去小行星挖礦吧 我國10年內有望太空“淘金”?

劉國偉

近期熱映的科幻冒險電影《流浪地球》勾起了人們對神秘太空的無限遐想，比如就有人提出“到小行星上采礦”以拯救地球日漸枯竭的礦產資源。甚至有媒體評論指出“（中美）兩國要爭奪太空資源，例如開采月球或小行星上的礦物和水源用于制造火箭燃料等”，“小行星釆礦或將是下半個世紀最賺錢的行業之一”……“小行星采礦”看似天方夜譚，但它是如何走入現實，甚至被視為下一個經濟風口的呢？■

科幻作品最早想到宇宙采礦

數千年來，礦產資源在人類開疆拓土的事業中一直不可或缺，豐富的礦產資源會推動城市經濟走向繁榮，而礦產資源枯竭會給社會發展和產業效益帶來不利影響。當然，礦產資源開發也會給周圍生態環境帶來一定的破壞。如何既能享受到資源開發帶來的福祉，又盡量減少開發造成的損害呢？從天空中的小行星那里探索資源也許是個備選答案。

小行星為太陽系小天體（SSSB）的一種，于太陽系內和行星一樣環繞太陽運動，但體積和質量比行星小得多。誰是第一個提出“從宇宙星體上開采礦藏”的人已不可考，只能從一些文學、影視作品或游戲中探尋這個想法的形成和進化。1898年，美國科幻作家佳瑞特·瑟維斯的作品《愛迪生征服火星》開創了科幻小說史上的諸多“第一”：第一個提到外星人綁架、宇航服和小行星采礦。但給筆者留下最深刻印象的是另外兩部電影：1979年拍攝的《異形1》，故事始于“諾斯莫”號商業飛船滿載著2000萬噸從塞杜斯行星上采集的礦石返回地球;2009年的《月球》，則描述了“月能工業有限公司”如何從月亮上開采氦-3運回地球。

冰島開發的網游《星戰前夜》在游戲玩家中有一定口碑，玩家的一個重要“生財之道”就是開著飛船到小行星帶，用艦載激光轟擊小行星，船艙里自然就會堆滿開采來的礦石。一個游戲如此描述小行星采礦實在粗糙而簡單，現實中剛剛開啟的“小行星淘金”事業，當然遠比游戲里復雜得多。

小行星“淘金”事業

剛起步

2010年6月，日本航天器“隼鳥”號結束7年的飛行，返回地球。在穿行了60億公里多災多難的旅程后，“隼鳥”號從小行星“系川”上帶回了不到1克的塵埃顆粒，由此成為世界上首架從小行星上帶回物質的探測器。造訪“系川”的目的是研究近地行星的起源和演化過程，未來人在書寫小行星采礦史時應該繞不開“隼鳥”號。

初戰告捷鼓舞了日本航天機構。2014年12月，“隼42”號發射，飛向直徑1公里左右的小行星“龍官”。經過4年左右，“隼鳥2”號飛抵目的地，開始向“龍官”施放著陸器，做著陸準備。但是小行星表面地形復雜，為了保證成功率，著陸計劃被調整到2019年2月22日。

另一個正在進行的小行星表面物質采集項目是美國國家航空航天局（NASA）投資8億美元推出的“源光譜釋義資源安全風化層辨認探測器”（OSIRIS-REx）。該探測器于2016年9月8日發射，目的地是平均直徑約500米的小行星“班奴”。“班奴”雖小，卻是一顆有較高風險與地球相撞的小行星。2018年12月，OSIRIS-Rex飛臨“班奴”，接下來它將繞小行星飛行兩年，測量“班奴”的表面，收集2公斤的土壤（或巖石），然后在2023年返回地球。

與未來更富有雄心的計劃相比，上述兩個開展的項目顯得有些“小家子氣”。英國《金融時報》披露，美國國家航空航天局（NASA）未來（可能在21世紀20年代后期）有意向小行星發射機器人航天器，采集數噸巖石后，再把航天器重定向到月球軌道。然后派宇航員登上航天器探測樣品并帶回地球。NASA還有個優先級更高的計劃是在2026～2027年間發射飛船前往小行星“賽克”，這是一顆少有的金屬質小行星。

以上這些小行星探測活動有著濃濃的科研味道，從經濟回報上看似乎是賠本的買賣。要在茫范太空淘金，哪些小行星的開采“性價比”更高呢？

“萬億美元”價值讓采礦者垂涎三尺

“小行星有著驚人財富”的傳言近些年如野火般流傳。譬如太陽系中一顆名為“241日耳曼尼亞”的小行星，據稱其擁有的礦產資源價值達95.8萬億美元，而全球2017年的GDP總量不過81萬億美元。2015年7月20日凌晨，一顆名為“2011

UW158”的小行星飛掠地球最近時距離為240萬公里，這個距離是地球和月球軌道距離的6.4倍。據稱，該小行星的內核可能含有大約1億噸鉑金，據估算價值約3000億～5萬億美元。

天文界通常把太陽系小行星分成3個主要類型。第一種是灰色的C型碳質小行星，大多數小行星屬于此類，由碳化合物、巖石、水和少量金屬等物質組成。第二種是紅色或綠色的S型硅質小行星，主要由鐵和硅酸鎂組成，有少量純鎳和純鐵以及一些鉑族元素。第三種是紅色的M型金屬小行星，主要有純鎳、少量純鐵和鉑族元素，在小行星中占比最少，因價值巨大備受關注。

業內對小行星開采價值的判斷有其復雜的標準和考量。筆者查詢了國際知名的Asterank小行星數據庫，在該數據庫60多萬顆小行星中，價值估計在百萬億美元以上的小行星目前有814顆。

立法助力“宇宙采礦”

