是使用雷射通信，由於雷射這種被嚴格控制的波束可以通過更小的孔徑進行信息傳遞，也就極大地降低了高速率通信數據的遠距離傳輸所需的功率，從而允許小型太空飛行器可以有效地獲取科學和技術數據。
Planetary Resources正在為其Arkyd太空飛行器平臺開發一個多功能儀器將遠距離成像、光學導航和雷射通信三種功能集成於一個工具之中。
戈達德太空飛行中心
4、小衛星推進技術
由於火箭發射的價格十分高昂，通常會在1億美元以上，但Planetary Resources的Arkyd探測器體積小巧，完全可以以「順風車」的形式進入太空，這也就在一定程度上節約發射費用。在進入軌道以後，借用重力助推的力量，Arkyd探測器可以快速登陸目標小行星。
Arkyd探測器
Arkyd探測器在研發過程中應用了兩種關鍵技術，從而實現推力的倍增。
首先，該系統使用了一種無毒環保的單組元推進劑，這主要是考慮到不能影響到同批發射的其它載荷與運載火箭本身。
其次，推進系統直接與探測器一級結構集成在一起，方便了推進劑的存儲與管控。以增材製造為主要特徵的3D列印技術的運用，使得數以百計的部件被簡化為只有幾個主要的結構部件，帶來的優點就是整體系統更加輕便、低價、安全且易於重構。
● Deep Space Industries的技術優勢
1、推進系統
Comet-1?電熱推力器使用太陽系中最豐富的資源——水作為推進劑，它的惰性特質可以保障發射的安全的和高性價比。這種低功率、小型、大推力的系統可以與小巧的CubeSat衛星兼容，但同時其外接的各種接口，也使其可以匹配各種太空飛行器。
2、光學導航
由Deep Space Industries和盧森堡大學合作開發的光學導航系統配有兩枚攝像頭，足夠指引探測器在小行星表面進行作業。
3、電子系統
結合最好的商業化技術和創新設計方法，讓Deep Space Industries所研發的探測器的電子系統具備模塊化、可擴展和耐輻射的優點，這足以保障深空探索的經濟性和安全性。
小行星中隱藏的海量寶礦
眾所周知，太空中並非空無一物，數量眾多的小行星也不僅僅只是一塊塊醜陋的石頭。事實上這些小行星中普遍存在著鐵、鎳、銅等礦物資源，甚至有些星體上也會含有更為珍貴的水資源。不僅如此，所有小行星中蘊含的資源總量也是遠遠超過整個地球，即便是在太陽系中也可以名列前三甲。面對如此超乎想像的巨量資源，難怪有人甘願耗費巨資也在所不惜。
小行星實際上就是太陽系形成過程中所產生的無數碎塊。在太陽系誕生初期，一團又一團的氣體、塵埃不斷地聚合擠壓，形成了今天太陽的雛形，而外圍的物質則在毫無秩序的太空中不停的碰撞、凝聚、碰撞、又分離……這一狀態持續了幾百萬年，最終也就造就了今日包括地球、月球和無數小行星在內的眾多星體。
太陽系中的小行星大多集中在火星軌道和木星軌道之間，這便是著名的「小行星帶」，而也正是兩個「巨人」強大的引力使得這些小行星始終無法「成長」為一顆真正意義上的行星。
而如此眾多的小行星也並非完全雜亂無章，它們依照成分構成總共可以被分為三大類：
● C類——超過75%的已知小行星都屬於這一類別，它們的成分構成極其類似於去掉了氫氣、氦氣和其他揮發氣體的太陽，由於表面含碳較多，導致光譜反照率較低，只有0.05左右，多分布於小行星帶的外圍。
● S類——估計有約17%的小行星屬於此類，它們的成分構成多為鎳、鐵和鎂。與C類小行星不同的是它們的反照率比較高，在0.15到0.25之間，且多分布於小行星帶內側。
● M類——餘下的小行星大多數屬於這一類。這些小行星可能是過去體量較大的小行星殘存的金屬核。它們的反照率與S類小行星的類似，成分構成也是鎳和鐵。
其中，C類小行星是大多數公司都瞄準的目標。
小行星就是個礦物寶庫
大膽設想的追尋歷程
關於小行星可能存在資源的設想早在20世紀初就被提出來了，當時，著名的航天先驅齊奧爾科夫斯基就推測這些小行星上布滿了黃金、鉑金和鑽石。
如今，事實證明這並非僅僅是一個美好的願望，齊奧爾科夫斯基的預測已經成真。研究表明一顆直徑1000km的小行星就可能含有超過10萬噸的鉑金，這是一個相當可觀的數字，要知道地球上每年的鉑金產量也只有區區130噸而已。不知道出了名的「黃金之國」南非在聽到這一消息之後會不會對自己的地位有一絲擔憂。
