去小行星挖礦吧 我國10年內(nèi)有望太空“淘金”?

劉國偉

近期熱映的科幻冒險電影《流浪地球》勾起了人們對神秘太空的無限遐想，比如就有人提出“到小行星上采礦”以拯救地球日漸枯竭的礦產(chǎn)資源。甚至有媒體評論指出“（中美）兩國要爭奪太空資源，例如開采月球或小行星上的礦物和水源用于制造火箭燃料等”，“小行星釆礦或?qū)⑹窍掳雮€世紀(jì)最賺錢的行業(yè)之一”……“小行星采礦”看似天方夜譚，但它是如何走入現(xiàn)實，甚至被視為下一個經(jīng)濟(jì)風(fēng)口的呢？■

科幻作品最早想到宇宙采礦

數(shù)千年來，礦產(chǎn)資源在人類開疆拓土的事業(yè)中一直不可或缺，豐富的礦產(chǎn)資源會推動城市經(jīng)濟(jì)走向繁榮，而礦產(chǎn)資源枯竭會給社會發(fā)展和產(chǎn)業(yè)效益帶來不利影響。當(dāng)然，礦產(chǎn)資源開發(fā)也會給周圍生態(tài)環(huán)境帶來一定的破壞。如何既能享受到資源開發(fā)帶來的福祉，又盡量減少開發(fā)造成的損害呢？從天空中的小行星那里探索資源也許是個備選答案。

小行星為太陽系小天體（SSSB）的一種，于太陽系內(nèi)和行星一樣環(huán)繞太陽運動，但體積和質(zhì)量比行星小得多。誰是第一個提出“從宇宙星體上開采礦藏”的人已不可考，只能從一些文學(xué)、影視作品或游戲中探尋這個想法的形成和進(jìn)化。1898年，美國科幻作家佳瑞特·瑟維斯的作品《愛迪生征服火星》開創(chuàng)了科幻小說史上的諸多“第一”：第一個提到外星人綁架、宇航服和小行星采礦。但給筆者留下最深刻印象的是另外兩部電影：1979年拍攝的《異形1》，故事始于“諾斯莫”號商業(yè)飛船滿載著2000萬噸從塞杜斯行星上采集的礦石返回地球;2009年的《月球》，則描述了“月能工業(yè)有限公司”如何從月亮上開采氦-3運回地球。

冰島開發(fā)的網(wǎng)游《星戰(zhàn)前夜》在游戲玩家中有一定口碑，玩家的一個重要“生財之道”就是開著飛船到小行星帶，用艦載激光轟擊小行星，船艙里自然就會堆滿開采來的礦石。一個游戲如此描述小行星采礦實在粗糙而簡單，現(xiàn)實中剛剛開啟的“小行星淘金”事業(yè)，當(dāng)然遠(yuǎn)比游戲里復(fù)雜得多。

小行星“淘金”事業(yè)

剛起步

2010年6月，日本航天器“隼鳥”號結(jié)束7年的飛行，返回地球。在穿行了60億公里多災(zāi)多難的旅程后，“隼鳥”號從小行星“系川”上帶回了不到1克的塵埃顆粒，由此成為世界上首架從小行星上帶回物質(zhì)的探測器。造訪“系川”的目的是研究近地行星的起源和演化過程，未來人在書寫小行星采礦史時應(yīng)該繞不開“隼鳥”號。

初戰(zhàn)告捷鼓舞了日本航天機(jī)構(gòu)。2014年12月，“隼42”號發(fā)射，飛向直徑1公里左右的小行星“龍官”。經(jīng)過4年左右，“隼鳥2”號飛抵目的地，開始向“龍官”施放著陸器，做著陸準(zhǔn)備。但是小行星表面地形復(fù)雜，為了保證成功率，著陸計劃被調(diào)整到2019年2月22日。

另一個正在進(jìn)行的小行星表面物質(zhì)采集項目是美國國家航空航天局（NASA）投資8億美元推出的“源光譜釋義資源安全風(fēng)化層辨認(rèn)探測器”（OSIRIS-REx）。該探測器于2016年9月8日發(fā)射，目的地是平均直徑約500米的小行星“班奴”?！鞍嗯彪m小，卻是一顆有較高風(fēng)險與地球相撞的小行星。2018年12月，OSIRIS-Rex飛臨“班奴”，接下來它將繞小行星飛行兩年，測量“班奴”的表面，收集2公斤的土壤（或巖石），然后在2023年返回地球。

與未來更富有雄心的計劃相比，上述兩個開展的項目顯得有些“小家子氣”。英國《金融時報》披露，美國國家航空航天局（NASA）未來（可能在21世紀(jì)20年代后期）有意向小行星發(fā)射機(jī)器人航天器，采集數(shù)噸巖石后，再把航天器重定向到月球軌道。然后派宇航員登上航天器探測樣品并帶回地球。NASA還有個優(yōu)先級更高的計劃是在2026～2027年間發(fā)射飛船前往小行星“賽克”，這是一顆少有的金屬質(zhì)小行星。

