小行星
及其矿产资源探索研究（13）
胡经国
（续前）
5、瞄准重金属小行星
据报道（20201004），中国太空采矿机器人下月将出征，瞄准重金属小行星验证开采技术。
⑴、地外找矿采矿的先期尝试
人类社会的发展离不开矿产资源的开采。时至今日，人类的采矿活动都是在地球地层中找矿采矿。随着宇航技术的发展，未来人类终将会进入太空找矿采矿，而太空找矿采矿的目标之一就是小行星了。
天文学家估计，在太阳系的海王星轨道以内，直径大于100米的小行星至少有数十万颗。这些小行星质地不同，所含的矿产资源也不相同。有的小行星所蕴藏的矿产资源，如果以目前的矿产商品价格来衡量，将会出现非常惊人的数据。
比如，小行星带中的小行星“灵神星”，探测发现它拥有丰富的铁、镍、铜、银、黄金、铂等元素；仅蕴藏的铁矿就比我们地球上已探明铁矿储量多很多，按现有铁矿价格计算其价值可达1000亿亿美元。至于它蕴藏的黄金、铂等金属资源，其含量也同样比地球上可开采部分的蕴藏量多得多。有人估计，“灵神星”蕴藏的矿产的价值可达70000亿亿美元。若将其上的矿产都运送到地球上的话，则大部分重金属矿产价格都会大幅度下跌，黄金的价格将比生铁还便宜，全球商品经济价格系统将会被彻底颠覆。
这也说明，太空中的小行星拥有很多价值极高的矿产资源。只是现在人类的预防技术还很不成熟，向太空发射自主采矿设备价格高昂，因此尚不具备现实的可行性。不过，任何事业都是从0起步的。世界上一些航天大国已经开始进行一些地外天体的土壤和岩石取样工作。比如美国50年前的阿波罗登月计划就曾经从月球上取回月壤和月岩；日本的“隼鸟号”探测器也从“龙宫小行星”上获取了小行星样本，目前正在返回地球的过程中；而中国即将发射的“嫦娥五号”，也将前赴月球取回1公斤左右的月壤和岩石。中国宇航局也已经立项，计划于2023年向“灵神星”发射探测器并且取样返回。这些探测活动也都可以视为将来人类进行地外找矿采矿的先期尝试。
中国在这方面也不能落后。目前，已经有相关的小行星探测计划。被誉为嫦娥探月之父的叶培建院士称：“我国只要去做，10年内就能开展（小行星取样）示范性工程；要实现大规模开采，大约需要50年左右。”
⑵、中国首款小行星采矿机器人
近日，有消息称，中国首个小行星采矿机器人将于今年的11月份出征。设计者给予了这款小行星采矿机器人一个有趣的名字——NEO-1（近地天体-1），寓意着中国在这一宇航技术领域的首次尝试。
这款小行星采矿机器人是成立于2017年的Origin Space（起源空间）公司设计的产品。有报道称，该公司称自己是中国第一家专注于利用空间资源的机构。NEO-1机器人这次的任务是：“验证和演示多种功能，例如航天器的轨道操纵，模拟捕获小天体，和飞船的智能控制”。这也就是说，这次它并不会执行采矿活动，但是将进行很多相关的尝试，为之后的采矿任务做好前期铺垫。
其实早在2017年5月的时候，美国福克斯新闻网就报道引述中国空间飞行器总体、信息处理专家叶培建院士的话说，中国不久将研究方法，把机器人或航天员送到合适的小行星从事开采工作，并且把钯、铂等用于智能手机和汽车上的稀有金属矿产带回地球。很显然，中国的太空采矿机器人将瞄准具有稀有金属矿藏的小行星进行开发开采活动。
⑶、尚待研究解决的问题
不过，在技术方面，距离小行星表面探测和开采的目标还有不少的“门槛”需要跨越；因为这需要研究和解决前期探测，长时间星际飞行电源与燃料供给，深空暗弱目标自主导航，以及弱引力天体的捕获、着陆与附着、表面运动等问题；对于选择并到达的小行星目标，需解决如何在近距离实现小行星操控作业问题，包括消除小行星的自旋，偏移它的轨道，或将其转移至目标区域等。不过，相关技术都会逐渐进步的，太空采矿事业终将会在未来成为现实。
6、未来小行星采矿
⑴、未来小行星采矿会是什么样子
据报道（20221109），未来小行星采矿会是什么样子？这就是所谓的 “ISRU Mosquito”（原位资源利用Mosquito），即是一种简单、相对便宜的“无人矿工”，旨在从小行星（包括火星的卫星）等低重力天体中提取水，并且将自身提升到停泊轨道上的“大型船舶”上，这可能本身就是一艘更大的“油轮”，用于在太阳系的其它地方运送水。