在上世紀50年代的時候，有關小行星採礦的內容就已經時不時出現在科幻小說中了。美國知名的硬科幻小說作家Robert Heinlein就曾描述了一個年事已高的太空人前往小行星開採鈾礦的故事。相較而言，幻想中的小行星採礦浪潮應該不亞於19世紀的那一波「淘金熱」了。
在1976年，康奈爾大學的物理學家Gerard K. O'Neil所提出的「高邊疆計劃」中就設想了數千萬人殖民太空的方案，而在其中最具亮點的部分就是外太空基地的建造資源將來自月球。
在發展過程中，小行星上的矽、碳、氫、氮等元素構成的材料將被大規模開發，甚至石油化工產品的生產最終也將在太空中完成，這無疑也從另一個側面驗證了「殖民太空」的可行性。
到了現在，以SpaceX為代表的商業航天項目的成功也激發了眾多星空愛好者創業的熱情，關於太空的各個領域都有人在摩拳擦掌、躍躍欲試，而聽起來就十分炫酷的地外星體採礦項目自然也受到了大家的深度關注。
幻想容易，採礦難！
目前，擺在探索者面前的第一道難題就是高昂的運輸成本。人類的航天事業已經發展了60餘年，居高不下的花費始終是令各航天大國最頭疼的癥結，即便是在冷戰期間軍備競賽的大背景下，美蘇兩國在太空上的巨額投入也讓雙方都顯得有些力不從心，以美國為例，阿波羅計劃250億美金的投入就消耗掉了NASA接近10年的預算總額，燒錢的速度之快令人瞠目結舌。
從最近發生的一件小事中，我們也可以清晰地認識到太空運輸的成本究竟有多高。
在阿波羅17號飛船採集的月巖標本失竊一案中，美國聯邦法官判定被竊的月巖的價格為$50,800/克，而其根本原因就在於地月往返的運費過高。在這種情況下，即便每顆小行星都是巨大的鑽石，綜合權衡之後，也沒有人會甘願冒這樣的風險去做一次並不值得航行。
即便如今的商業航天發展得如火如荼，火箭發射費用大幅下降，但仍沒有到達大家的心理預期。目前，地球同步軌道的發射費用仍然高達$27,063/公斤，小行星採礦公司所面臨的壓力仍然十分巨大。
採礦中的巨額收益如何收入囊中？
目前，各家採礦公司都暫時把目標瞄準了「出軌的」小行星，這類小行星本來也是運行在小行星帶上，但由於木星的引力作用使其偏離了自身的軌道，飛向內太陽系。這樣一來，登陸這些星體所耗費的成本就會大幅降低，成功的可能性也就進一步變大了。
除此以外，集中精力於某一種資源的挖掘也是另一種可行的方法，而一般來講這種資源必須滿足兩個條件：在小行星上儲量豐富，以及從地球運輸成本過高。
比如，行星資源公司和深空工業公司正在設法解決的就是為航天員提供水資源的補給。要知道從地球送水到國際空間站（International Space Station，ISS）的費用高達$10,000/升。而一旦近地小行星的水資源得以開發成功，太空中的飲用水問題就會被解決，甚至從水中分解出的氫也可以被當作燃料使用。
逐漸地，一個圍繞著空間站和小行星供應基地之間的經濟循環就可能被建立起來，人類的太空經濟時代的曙光也才會更加清晰。
另一種有效的替代方式就是在小行星群中選擇一顆體積較大的作為中轉基地，毫無疑問穀神星是最為合適的選擇，作為小行星帶中NO.1，它內部含有豐富的水資源，無論是將礦產運往火星還是地球都是非常合適的轉運站。
而最為有效且收益最大的方法就是使用諸如3D列印之類的先進技術直接在太空完成材料加工和產品生產。這樣一來，衛星、空間站等太空飛行器就都可以在太空完成製造，與傳統的生產方式相比省去了不少的麻煩。
由於目前還沒有一家公司真正進行過小行星採礦的行動，所以未來礦場的樣子也只能依靠我們的想像：
● 一切機器設備都是太陽能供電，無需進行額外的燃料補給；
● 機器必須滿足輕量化的標準，方便運輸；
● 儘量減少人員的配置，實現最大程度的自動化，減少人員補給的運輸；
● 開採形式與地球相近，剝離表層物質，深挖礦井，找到相應的礦層；
● 為防止礦石飛濺，礦場必須設置一個遮擋物；
● 礦物運輸船的動力必須是以氫為主，這樣燃料易於從水中獲取；
● 開採設備可以重複使用，可以進行星際運輸。
總之，在並不遙遠的未來，太空中的採礦活動能否成為一種常態，其考驗的不僅僅是經營者的勇氣和決心，也在於從市場到技術的整體考量。
在這個全球航天發展如火如荼的大時代，眾多細分領域都湧現出了佼佼者，我們盼望人類探索的步伐永不停止的同時，也希望在這其中看到越來越多中國人的身影。