我曾在科學和科幻文章中讀到過關於“小行星採礦”的說法。這是否可行?如果可行,將如何實現?我們又能從中提取哪些有價值的材料?

美國國家航空航天局約翰遜航天中心的戴維·S·麥凱(因作為描述火星隕石中可能存在古代生命證據的論文的主要作者而聞名)對這個想法進行了廣泛的研究。他回覆道:

“小行星採礦是一個已經存在了幾十年的概念。其基本概念是從近地小行星中提取物質,這些小行星的軌道靠近地球——這是一個與主帶小行星完全不同的群體,主帶小行星在火星和木星之間執行。從小行星中提取的資源可以在太空開發,以支援太空飛行、空間站甚至月球基地。這些應用中最有用的材料可能是水、甲烷或其他化合物,這些化合物可以加工成火箭燃料,或者用於替代生命支援所需的消耗品。一些研究人員認為,小行星中的金屬(鐵、鎳等)也可能被開採,作為在太空中建造結構的原材料。

“開採小行星的另一個主要原因是將戰略金屬或貴金屬帶回地球。最有希望提取的金屬包括稀有(且昂貴)的鉑和鉑族貴金屬以及黃金。行星天文學家認為,平均而言,小行星應該比地球甚至月球上的典型岩石擁有更高丰度的這些金屬。這種預期是基於這樣的假設,即小行星要麼是未分化的物體(用專業術語來說,它們具有‘球粒隕石’成分,其中所有礦物都結合在一起),要麼是分化的物體(礦物沒有混合在一起)。如果小行星是分化的,它們甚至可能將這些元素集中在可接近的位置,例如因撞擊而暴露的富含金屬的核心。”


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“大多數早期的小行星採礦概念都要求人類訪問小行星並進行開採,但一些較新的想法涉及完全由機器人執行的任務。一種選擇是簡單地將小行星塊帶回地球,並在某個偏遠地區撞擊它們,在那裡建立一個加工廠。其他可能性包括將小行星塊投放到月球上,或者在小行星本身上加工材料,或許可以先將其帶入繞地球軌道。美國地質調查局的傑弗裡·S·卡吉爾(大眾科學1996年11月刊《火星上的全球氣候變化》的合著者)最近的經濟分析表明,即使貴金屬的價格因大量新供應而大幅下跌,這樣做也可能是有利可圖的。該領域的其他專家包括亞利桑那州的諮詢地質學家戴維·庫克,他開發了機器人採礦的概念,以及亞利桑那大學的約翰·劉易斯,他長期以來一直是小行星採礦的倡導者。

“訪問近地小行星所需的技術已經成熟——訪問其中一些天體所需的火箭動力和燃料比去月球所需的要少。然而,開採它們並帶回有用材料所需的技術尚未開發出來。目前尚不清楚這將有多麼困難和昂貴,也不清楚這項任務是可以透過機器人完成,還是需要人工監督。美國國家航空航天局沒有開採小行星的計劃,儘管該機構確實打算用機器人探測器探索小行星,並可能最終進行載人任務。”

亞利桑那大學的約翰·S·劉易斯補充了另一個視角:

“對於這個問題,實際上有兩種截然不同的答案。第一個答案針對的是通常的、預設的假設,即我們將尋求地外資源,目的是將它們進口到地球上供這裡的工業使用。實際上,很少有商品可以透過這種方式有利可圖地進口。唯一的傳統進口商品——科學樣品——不僅市場有限,而且隨著分析技術變得更加靈敏,對此類樣品的需求可能會繼續下降。另一個主要的值得進口的類別是貴金屬和戰略金屬,包括鉑族金屬(用於高溫和耐腐蝕合金及塗層,以及工業和汽車催化劑)和非金屬,如鎵、鍺和砷(用於製造VLI計算機晶片)。後者可以在微重力條件下有利可圖地加工成大型晶體。

“第二種型別的答案,在我看來,更為重要得多,是利用太空資源來抵消大規模太空行動的成本,並允許在太空進行自主行動。在這裡,第一個感興趣的商品很可能是來自近地小行星子集的水,這些近地小行星要麼是C型(碳質)小行星,要麼是已滅絕的彗星核。這兩者可能共同構成了近地小行星數量的一半或更多。這些水將用於製造氫氣和氧氣火箭推進劑,當然,水和氧氣也將可用於太空棲息地。另一個不返回的感興趣的資源幾乎肯定是含鐵金屬。天然的‘不鏽鋼’合金在隕石和小行星中非常常見,表明它們可以大規模用作太空中的結構材料。

“與利用太空資源發電也存在一些非常有趣的機會。這裡的選擇包括在高地球軌道上建造太陽能衛星,將太陽能以微波能量的形式傳輸到地面。從月球表面(由太陽風注入)回收氦-3可能具有經濟吸引力,可以作為地球上聚變動力反應堆的清潔燃料來源,或者用於月球上的聚變,並將電力傳輸到地球。同樣,可以在月球上用當地的月球材料建造太陽能收集器,將電力送回地球。

“如果衛星的高質量、低技術元件是在太空中用小行星或可能的月球材料製造的,那麼太陽能衛星的建造原則上可以變得便宜得多。展望更遠的未來,巨行星中的氦-3和氘含量是如此巨大,以至於從它們的大氣層(特別是天王星和海王星)中提取和回收聚變燃料的方案可以為地球供電,直到太陽衰老死亡。

“最經濟的太空材料來源是那些擁有最豐富有價值商品且最容易從地球到達的天體:這些就是近地小行星。它們唯一缺少的是具有經濟吸引力的氦-3含量。

“近期從地球表面到軌道的發射成本約為每公斤600美元,再加上在近地軌道和附近小行星之間迴圈的太空渡輪(在其壽命期內,每從地球發射一噸裝置,就能返回100噸材料),這表明未來近地空間中原材料的供應成本為每公斤幾美元。這與地球上一棟房子的成本相當。

“我的新書《天空採礦:來自小行星、彗星和行星的無限財富》(Addison-Wesley,1996年)以及技術卷《近地空間資源》(J. S. Lewis、M. S. Matthews 和 M. L. Guerrieri 合著,亞利桑那大學出版社)和《太空資源》(由 M. F. McKay、D. S. McKay 和 M. B. Duke 編輯,可在美國政府印刷局獲得)詳細討論了這些和其他資源選項。

“克萊門汀號航天器報告探測到月球上的極地冰,這增加了一個有趣的選項:在月球極地附近永久光照充足的地點建立基地。”

“這些計劃的瓶頸在於需要對近地小行星和月球極地進行詳細的礦物表徵。儘管近期用於發現近地小行星以及小型月球和小行星航天器任務的資金一直在增加,但資金水平仍然比用於單個大型軍事或民用航天器(例如,哈勃太空望遠鏡,或雷達或光學偵察衛星)的資金少100到1000倍。”

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