太空资源与矿业探索研究（1）
胡经国
前言
为了比较全面系统地了解和探索地外星体矿产资源及其开发研究状况，之前本文作者已经著文《地球矿产资源基本信息及其解读》、《月球矿产资源及其开发研究》、《火星矿产资源及其探索研究》、《水星及其矿产资源探索研究》、《金星及其矿产资源探索研究》、《木星及其矿产资源探索研究》、《土星及其矿产资源探索研究》、《天王星及其矿产资源探索研究》、《海王星及其矿产资源探索研究》以及《小行星及其矿产资源探索研究》。在此基础上，下面将以《太空资源与矿业探索研究》为题，介绍太空资源与矿业探索研究状况，供读者进一步了解和研究参考。
一、太空资源概述
太空资源（Space Resources），泛指太空中客观存在的、可供人类开发利用的环境和物质。其中，主要包括；相对于地面的高远位置资源、高真空和超洁净环境资源、微重力环境资源、太阳能资源、月球资源、行星资源、小行星资源等。
资料显示，太空中可利用的资源比地球上可利用的资源要丰富得多。仅仅就太阳系范围来说，月球、火星和小行星等天体蕴藏有丰富的矿产资源；在类木行星和彗星上蕴藏有丰富的氢能资源；在行星空间和行星际空间具有真空资源、辐射资源、大温差资源；那里的太阳能利用有效率也比地球上高得多。
二、太空资源类型及其应用
1、太空资源类型
资源（Resources）的含义非常广泛，宇宙中的万物、空间、时间以及各种精神财富都是资源。
另据报道（20230414），太空资源泛指在太空中客观存在的、可供人类利用的环境和物质。太空资源有相对于地面的高远位置资源、高真空和超洁净环境资源、微重力环境资源、太阳能资源、月球资源、行星资源以及小行星资源等。
现在，太空资源分为以下5大类：高度资源、太阳能资源、失重资源、高真空资源、矿产资源。例如无处不在的阳光（太阳能）；例如我们生活中食用蔬菜、水果，很多都是通过宇宙空间站实验室培育出来的品种；例如我们的手机定位、卫星导航等，都是通过太空中的通讯卫星来实现的。虽然我们可能没有直观地感受到太空资源对我们的影响，但是它确实已经进入到了地球人类的生活之中。
⑴、资源利用最主要形式
据报道（20210905），除了抽象的精神财富资源以外，地球人类对资源利用的最主要形式是提取能量，维护人类生活和科学技术的不断发展。这些能量资源，一类来自太阳，主要是太阳电磁辐射的光能和热能；一类来自地球，主要是各种物质的热化学能、动能和势能；几十年前，又开始利用原子核的裂变能和聚变能。
除此之外，有些资源被用来制造人类生活和工作需要的各种“硬件”，如衣物、房屋、交通工具、玩具、各种机器和设备等。这些资源主要来自地球。
⑵、太空资源比地球多得多
从这种观点出发来看资源，太空中可利用的资源比地球上可利用的资源要多得多。仅就太阳系范围来说，月球、火星和小行星等天体蕴藏有丰富的矿产资源；类木行星和彗星拥有丰富的氢能资源；在行星空间和行星际空间具有真空资源、辐射资源、大温差资源；那里的太阳能利用效率也比在地球上要高得多。利用航天器的飞行，还可以派生出轨道资源和微重力资源等。
⑶、轨道空间资源
在200～500千米的低轨道空间，真空度为10～4帕；而在35800千米的地球同步轨道上，真空度则为10～11帕的高真空度。空间真空不仅纯净无污染，而且体积硕大，是地面人为的真空条件无法比拟的。
在地球轨道上的太阳辐射密度为1.4千瓦/平方米，是地面上的两倍。其宇宙辐射强度也比地面大得多，并且是全谱的。特别是宇宙高能重粒子，由于大气阻尼和吸收，因而很难到达地面。
在空间环境中，由于高真空绝热，因而在被太阳直射的物体表面，可达到100℃以上高温；而背阴面则可保持-100℃以下的低温。两者之间形成较大的温差，而且非常稳定。
自从航天器问世以来，科学家们首先想到的就是利用“太空轨道资源”，即利用“高远位置”这一得天独厚的有利条件。众所周知，站得高、看得远。地球的空间轨道，远离地表，高于大气层，在那里能够以不同高度、不同角度俯视地球，特别是与地球同步、与太阳同步的轨道具有特殊意义。
为此，旨在开发“太空轨道资源”的形形色色的航天器竞相升空。例如，“通信卫星”就是把原来在地面的无线电中续站搬到卫星上，从而大大提高了信号的覆盖面积和传输距离、通信质量和抗破坏性，减少了费用，使通信技术发生质的飞跃。“遥感卫星”相当于空间观察平台，具有观测范围广、观测次数多、时效快和连续性好等优点，对气象预报、陆地资源开发、海洋资源开发起到巨大推动作用。“导航卫星”设在太空的基准点，它能克服地面无线电导航台存在的信号传播距离有限等一系列缺点，是最先进的导航技术。
