◎文 楊宇光

太空采礦的“攔路虎”

◎文 楊宇光

據(jù)稱(chēng)，盧森堡國(guó)民議會(huì)通過(guò)了空間資源法，該法規(guī)定盧森堡公司對(duì)從小行星等天體上開(kāi)采的資源享有所有權(quán)。

其實(shí)，空間資源這個(gè)“富礦”早在幾年前就已經(jīng)備受各國(guó)矚目了。美國(guó)在2015年頒布的《2015空間法案》允許美國(guó)公司對(duì)小行星的資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。緊隨其后，2016年2月，盧森堡政府也宣布支持太空采礦。

目前，已經(jīng)有深空工業(yè)公司、開(kāi)普勒能源與空間工程公司和行星資源公司等私人公司提出了太空采礦的意向，并公布了自己的計(jì)劃或設(shè)想。

什么是太空采礦？

太空采礦主要是指開(kāi)發(fā)地球以外天體的物質(zhì)資源并加以利用的商業(yè)行為。

可供人類(lèi)開(kāi)采的天體包括月球、火星、小行星等。由于月球和火星巨大的引力，開(kāi)采后的礦物被運(yùn)輸?shù)狡渌祗w很困難，因此目前太空采礦的主要研究對(duì)象是個(gè)頭不大，引力場(chǎng)不強(qiáng)，可以用比較小的代價(jià)著陸和起飛的小行星。

太空采礦靠譜嗎？

開(kāi)采這些“富礦”的方式包括把采到的礦物送回地球，從礦物中提取水等資源制備推進(jìn)劑或供人飲用，以及從礦物中提取金屬用于空間站或太空船的建設(shè)等。

然而，這些聽(tīng)起來(lái)很美好的設(shè)想和計(jì)劃到底靠譜嗎？

第一種設(shè)想是將礦物開(kāi)采后送回地球應(yīng)用。這種設(shè)想是完全站不住腳的。目前，元素周期表上所有元素在地球上都能找到，無(wú)論這些元素構(gòu)成什么樣的復(fù)雜物質(zhì)，采用化學(xué)合成的方法都遠(yuǎn)比從外太空獲取成本要低。

太空采礦的倡導(dǎo)者提出的設(shè)想是對(duì)小行星上的鉑進(jìn)行開(kāi)采，給出的分析顯示可以從115500噸小行星礦石中提取出173.4噸鉑。由于地球形成過(guò)程中，比較重的元素大多集中到了地下數(shù)千千米深的地核，因此在地殼中可供人開(kāi)采的鉑和其他貴金屬的確比較少，但即便如此，在地球上獲得1千克鉑的成本也比從小行星上帶1千克任何類(lèi)型的物質(zhì)回到地球便宜得多。

以美國(guó)2016年發(fā)射的Osiris-REx小行星采樣返回任務(wù)為例，該項(xiàng)任務(wù)的總投入大約為9.84億美元，而最終在2023年采回地球的樣本數(shù)量大約為0.1～2千克，這樣的“投入”和“產(chǎn)出”比顯然是太不劃算了。

顯然，高居不下的運(yùn)輸成本是太空采礦的最大“攔路虎”。美國(guó)SpaceX等公司努力開(kāi)發(fā)的可重復(fù)使用火箭技術(shù)，只能在一定程度上降低人類(lèi)進(jìn)入太空的成本，但只要是基于化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)技術(shù)，將發(fā)射成本降低到現(xiàn)有的百分之一幾乎是“天方夜譚”。

細(xì)數(shù)“攔路虎”

然而“攔路虎”遠(yuǎn)不止這一個(gè)。從地球到小行星的往返過(guò)程不但要考慮從地球進(jìn)入太空的發(fā)射成本，還要建造能夠精確變軌的運(yùn)輸飛船，其代價(jià)比火箭的成本更高。

雖然目前高性能的電推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在深空探測(cè)中成功應(yīng)用，但目前電推進(jìn)均使用氙氣等惰性氣體作為其推進(jìn)劑，還沒(méi)有在小行星上發(fā)現(xiàn)到這類(lèi)資源。

也許有人會(huì)說(shuō)，“可以利用電解開(kāi)采到的水制備液氫液氧推進(jìn)劑”，但這種方式的效率就低多了，完成從小行星到地球軌道的轉(zhuǎn)移需要付出更大的代價(jià)。

另外一個(gè)設(shè)想就是將礦物資源在小行星上進(jìn)行原位處理，并加以利用。這個(gè)設(shè)想從技術(shù)上考量的確可行，且比返回地球更加合理和經(jīng)濟(jì)，但目前來(lái)看依然困難重重。

該設(shè)想的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是小行星上的礦物組成、分布具有不確定性，而且礦物的處理、分離和提煉過(guò)程將非常復(fù)雜。

與人類(lèi)在月球和火星建立基地不同，小行星采礦需要在零重力或微重力條件下完成上述過(guò)程，而目前人類(lèi)還沒(méi)有在微重力條件下對(duì)礦石進(jìn)行提煉、冶煉的技術(shù)，這將牽涉到非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。開(kāi)展這樣的技術(shù)本身就存在非常高的門(mén)檻，不是現(xiàn)在倡導(dǎo)小行星采礦的幾個(gè)私人公司能夠解決的。

（本文摘編自《中國(guó)航天報(bào)》飛天科普版）

太空采礦為之尚早

實(shí)際上，人類(lèi)目前對(duì)深空天體還處在探索階段，需要做的是對(duì)月球、火星和小行星進(jìn)行更多的了解，獲取更多的認(rèn)知。目前，各主要航天大國(guó)正在進(jìn)行或計(jì)劃進(jìn)行的深空探測(cè)活動(dòng)都是本著這一原則進(jìn)行的。只有在我們對(duì)它們獲得了充分的認(rèn)識(shí)，并且技術(shù)水平也發(fā)展到相應(yīng)階段時(shí)，才會(huì)有開(kāi)發(fā)利用的需求。

比如，在月球建立基地，并通過(guò)水資源的獲取支持月球基地的人類(lèi)活動(dòng)從而制備推進(jìn)劑，目前已經(jīng)提上議事日程。但更多的是為探索月球本身，以及為將來(lái)潛在的火星探測(cè)任務(wù)創(chuàng)造更便利的條件，以降低人類(lèi)進(jìn)一步探索深空的成本。

而以商業(yè)盈利為目的的太空采礦，或許應(yīng)當(dāng)是21世紀(jì)下半葉甚至22世紀(jì)的議題。所以筆者認(rèn)為，就目前的技術(shù)條件，討論太空采礦還為時(shí)尚早。