走，去小行星采礦

李忠東

2015年7月20日凌晨6時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，價值高達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)資源總儲量僅有3.1萬噸，而鉑金總儲量更是只有1.4萬噸。

無價之寶

雖然地球上的鉑金儲量仍以萬噸為量級，但事實上，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?，F(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。

通過對小行星的光譜分析，并結(jié)合對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，其中僅鉑的價值就高達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藏著大量貴金屬，顆顆都是無價之寶。

尋寶之路

2012年，美國耶魯大學(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241”的小行星，根據(jù)國外一家名為“行星排名”的網(wǎng)站統(tǒng)計，它所蘊藏的礦產(chǎn)資源價值高達95.8萬億美元，遠遠超過目前全世界的GDP總量。這也是迄今人類發(fā)現(xiàn)的價值最高的小行星。

2011UW-158小行星

小行星蘊藏的大量貴金屬，無疑對人類有著巨大的吸引力。在全球金屬消費量日漸攀升、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，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回地球，將普通金屬就地搭建太空采礦營地及居所。此外，碳質(zhì)小行星還蘊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。

雖然目前人類對于小行星的探測仍處于初期的無人探測階段，但其實早在1989年，美國發(fā)射的木星探測器“伽利略號”，就順路近距離探測了2顆小行星“加斯帕”和“艾達”。1996年，美國發(fā)射了第一個小行星探測器“會合-舒梅克號”，在探測了小行星“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”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

事實上，除了發(fā)達國家的政府外，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，一群富有冒險精神的太空企業(yè)家在美國西雅圖宣布成立了“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。該公司計劃派出成群的機器人前往小行星上探測稀有金屬，開設(shè)采礦基地，并將小行星上的礦產(chǎn)資源帶回地球進行出售。這項計劃倘若成功，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船員補給任務(wù)的Space X公司“獵鷹9號”運載火箭，直達國際空間站，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)，驗證飛行軟件和電子設(shè)備等在內(nèi)的幾個關(guān)于軌道飛行控制的核心技術(shù)，同時檢驗系統(tǒng)平臺，為未來在深空中探測、研究甚至開發(fā)小行星做準備。

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小行星進行研究，因此低成本是Arkyd-3R飛船后續(xù)型的特點之一?！?

在Arkyd-3R飛船完成第一階段任務(wù)后，行星資源公司還計劃進一步發(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)備等方面進行測試，以便未來進入太陽系深處對富含貴金屬資源的小行星進行勘察，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，它不但能測試自己公司的科學(xué)設(shè)備和深空勘測技術(shù)，而且還將為其他公司提供一個測試平臺。未來，行星資源公司還準備開發(fā)Arkyd-100飛船，發(fā)展在地球軌道觀測小行星的技術(shù)，同時建立小行星資源勘探網(wǎng)絡(luò)，逐步實現(xiàn)近距離探測小行星。此外，行星資源公司還在研發(fā)對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)，對小行星的水和含水礦物成分進行分析，并掌握在途水分解技術(shù)，欲以此實現(xiàn)未來飛船的在途燃料補充，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，大小相當于一臺筆記本電腦，只執(zhí)行單程之旅，完成任務(wù)后將不再返回地球。

未來太空望遠鏡（設(shè)計想象圖）

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，它會從小行星采樣并運回地球，供科學(xué)家進行詳細分析，以便確認小行星上的礦物是否具有足夠價值并確定下一步的探測目標。

珍寶難求

當然，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、大氣層和臭氧層的保護，因此太陽及宇宙輻射都會嚴重威脅前往重從事勘探、開采任務(wù)的宇航員的健康。同時，由于遠離太陽，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差至少長達幾十分鐘，完全任由機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。最后，如何將開采得到的礦石運回地球也是一大難題。目前科學(xué)家已經(jīng)設(shè)想了三套運輸方案：一是直接將礦石送回地球;二是就地冶煉后運回金屬，這雖可大大降低運輸成本，但需要將冶煉設(shè)備先行運至采礦地點;三是將整個小行星拖曳至近地軌道后再進行開采，這樣做的附帶好處是不僅可以在它上面建設(shè)太空補給站的平臺，還能為未來地球防御小行星撞擊進行先期的技術(shù)儲備與實踐。

目前看來，無論是登陸還是拖曳小行星，耗費巨大，況且現(xiàn)有技術(shù)水平也無法完全保證“奪寶”計劃的成功實施。此外，選擇一顆合適的目標小行星更是尤為關(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，人類也不會放棄開采小行星資源的夢想，畢竟那上面可有千億甚至萬億噸的寶貴礦藏啊！