去小行星挖矿吧 我国10年内有望太空“淘金”?

刘国伟

近期热映的科幻冒险电影《流浪地球》勾起了人们对神秘太空的无限遐想，比如就有人提出“到小行星上采矿”以拯救地球日渐枯竭的矿产资源。甚至有媒体评论指出“（中美）两国要争夺太空资源，例如开采月球或小行星上的矿物和水源用于制造火箭燃料等”，“小行星釆矿或将是下半个世纪最赚钱的行业之一”……“小行星采矿”看似天方夜谭，但它是如何走入现实，甚至被视为下一个经济风口的呢？■

科幻作品最早想到宇宙采矿

数千年来，矿产资源在人类开疆拓土的事业中一直不可或缺，丰富的矿产资源会推动城市经济走向繁荣，而矿产资源枯竭会给社会发展和产业效益带来不利影响。当然，矿产资源开发也会给周围生态环境带来一定的破坏。如何既能享受到资源开发带来的福祉，又尽量减少开发造成的损害呢？从天空中的小行星那里探索资源也许是个备选答案。

小行星为太阳系小天体（SSSB）的一种，于太阳系内和行星一样环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多。谁是第一个提出“从宇宙星体上开采矿藏”的人已不可考，只能从一些文学、影视作品或游戏中探寻这个想法的形成和进化。1898年，美国科幻作家佳瑞特·瑟维斯的作品《爱迪生征服火星》开创了科幻小说史上的诸多“第一”：第一个提到外星人绑架、宇航服和小行星采矿。但给笔者留下最深刻印象的是另外两部电影：1979年拍攝的《异形1》，故事始于“诺斯莫”号商业飞船满载着2000万吨从塞杜斯行星上采集的矿石返回地球;2009年的《月球》，则描述了“月能工业有限公司”如何从月亮上开采氦-3运回地球。

冰岛开发的网游《星战前夜》在游戏玩家中有一定口碑，玩家的一个重要“生财之道”就是开着飞船到小行星带，用舰载激光轰击小行星，船舱里自然就会堆满开采来的矿石。一个游戏如此描述小行星采矿实在粗糙而简单，现实中刚刚开启的“小行星淘金”事业，当然远比游戏里复杂得多。

小行星“淘金”事业

刚起步

2010年6月，日本航天器“隼鸟”号结束7年的飞行，返回地球。在穿行了60亿公里多灾多难的旅程后，“隼鸟”号从小行星“系川”上带回了不到1克的尘埃颗粒，由此成为世界上首架从小行星上带回物质的探测器。造访“系川”的目的是研究近地行星的起源和演化过程，未来人在书写小行星采矿史时应该绕不开“隼鸟”号。

初战告捷鼓舞了日本航天机构。2014年12月，“隼42”号发射，飞向直径1公里左右的小行星“龙官”。经过4年左右，“隼鸟2”号飞抵目的地，开始向“龙官”施放着陆器，做着陆准备。但是小行星表面地形复杂，为了保证成功率，着陆计划被调整到2019年2月22日。

另一个正在进行的小行星表面物质采集项目是美国国家航空航天局（NASA）投资8亿美元推出的“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”（OSIRIS-REx）。该探测器于2016年9月8日发射，目的地是平均直径约500米的小行星“班奴”。“班奴”虽小，却是一颗有较高风险与地球相撞的小行星。2018年12月，OSIRIS-Rex飞临“班奴”，接下来它将绕小行星飞行两年，测量“班奴”的表面，收集2公斤的土壤（或岩石），然后在2023年返回地球。

与未来更富有雄心的计划相比，上述两个开展的项目显得有些“小家子气”。英国《金融时报》披露，美国国家航空航天局（NASA）未来（可能在21世纪20年代后期）有意向小行星发射机器人航天器，采集数吨岩石后，再把航天器重定向到月球轨道。然后派宇航员登上航天器探测样品并带回地球。NASA还有个优先级更高的计划是在2026～2027年间发射飞船前往小行星“赛克”，这是一颗少有的金属质小行星。

以上这些小行星探测活动有着浓浓的科研味道，从经济回报上看似乎是赔本的买卖。要在茫范太空淘金，哪些小行星的开采“性价比”更高呢？

“万亿美元”价值让采矿者垂涎三尺

“小行星有着惊人财富”的传言近些年如野火般流传。譬如太阳系中一颗名为“241日耳曼尼亚”的小行星，据称其拥有的矿产资源价值达95.8万亿美元，而全球2017年的GDP总量不过81万亿美元。2015年7月20日凌晨，一颗名为“2011

UW158”的小行星飞掠地球最近时距离为240万公里，这个距离是地球和月球轨道距离的6.4倍。据称，该小行星的内核可能含有大约1亿吨铂金，据估算价值约3000亿～5万亿美元。

天文界通常把太阳系小行星分成3个主要类型。第一种是灰色的C型碳质小行星，大多数小行星属于此类，由碳化合物、岩石、水和少量金属等物质组成。第二种是红色或绿色的S型硅质小行星，主要由铁和硅酸镁组成，有少量纯镍和纯铁以及一些铂族元素。第三种是红色的M型金属小行星，主要有纯镍、少量纯铁和铂族元素，在小行星中占比最少，因价值巨大备受关注。

业内对小行星开采价值的判断有其复杂的标准和考量。笔者查询了国际知名的Asterank小行星数据库，在该数据库60多万颗小行星中，价值估计在百万亿美元以上的小行星目前有814颗。