水很重要，如果您正在运行核火箭绕过太阳系（相当合理的假设），那么水有三种主要用途：推进剂通过火箭，和氧气供机组人员呼吸，两者都可以获得，只需将水分解；最后作为水本身用于饮用和许多其他可以想象的目的，例如冷冻以充当散热器。
人们猜测，小行星早期采矿可能会是什么样子？实用而且只专注于获得绝对必需品。在那之后，你有很多选择：从简单地“消灭”较小的小行星以筛选有用的元素；在较大的天体上露天采矿。没有任何环境可以让你真正担心损坏漂浮在太空中的岩石；你的主要“环境责任”是保持你的轨道空间没有杂物，不要把一块“该死的大石头推到对某人危险的道路上”。
⑵、太空采矿有多难
仅仅到达太空中的物体（如小行星带）的成本就是巨大的。挖掘是一个“基于数量”的过程。除非在太空运输技术方面取得了一些惊人的进步，否则根本就无法得到我们非常想要的东西。从字面上看，这样做的成本将是天文数字。
如果我们开始在太空采矿，那么我们是否有可能找到地球上不存在的新金属或其他材料呢？
我们可能不会发现任何新元素，但是可能发现地球上没有的矿物、化合物和晶体。在地球上，水是一种压倒性的力量；自然界中的大多数化学反应都必须处理水合作用。在小行星和岩石上，水要少得多。当发生碰撞时，能量在撞击的局部区域消散。由于撞击器没有遇到大气，因而撞击力更强，并且在能量脉冲之后的化学过程将在没有那么多水侵入的情况下达到平衡。太阳风将会使电离的氢和阿尔法粒子洒满地表；这将引入更多的能量，但是不会引入水。
⑶、小行星采矿步骤
小行星采矿可以在未来创造惊人的财富。我们什么时候才能实施小行星采矿业务？需要采取哪些步骤？
首先，我们必须找到开采材料的用途。当人们谈论小行星采矿时，他们通常会想到从小行星上获取东西并且将它们运输回地球。这不是一条可行的道路（好吧，也许对于我们可能需要少量的一些极其稀有的材料，例如用于核聚变反应堆的氦）。即使我们拥有像“太空电梯”这样的超高效的“空间访问和再入技术”，当然也不适用于散装材料。
为了使小行星采矿有利可图，我们需要找到一种“在太空中处理和使用材料的方法”。有时会在这种情况下，讨论为火箭燃料开采水。但是，值得怀疑的是，这是否有用......为了将水分解成氢气和氧气，你需要一个电源。如果你有电源（或大型太阳能电池阵列）在太空中，那么您可以找到更好的用途，例如直接向航天器发射电力。也许水用于人类消费，比作为推进剂更有用。
目前，我们还没有办法在太空中开采铝，并且直接将其制成宇宙飞船或至少一些粗糙的支撑结构。但是，我们将学习如何去做。更有用和令人兴奋的前景之一是，在太空中开采散装材料，用以建造具有人工重力的大型旋转空间站的基本结构。
7、如何开采小行星资源
⑴、小行星资源
据报道（20230310），人们生活离不开的太空资源是太阳光；而宇宙中的能源和原料则极其丰富。除了富含煤的小行星以外，还有很多富含金属的小行星和彗星。
在太阳系中，有几十亿颗小行星围绕着太阳运转。其中，90%以上的小行星都集中分布在小行星带内。彗星大多由冰组成。也就是说，在宇宙中存在着大量的水及氧原子、氢原子。在太阳系中的大部分彗星都在远离冥王星轨道的地方；但是也有些彗星的轨道靠近太阳。如果想在宇宙中制造物质，那么从小行星或者彗星获取原料，比从地球上运输原料更加经济和环保。
⑵、怎样获取小行星资源
听起来似乎把小行星和彗星带离它们原本的轨道十分容易，但是实际情况当然不是这样的。直径为1千米的小行星（小行星常见的大小），其重量达几十亿吨，而直径10千米的彗星的重量则是小行星的50倍。面对如此重量级的星体，由昂责燃料驱动的现代火箭也无计可施。但是，这也不是没有办法。
大家知道，火箭的运行原理是：当燃气朝一个方向涌出时，火箭会朝着相反的方向运动。这与“固体驱动器”的工作原理相似。固体驱动器是一种可以装载不同燃料的大炮装置。当驱动器的发动机推进燃料朝一个方向溢出时，而大炮则朝另一个方向快速运动。
因此，可以将固体驱动器带到小行星上，再由机器人将小行星上可利用资源装载在大炮上，然后发送到人类所需的地方。这一过程虽然漫长，但是固体驱动器能保持作用足够的时间，因为它能够利用太阳能电池成者核电带动，长年保持电源充足。
（未完待续）
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