⑷、太空“制高点”资源
在太空“制高点”上，不仅可以“观地”，而且还能“望天”。在那里进行天文观测不受大气层影响，使全波段天文观测变得轻而易举。天文卫星、空间站就是理想的天文台。
⑸、太空微重力资源
太空的微重力（重力加速度小于10-4g）是一种宝贵资源。利用这种资源可以进行地面上难以实施的科学实验、新材料加工和药物制取等。在微重力条件下，由于无浮力，液滴较之地面更容易悬浮，当冶炼金属时可以不使用容器，即采用悬浮冶炼，因而能使冶炼温度不受容器耐温能力的限制，进行极高熔点金属的冶炼，避免容器壁的污染和非均匀成核结晶，改变晶相组织，提高金属的强度。微重力条件下，气体和熔体的热对流消失，不同比重物质的分层和沉积消失，对生产极纯的化学物质、生物制剂、特效药品，以及均匀的金属基质复合材料、玻璃和陶瓷等也很有用。
⑹、太空旅游观光资源
太空旅游观光资源。美、日等国已在筹划建设太空饭店。如果发展顺利，那么进入太空观赏宇宙美景，回头观望人类的摇篮——地球，就为期不会很远了。在月球上发现冰冻水以后，已有人设想在月球上建造度假宾馆。到时，还可欣赏月球景色。美国一富翁已定于2001年到和平号空间站上去旅游。
⑺、太阳能资源
开发太阳能资源。航天器上的太阳能发电只供航天器本身使用。一些国家已在计划建造太阳能发电卫星，即“太空电站”。它可将太阳的光能高效率地转变成大功率的电能，再把电能用微波或激光发往地面给用户使用。太阳能利用的另一种形式是建造“人造小月亮”和“人造小太阳”，为城市和野外作业照明，增加高寒地区的无霜期，保证农业丰产丰收。
⑻、月球资源
开发月球资源。月球上拥有丰富的氧、硅、钛、锰和铝等元素，还有地球上稀缺的、“清洁”的核发电材料氦-3。月球上无大气影响，以及长长的黑夜和低温等许多有利的环境条件，是理想的科学研究和天文观测基地。
⑼、小行星和彗星资源
开发小行星和彗星的资源。金属型小行星上有丰富的铁、镍、铜等金属，有的还有金、铂等贵金属和珍贵的稀土元素。彗星上有丰富的水冰。这些资源和月球上的资源可用于建设航天港和太空城，也可供地球人类使用。
⑽、近地空间资源
在近地空间范围内，主要包括空间轨道资源、太阳能资源、太阳风（光压）资源、微重力资源、真空环境资源、月球基地资源、空间高速公路轨道特征点资源、空间环境资源等。这些资源是一种客观存在的物质和运动形式；有些看得见，摸得着；有些感觉得到，测不到。它们还在探索和发现过程之中，要靠我们不断认识、探索、发现、开发、应用、利用、转化等。
2、太空资源分类应用
⑴、空间轨道资源应用
空间轨道资源，是指具有特殊用途的太空轨道。在太空轨道上运行的人造卫星、空间站等航天器，可以观测地球人类赖以生存的地球，可以快速追踪地球的变化，监测和预报天气、火山爆发、森林大火、洪水、地震等自然灾害；可以“穿云破雾”观测地球大气和地表的变化，对陆地和海洋进行高精度的测量，成为气象预报、地球资源勘探、环境监测的重要信息来源；通信卫星可以为各个地区的人们提供通信服务；导航卫星可以在全世界范围内提供全天候、全天时卫星导航定位信息，使铁路、公路、海洋、航空的运输更加高效安全。
⑵、太空微重力、高真空环境资源应用
太空微重力、高真空环境资源可以为空间新产品开发开辟新的途径。太空微重力的开发利用，将推动流体力学、材料科学和生物技术的发展，在材料、制药、农业、电子等领域显示巨大的发展潜力。
⑶、太阳能资源应用
在太空可以充分利用清洁、低廉、无污染的太阳能资源。在太空中的太阳能电池板没有大气层的阻隔，没有干扰，接受太阳光的强度是地球上的8～10倍，并且更加清洁。而且它可以24小时持续不断地接收阳光供电，不存在地面太阳能发电间断和稳定性差的问题。
⑷、月球、小行星、火星资源应用
美国、俄罗斯等国发射的月球探测器和行星际飞船，已经探测到月球、小行星、火星拥有丰富的物质资源。月球表面不仅储存有丰富而清洁、安全的核聚变燃料氦-3，而且还富含硅、铝、钙、钠、铁等元素的矿物资源；在一些小行星上发现了丰富的铁、镍、铜等金属和宝贵的稀土元素；特别是在月球和火星上探测到存在大量水冰，储量有上亿吨。这些都为进一步开发月球和火星创造了有利条件。
（未完待续）
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