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探索外太空的宝藏——小行星采矿

2017-08-22 00:00:00 作者:华越国际  浏览次数:

作者:孙瑜,博士

全球较大的炭黑公司BirlaCarbon的科学家

提起航天产业,大多数人第一时间想到的就是  ElonMusk  的  SpaceX。航天产业经过了以国家、政府为主导的数十年的发展,近几年民间力量开始出现活络的迹象,不仅SpaceX在致力于压低发射火箭的成本,  BlueOrigins  和  VirginGalactic  等私人航天公司也在为了太空旅行做努力。

这一轮大航天时代的浪潮中,有一支不可小觑的力量,那就是太空矿产资源的开发。

经过数百年的工业时代,地球上容易开采的矿物已经所剩不多,如果要继续开采难以取得的矿物,将是一笔不菲的开销。这时,小行星采矿如果能在成本上与地表采矿相媲美,将成为一条可选的道路。

小行星采矿是21世纪才在私人航天产业兴起的新兴行业,大约90%的小行星其实都是2000年以后才发现的,到2013年,发现的记录档案的小行星大约是600,000颗。目前对人类吸引力较大的主要是一类叫近地小行星的群体(near-earthasteroids,NEAs),其中13,000颗是研究得比较多的。

在这13,000颗当中,有大约一半的小行星消耗比到达月球更少的能量就可以到达,而这些小行星上面所富含的铁矿,确实地球所有铁矿总和的50倍!所以这些近地小行星又被天文学家称为“太阳系里面低垂的果实”,意思就是说它们是太阳系目前来讲最容易享用到的资源。

随着私人航天的兴起,小行星上蕴含的矿产资源成为众多国家和企业争夺的对象。在这场“淘金热”中,小行星按照矿产资源的类型和含量,被大致分为三类:C型小行星、S型小行星、M型小行星。针对这三大类小行星,不少企业正在争先恐后地布局,一场“太空淘金热”正在全世界各国和企业中迅速蔓延。

太空淘金三大小行星

1.C型小行星——水资源的重要来源

C型小行星一般含有大量的水。水在地球上显然不属于矿产的范畴,但是别忘了在太空中,这种小行星很有可能作为探索其他行星时候的一个中间供给站,为太空船在星际探险中节省运输成本。

此外,C型小行星富含大量有机碳、磷元素以及其他肥料元素,可以用来种植食物。大约75%的小行星都属于这类小行星。

     开发C型小行星的先驱者之一是DeepSpace Industries(DSI)公司。这家硅谷的私人公司计划在2019年或2020年发射一枚50kg左右的小型探矿器,这架名为Prospector-1的飞行器将以技术验证和资源探勘为主,探查小行星上有多少可以利用的水。水可以电解产生氢氧,这些也是能源和生命的重要来源。

2.S型小行星——富含金属矿产

与C型小行星不同,S型小行星含水较少,但富含各类金属,比如镍,钴,以及各种贵金属,比如金,铂金,以及铑等。一个非常小的小行星,比如10米直径的S型小行星,就可以包含65万公斤金属以及50公斤的稀有金属,比如铂金和黄金。 

S型小行星蕴含的巨大宝藏是很多公司的目标,其中较为知名的当属PlanetaryResources公司。这家2009年成立的公司可谓是含着金汤匙出生的,其创始人是在航天领域有着多年经验的亿万富翁埃里克·安德森(EricAnderson)和奇点大学联合创始人彼得·戴曼迪斯(PeterDiamandis),背后站着的投资人有谷歌创始人佩奇,谷歌CEO施密特和OS基金等知名机构和天使投资人。

这家小行星采矿公司的短期目标是开发小型(30-50kg)低成本的太空轨道望远镜,既用于地面观测,也用于天文学研究。这些小型望远镜将利用激光光学系统与地面通讯,有别于传统的无线电电线系统,这样不单单减轻了负重,也减少了发射的负担。

这些望远镜采用了高光谱波段,比如下图可见光(左边)与红外的成像(右边),增强其图像分辨,让其更有应用市场。

3.M型小行星——矿产之王

这类小行星相对稀少,但一般金属含量可以达到S型小行星的10倍。

三大开发策略

第一方面,从以上这些公司的布局不难看出,开发小行星第一个重要的原因就是水源,水源不单单可以给外太空旅行提供生命支撑,而且它可以电解为氢气和氧气,氧气也是宇航员所赖以生存的生命之源,进一步说,目前大部分的飞行器燃料,其实就是液氧和液氢,所以如果可以在小行星上面开采水而不是花费天价的费用从地球运载,将会对深空旅行形成巨大深远的促进作用。

第二方面,小行星上面大量的金属矿产,特别是铂金和黄金等贵金属,也是一个很大的激励,铂金在地球上一般都是深藏在地壳深处(由于地球的铁核,铂金都被吸进深处),而在小行星很有可能就在表面位置,如果开采成功,将对地球的铂金市场,或者是铂催化剂等相关市场,形成重大的冲击影响。

第三方面,飞行器因为在小行星上面的设施得到了补给,所以不必要再回到地球,这位飞行器重新出发提供了巨大的能源节省。打个比方:一个一吨的飞行器要从地面离开近地轨道(LEO,大约离地面300km),需要50吨的燃料,离开地球同步轨道(GEO,大约35,000km),需要250吨的燃料,而到深空则需要750吨的燃料,所以如果可以在小行星上面或者是在LEO附近的人造的栖息地得到补给,将会给飞行器节省巨大的资源。

国家战略先行

总而言之,小行星采矿已经不是遥不可及的任务,由于小行星上蕴含的巨大财富,小行星采矿的重要性也不言而喻,它已经成为很多国家重要的国家战略。

就在不久前,卢森堡立法宣布小行星采矿合法化,8月1号正式生效,国家保护私人公司在其他天体所带回来的物品的所有权。自此,卢森堡也成为欧洲第一个立法保护小行星采矿的国家。美国的相关法案颁发的稍微早一点,2015年奥巴马政府就已经关于小行星采矿立法。但卢森堡的小行星法更有弹性,只要公司在卢森堡有分支机构即适用。而美国的支持需要公司的主要控股机构都在美国。基于卢森堡的便利条件,上面提到的PlanetaryResources和DeepSpace Industries也都分别在卢森堡设研究机构。对于一个小型的发达国家,卢森堡的国家战略是非常有前瞻性的,从目前开始做国家布局,以迎来私人航空航天爆炸性的时刻。

         有意思的是,美国和卢森堡两个国家都有些钻了联合国关于外太空条约的空子。联合国规定,任何国家不能宣传月球或者其他星体包括小行星属于自己,但它并没有规定从这些星体带回来的矿产不能归私人所有。虽然小行星采矿的大规模商业化可能还要十年二十年,但无论如何,卢森堡和美国在小行星采矿的立法上面,基本上都已经走在了其他国家的前头。

中国也开始认识到小行星采矿的重要性。今年5月,中国著名空间飞行器总体、信息处理专家、中科院院士叶培建表示,小行星资源开发必将是未来航天发展方向之一,我国只要去做,10年内可以开展示范性工程;50年左右可以实现大规模开采。五院月球和深空探测领域办公室技术负责人黄江川认为,我国应在“十四五”期间实施一次高起点、标志性的小行星探测任务。但总体而言,我国的小行星采矿还处于初始阶段。更重要的是,与国外私人航天的繁荣景象相比,我国民间力量才刚刚进入萌芽阶段。

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