以上這些小行星探測活動有著濃濃的科研味道，從經(jīng)濟(jì)回報上看似乎是賠本的買賣。要在茫范太空淘金，哪些小行星的開采“性價比”更高呢？

“萬億美元”價值讓采礦者垂涎三尺

“小行星有著驚人財富”的傳言近些年如野火般流傳。譬如太陽系中一顆名為“241日耳曼尼亞”的小行星，據(jù)稱其擁有的礦產(chǎn)資源價值達(dá)95.8萬億美元，而全球2017年的GDP總量不過81萬億美元。2015年7月20日凌晨，一顆名為“2011

UW158”的小行星飛掠地球最近時距離為240萬公里，這個距離是地球和月球軌道距離的6.4倍。據(jù)稱，該小行星的內(nèi)核可能含有大約1億噸鉑金，據(jù)估算價值約3000億～5萬億美元。

天文界通常把太陽系小行星分成3個主要類型。第一種是灰色的C型碳質(zhì)小行星，大多數(shù)小行星屬于此類，由碳化合物、巖石、水和少量金屬等物質(zhì)組成。第二種是紅色或綠色的S型硅質(zhì)小行星，主要由鐵和硅酸鎂組成，有少量純鎳和純鐵以及一些鉑族元素。第三種是紅色的M型金屬小行星，主要有純鎳、少量純鐵和鉑族元素，在小行星中占比最少，因價值巨大備受關(guān)注。

業(yè)內(nèi)對小行星開采價值的判斷有其復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)和考量。筆者查詢了國際知名的Asterank小行星數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫60多萬顆小行星中，價值估計在百萬億美元以上的小行星目前有814顆。

立法助力“宇宙采礦”

接下來就是打著算盤入場的淘金者們出場了。

這一領(lǐng)域的回報目前仍充滿著很多不確定性，但絲毫不影響各方資本的涌入。2017年的數(shù)據(jù)顯示，2013年商業(yè)空間產(chǎn)業(yè)吸引的私人風(fēng)險投資約5.34億美元，2016年這一數(shù)字激增到31億美元。在該行業(yè)押注的投資者中不乏亞馬遜這樣財大氣粗的主流機(jī)構(gòu)投資者，甚至還有“國家隊”。

在民間資本活躍和創(chuàng)業(yè)氣氛濃厚的美國，“深空工業(yè)”和“行星資源”是兩家較早試水小行星采礦業(yè)務(wù)的公司。深空工業(yè)成立于2013年，在空間資源利用的可行性上研究了較長時間。2015年深空工業(yè)獲得風(fēng)險投資，開始研究推進(jìn)系統(tǒng)。行星資源公司成立于2009年，成立之初就把小行星采礦作為公司的主營目標(biāo)業(yè)務(wù)，在業(yè)務(wù)活動和研發(fā)計劃上表現(xiàn)搶眼。

2015年，時任美國總統(tǒng)奧巴馬簽署《美國商業(yè)太空發(fā)射競爭法案》，允許私人進(jìn)行太空采礦，用立法來為太空創(chuàng)業(yè)公司試水小行星采礦保駕護(hù)航。

與美國在這一領(lǐng)域開展競爭的是歐洲國家盧森堡。該國有意成為小行星采礦的全球領(lǐng)導(dǎo)者，2017年8月，通過了與太空采礦有關(guān)的法律，允許采礦公司擁有他們從天體上提取的東西。早在1967年，聯(lián)合國就制定了《外層空間條約》，禁止任何人將太空領(lǐng)域“據(jù)為己有”，該條約獲得了103個國家的批準(zhǔn)。不過，盧森堡的法案“鉆了個空子”，它并沒有把天體所有權(quán)給予企業(yè)，而是討論從天體上開采的資源。

當(dāng)時簽署法律的盧森堡副首相施耐德明確表示，此舉是想把有利可圖的太空產(chǎn)業(yè)從美國轉(zhuǎn)移過來。盧森堡這么做也是有底氣的，工業(yè)革命時期該國發(fā)展了強(qiáng)大的鋼鐵產(chǎn)業(yè)，后來在金融服務(wù)、廣播和衛(wèi)星技術(shù)上表現(xiàn)突出，該國規(guī)模龐大的歐洲衛(wèi)星全球公司（SESGLOBAL）在國際衛(wèi)星市場上舉足輕重。