接下來就是打著算盤入場的淘金者們出場了。

這一領域的回報目前仍充滿著很多不確定性，但絲毫不影響各方資本的涌入。2017年的數據顯示，2013年商業空間產業吸引的私人風險投資約5.34億美元，2016年這一數字激增到31億美元。在該行業押注的投資者中不乏亞馬遜這樣財大氣粗的主流機構投資者，甚至還有“國家隊”。

在民間資本活躍和創業氣氛濃厚的美國，“深空工業”和“行星資源”是兩家較早試水小行星采礦業務的公司。深空工業成立于2013年，在空間資源利用的可行性上研究了較長時間。2015年深空工業獲得風險投資，開始研究推進系統。行星資源公司成立于2009年，成立之初就把小行星采礦作為公司的主營目標業務，在業務活動和研發計劃上表現搶眼。

2015年，時任美國總統奧巴馬簽署《美國商業太空發射競爭法案》，允許私人進行太空采礦，用立法來為太空創業公司試水小行星采礦保駕護航。

與美國在這一領域開展競爭的是歐洲國家盧森堡。該國有意成為小行星采礦的全球領導者，2017年8月，通過了與太空采礦有關的法律，允許采礦公司擁有他們從天體上提取的東西。早在1967年，聯合國就制定了《外層空間條約》，禁止任何人將太空領域“據為己有”，該條約獲得了103個國家的批準。不過，盧森堡的法案“鉆了個空子”，它并沒有把天體所有權給予企業，而是討論從天體上開采的資源。

當時簽署法律的盧森堡副首相施耐德明確表示，此舉是想把有利可圖的太空產業從美國轉移過來。盧森堡這么做也是有底氣的，工業革命時期該國發展了強大的鋼鐵產業，后來在金融服務、廣播和衛星技術上表現突出，該國規模龐大的歐洲衛星全球公司（SESGLOBAL）在國際衛星市場上舉足輕重。

“栽下捂桐樹，引得鳳凰來”，深空工業和行星資源公司等很快在盧森堡設立了辦事處，并獲得了該國銀行的資助。

技術難題是主要攔路虎

2017年4月，世界領先的投資銀行、證券和投資管理公司高盛集團發布報告稱太空經濟“有著長遠而持久的機遇”，未來20年其行業規模將會成長至數萬億美元，人們或許可以到小行星上去挖礦，能在地球外的空間發展3D打印和在軌制造技術。不過，在資本市場一片看好聲中，一些專注小行星采礦業務的明星企業因為吸引不到投資，而無限期地退出了原定于2020年推出的小行星勘探業務，2018年底被一家區塊鏈公司收購。

相比于投資領域的隱憂，對小行星采礦而言，更大的攔路虎在于技術。例如在“慧眼識星”上，涉及參數識別與分析、科學價值評估、工程可行性分析等;對小行星開展探測時，要解決不少難題，比如長時間星際飛行的能源供應、深空暗弱目標自主導航，以及弱引力天體的捕獲、著陸與表面運動等;到達小行星后，需解決如何在近距離實現小行星操控作業的問題。許多小行星實際上是松散的碎石堆，在微重力環境下，這些缺乏完整結構的小天體完全不能和地球上的巖石相比，因此在開采和利用作業上遇到的問題將是在地球上難以想象的。

碳排放比地球采礦低

相比小行星采礦中存在的經濟和技術可行性問題，環保行業和環境媒體更關注小行星采礦是否有環境可持續性。飛行器沖出地球300公里的路途中消耗的能量要遠超過之后幾億公里空間飛行所消耗的能量。從環境效益的角度來看，一個關鍵的問題是：為了去小行星采礦，火箭發射釋放的溫室氣體和在地球上開采同樣質量的礦產資源所產生的溫室氣體，哪個更多？

2018年10月，這個問題終于在第69屆國際宇航大會上有了答案。在向會議提交的論文《小行星采礦的潛在環境效益探究》中，法國巴黎薩克萊大學安德里亞斯·海因為首的三人團隊計算了小行星開采貴金屬產生的溫室氣體排放量，并將其與類似的地球活動產生的溫室氣體進行了比較。他們估算，同樣1公斤鉑，從小行星上開采，將向地球大氣層釋放約60～150公斤二氧化碳，而在地球上開采則會釋放約40噸二氧化碳，因此他們的結論是“地球采礦對全球變暖的影響要大上幾個數量級”。

盡管研究未必準確，但對小行星采礦環境效益的量化計算，開啟了邁向小行星采礦現實環境生命周期評估的第一步，因此有著重要的科研價值。

專家：中國開采小行星為時不遠

在中國航天事業的愿景中，小行星特別是近地小行星是最有價值的太空探索目標之一。在2017年5月中國航天科技集團公司五院舉行的小行星探測學術拫告會上，五院月球和深空探測領域辦公室技術負責人黃江川認為，我國應在“十四五”期間實施一次高起點、標志性的小行星探測任務。

我國著名空間飛行器總體、信息處理專家，中國科學院院士葉培建透露的信息更為明確：目前主要的設想方案分近期和遠期兩個方案。近期設想是將小行星作為資源開發平臺，即捕獲一顆小行星，將其控制在可達范圍內，然后送機器人或航天員去開采，獲取小行星上的稀有資源后返回地球。遠期設想是將小行星作為星際航行平臺，為人類建立空間設施及星際航行轉移系統提供基礎材料，開展更深遠的探測任務。他斷言：“我國只要去做，10年內就能開展示范性工程;要實現大規模開采，大約需要50年左右。”

人類目前許多司空見慣的應用其實最初來自異想天開的念頭，從小行星上采礦亦是如此。這一程少不了磨難和挫折，但也許在未來就能結出豐碩之果。