太空采矿的“拦路虎”

◎文 杨宇光

太空采矿的“拦路虎”

◎文 杨宇光

据称，卢森堡国民议会通过了空间资源法，该法规定卢森堡公司对从小行星等天体上开采的资源享有所有权。

其实，空间资源这个“富矿”早在几年前就已经备受各国瞩目了。美国在2015年颁布的《2015空间法案》允许美国公司对小行星的资源进行开发利用。紧随其后，2016年2月，卢森堡政府也宣布支持太空采矿。

目前，已经有深空工业公司、开普勒能源与空间工程公司和行星资源公司等私人公司提出了太空采矿的意向，并公布了自己的计划或设想。

什么是太空采矿？

太空采矿主要是指开发地球以外天体的物质资源并加以利用的商业行为。

可供人类开采的天体包括月球、火星、小行星等。由于月球和火星巨大的引力，开采后的矿物被运输到其他天体很困难，因此目前太空采矿的主要研究对象是个头不大，引力场不强，可以用比较小的代价着陆和起飞的小行星。

太空采矿靠谱吗？

开采这些“富矿”的方式包括把采到的矿物送回地球，从矿物中提取水等资源制备推进剂或供人饮用，以及从矿物中提取金属用于空间站或太空船的建设等。

然而，这些听起来很美好的设想和计划到底靠谱吗？

第一种设想是将矿物开采后送回地球应用。这种设想是完全站不住脚的。目前，元素周期表上所有元素在地球上都能找到，无论这些元素构成什么样的复杂物质，采用化学合成的方法都远比从外太空获取成本要低。

太空采矿的倡导者提出的设想是对小行星上的铂进行开采，给出的分析显示可以从115500吨小行星矿石中提取出173.4吨铂。由于地球形成过程中，比较重的元素大多集中到了地下数千千米深的地核，因此在地壳中可供人开采的铂和其他贵金属的确比较少，但即便如此，在地球上获得1千克铂的成本也比从小行星上带1千克任何类型的物质回到地球便宜得多。

以美国2016年发射的Osiris-REx小行星采样返回任务为例，该项任务的总投入大约为9.84亿美元，而最终在2023年采回地球的样本数量大约为0.1～2千克，这样的“投入”和“产出”比显然是太不划算了。

显然，高居不下的运输成本是太空采矿的最大“拦路虎”。美国SpaceX等公司努力开发的可重复使用火箭技术，只能在一定程度上降低人类进入太空的成本，但只要是基于化学火箭发动机推进技术，将发射成本降低到现有的百分之一几乎是“天方夜谭”。

细数“拦路虎”

然而“拦路虎”远不止这一个。从地球到小行星的往返过程不但要考虑从地球进入太空的发射成本，还要建造能够精确变轨的运输飞船，其代价比火箭的成本更高。

虽然目前高性能的电推进技术已经在深空探测中成功应用，但目前电推进均使用氙气等惰性气体作为其推进剂，还没有在小行星上发现到这类资源。

也许有人会说，“可以利用电解开采到的水制备液氢液氧推进剂”，但这种方式的效率就低多了，完成从小行星到地球轨道的转移需要付出更大的代价。

另外一个设想就是将矿物资源在小行星上进行原位处理，并加以利用。这个设想从技术上考量的确可行，且比返回地球更加合理和经济，但目前来看依然困难重重。

该设想的一个巨大挑战是小行星上的矿物组成、分布具有不确定性，而且矿物的处理、分离和提炼过程将非常复杂。

与人类在月球和火星建立基地不同，小行星采矿需要在零重力或微重力条件下完成上述过程，而目前人类还没有在微重力条件下对矿石进行提炼、冶炼的技术，这将牵涉到非常复杂的物理化学过程。开展这样的技术本身就存在非常高的门槛，不是现在倡导小行星采矿的几个私人公司能够解决的。

（本文摘编自《中国航天报》飞天科普版）

太空采矿为之尚早

实际上，人类目前对深空天体还处在探索阶段，需要做的是对月球、火星和小行星进行更多的了解，获取更多的认知。目前，各主要航天大国正在进行或计划进行的深空探测活动都是本着这一原则进行的。只有在我们对它们获得了充分的认识，并且技术水平也发展到相应阶段时，才会有开发利用的需求。

比如，在月球建立基地，并通过水资源的获取支持月球基地的人类活动从而制备推进剂，目前已经提上议事日程。但更多的是为探索月球本身，以及为将来潜在的火星探测任务创造更便利的条件，以降低人类进一步探索深空的成本。

而以商业盈利为目的的太空采矿，或许应当是21世纪下半叶甚至22世纪的议题。所以笔者认为，就目前的技术条件，讨论太空采矿还为时尚早。