“栽下捂桐樹，引得鳳凰來”，深空工業(yè)和行星資源公司等很快在盧森堡設(shè)立了辦事處，并獲得了該國銀行的資助。

技術(shù)難題是主要攔路虎

2017年4月，世界領(lǐng)先的投資銀行、證券和投資管理公司高盛集團(tuán)發(fā)布報告稱太空經(jīng)濟(jì)“有著長遠(yuǎn)而持久的機(jī)遇”，未來20年其行業(yè)規(guī)模將會成長至數(shù)萬億美元，人們或許可以到小行星上去挖礦，能在地球外的空間發(fā)展3D打印和在軌制造技術(shù)。不過，在資本市場一片看好聲中，一些專注小行星采礦業(yè)務(wù)的明星企業(yè)因為吸引不到投資，而無限期地退出了原定于2020年推出的小行星勘探業(yè)務(wù)，2018年底被一家區(qū)塊鏈公司收購。

相比于投資領(lǐng)域的隱憂，對小行星采礦而言，更大的攔路虎在于技術(shù)。例如在“慧眼識星”上，涉及參數(shù)識別與分析、科學(xué)價值評估、工程可行性分析等;對小行星開展探測時，要解決不少難題，比如長時間星際飛行的能源供應(yīng)、深空暗弱目標(biāo)自主導(dǎo)航，以及弱引力天體的捕獲、著陸與表面運動等;到達(dá)小行星后，需解決如何在近距離實現(xiàn)小行星操控作業(yè)的問題。許多小行星實際上是松散的碎石堆，在微重力環(huán)境下，這些缺乏完整結(jié)構(gòu)的小天體完全不能和地球上的巖石相比，因此在開采和利用作業(yè)上遇到的問題將是在地球上難以想象的。

碳排放比地球采礦低

相比小行星采礦中存在的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性問題，環(huán)保行業(yè)和環(huán)境媒體更關(guān)注小行星采礦是否有環(huán)境可持續(xù)性。飛行器沖出地球300公里的路途中消耗的能量要遠(yuǎn)超過之后幾億公里空間飛行所消耗的能量。從環(huán)境效益的角度來看，一個關(guān)鍵的問題是：為了去小行星采礦，火箭發(fā)射釋放的溫室氣體和在地球上開采同樣質(zhì)量的礦產(chǎn)資源所產(chǎn)生的溫室氣體，哪個更多？

2018年10月，這個問題終于在第69屆國際宇航大會上有了答案。在向會議提交的論文《小行星采礦的潛在環(huán)境效益探究》中，法國巴黎薩克萊大學(xué)安德里亞斯·海因為首的三人團(tuán)隊計算了小行星開采貴金屬產(chǎn)生的溫室氣體排放量，并將其與類似的地球活動產(chǎn)生的溫室氣體進(jìn)行了比較。他們估算，同樣1公斤鉑，從小行星上開采，將向地球大氣層釋放約60～150公斤二氧化碳，而在地球上開采則會釋放約40噸二氧化碳，因此他們的結(jié)論是“地球采礦對全球變暖的影響要大上幾個數(shù)量級”。

盡管研究未必準(zhǔn)確，但對小行星采礦環(huán)境效益的量化計算，開啟了邁向小行星采礦現(xiàn)實環(huán)境生命周期評估的第一步，因此有著重要的科研價值。

專家：中國開采小行星為時不遠(yuǎn)

在中國航天事業(yè)的愿景中，小行星特別是近地小行星是最有價值的太空探索目標(biāo)之一。在2017年5月中國航天科技集團(tuán)公司五院舉行的小行星探測學(xué)術(shù)拫告會上，五院月球和深空探測領(lǐng)域辦公室技術(shù)負(fù)責(zé)人黃江川認(rèn)為，我國應(yīng)在“十四五”期間實施一次高起點、標(biāo)志性的小行星探測任務(wù)。

我國著名空間飛行器總體、信息處理專家，中國科學(xué)院院士葉培建透露的信息更為明確：目前主要的設(shè)想方案分近期和遠(yuǎn)期兩個方案。近期設(shè)想是將小行星作為資源開發(fā)平臺，即捕獲一顆小行星，將其控制在可達(dá)范圍內(nèi)，然后送機(jī)器人或航天員去開采，獲取小行星上的稀有資源后返回地球。遠(yuǎn)期設(shè)想是將小行星作為星際航行平臺，為人類建立空間設(shè)施及星際航行轉(zhuǎn)移系統(tǒng)提供基礎(chǔ)材料，開展更深遠(yuǎn)的探測任務(wù)。他斷言：“我國只要去做，10年內(nèi)就能開展示范性工程;要實現(xiàn)大規(guī)模開采，大約需要50年左右?！?/p>

人類目前許多司空見慣的應(yīng)用其實最初來自異想天開的念頭，從小行星上采礦亦是如此。這一程少不了磨難和挫折，但也許在未來就能結(jié)出豐碩之果。