立法助力“宇宙采矿”

接下来就是打着算盘入场的淘金者们出场了。

这一领域的回报目前仍充满着很多不确定性，但丝毫不影响各方资本的涌入。2017年的数据显示，2013年商业空间产业吸引的私人风险投资约5.34亿美元，2016年这一数字激增到31亿美元。在该行业押注的投资者中不乏亚马逊这样财大气粗的主流机构投资者，甚至还有“国家队”。

在民间资本活跃和创业气氛浓厚的美国，“深空工业”和“行星资源”是两家较早试水小行星采矿业务的公司。深空工业成立于2013年，在空间资源利用的可行性上研究了较长时间。2015年深空工业获得风险投资，开始研究推进系统。行星资源公司成立于2009年，成立之初就把小行星采矿作为公司的主营目标业务，在业务活动和研发计划上表现抢眼。

2015年，时任美国总统奥巴马签署《美国商业太空发射竞争法案》，允许私人进行太空采矿，用立法来为太空创业公司试水小行星采矿保驾护航。

与美国在这一领域开展竞争的是欧洲国家卢森堡。该国有意成为小行星采矿的全球领导者，2017年8月，通过了与太空采矿有关的法律，允许采矿公司拥有他们从天体上提取的东西。早在1967年，联合国就制定了《外层空间条约》，禁止任何人将太空领域“据为己有”，该条约获得了103个国家的批准。不过，卢森堡的法案“钻了个空子”，它并没有把天体所有权给予企业，而是讨论从天体上开采的资源。

当时签署法律的卢森堡副首相施耐德明确表示，此举是想把有利可图的太空产业从美国转移过来。卢森堡这么做也是有底气的，工业革命时期该国发展了强大的钢铁产业，后来在金融服务、广播和卫星技术上表现突出，该国规模庞大的欧洲卫星全球公司（SESGLOBAL）在国际卫星市场上举足轻重。

“栽下捂桐树，引得凤凰来”，深空工业和行星资源公司等很快在卢森堡设立了办事处，并获得了该国银行的资助。

技术难题是主要拦路虎

2017年4月，世界领先的投资银行、证券和投资管理公司高盛集团发布报告称太空经济“有着长远而持久的机遇”，未来20年其行业规模将会成长至数万亿美元，人们或许可以到小行星上去挖矿，能在地球外的空间发展3D打印和在轨制造技术。不过，在资本市场一片看好声中，一些专注小行星采矿业务的明星企业因为吸引不到投资，而无限期地退出了原定于2020年推出的小行星勘探业务，2018年底被一家区块链公司收购。

相比于投资领域的隐忧，对小行星采矿而言，更大的拦路虎在于技术。例如在“慧眼识星”上，涉及参数识别与分析、科学价值评估、工程可行性分析等;对小行星开展探测时，要解决不少难题，比如长时间星际飞行的能源供应、深空暗弱目标自主导航，以及弱引力天体的捕获、着陆与表面运动等;到达小行星后，需解决如何在近距离实现小行星操控作业的问题。许多小行星实际上是松散的碎石堆，在微重力环境下，这些缺乏完整结构的小天体完全不能和地球上的岩石相比，因此在开采和利用作业上遇到的问题将是在地球上难以想象的。

碳排放比地球采矿低

相比小行星采矿中存在的经济和技术可行性问题，环保行业和环境媒体更关注小行星采矿是否有环境可持续性。飞行器冲出地球300公里的路途中消耗的能量要远超过之后几亿公里空间飞行所消耗的能量。从环境效益的角度来看，一个关键的问题是：为了去小行星采矿，火箭发射释放的温室气体和在地球上开采同样质量的矿产资源所产生的温室气体，哪个更多？

2018年10月，这个问题终于在第69届国际宇航大会上有了答案。在向会议提交的论文《小行星采矿的潜在环境效益探究》中，法国巴黎萨克莱大学安德里亚斯·海因为首的三人团队计算了小行星开采贵金属产生的温室气体排放量，并将其与类似的地球活动产生的温室气体进行了比较。他们估算，同样1公斤铂，从小行星上开采，将向地球大气层释放约60～150公斤二氧化碳，而在地球上开采则会释放约40吨二氧化碳，因此他们的结论是“地球采矿对全球变暖的影响要大上几个数量级”。

尽管研究未必准确，但对小行星采矿环境效益的量化计算，开启了迈向小行星采矿现实环境生命周期评估的第一步，因此有着重要的科研价值。

专家：中国开采小行星为时不远

在中国航天事业的愿景中，小行星特别是近地小行星是最有价值的太空探索目标之一。在2017年5月中国航天科技集团公司五院举行的小行星探测学术拫告会上，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。

我国著名空间飞行器总体、信息处理专家，中国科学院院士叶培建透露的信息更为明确：目前主要的设想方案分近期和远期两个方案。近期設想是将小行星作为资源开发平台，即捕获一颗小行星，将其控制在可达范围内，然后送机器人或航天员去开采，获取小行星上的稀有资源后返回地球。远期设想是将小行星作为星际航行平台，为人类建立空间设施及星际航行转移系统提供基础材料，开展更深远的探测任务。他断言：“我国只要去做，10年内就能开展示范性工程;要实现大规模开采，大约需要50年左右。”

人类目前许多司空见惯的应用其实最初来自异想天开的念头，从小行星上采矿亦是如此。这一程少不了磨难和挫折，但也许在未来就能结出丰硕之果。