小行星：太空開發(fā)的新目標

邱林

NASA設想宇航員駕駛飛行器“捕獲”微型小行星

美國航空航天局（NASA）官方網(wǎng)站公布的觀測記錄顯示，2021年1月1日和2日兩天，有3顆直徑15—20米的超微型小行星和1顆直徑220米的微型小行星，從距地球數(shù)百萬千米的位置飛馳而過。在太空領域，這屬于比較近的距離。NASA表示，將繼續(xù)密切關注與地球“擦肩而過”的小行星。

據(jù)《今日俄羅斯》報道，NASA對于小行星的關注度越來越高，一個重要原因是美國政府在2020年4月6日發(fā)布行政命令，允許美國公司開采并利用月球和小行星上的資源。

提到小行星，人們首先想到的是，它們一旦與地球相撞將造成災難性后果。不過，隨著太空科技的發(fā)展，小行星已經(jīng)成為人類太空開發(fā)的新目標。

最具價值的資源——貴金屬

開發(fā)利用小行星，首先要知道小行星上蘊藏著哪些資源。

據(jù)美國《大眾科學》雜志報道，人類可以開發(fā)利用的小行星基本上分為兩類。一類是近地小行星，主要分布在木星和火星之間的小行星帶。NASA廣域紅外探測器（WISE）的探測結(jié)果顯示，中等體積的近地小行星約有1.95萬顆;另一類是從地球附近飛掠而過的小行星，其數(shù)量和出現(xiàn)的時間都是不確定的，實施探測和開發(fā)的難度較大。

天文學家根據(jù)光譜分析，將小行星分為三種：約15%的小行星主要由硅構(gòu)成，其厚厚的硅質(zhì)外層包裹著小型金屬內(nèi)核;約10%的小行星的成分以金屬為主，主要是鐵和鎳，有的還蘊藏金、鉑等貴金屬;其余75%的小行星主要由碳構(gòu)成。

對于人類來說，最具開發(fā)價值的是以金屬為主要成分的小行星。意大利天文學家加斯帕里斯在1852年3月17日發(fā)現(xiàn)了一顆小行星，后來它被天文學家命名為“靈神星”。它位于木星和土星之間的小行星帶，直徑約200千米。科學家通過雷達探測發(fā)現(xiàn)，“靈神星”主要由鐵和鎳構(gòu)成，還含有大量金、鉑等貴金屬。

NASA的科學家對小行星上貴金屬的價值作了形象的描述：如果對3—5顆像“靈神星”那樣的小行星進行全面開采，并把開采出來的貴金屬帶回地球，那么地球上所有的通電導線都可以從銅換成金，以減少熱阻損耗。也就是說，黃金在地球上將不再屬于貴金屬！

除了開發(fā)貴金屬，小行星上的水和有機化合物也是科學家關注的焦點，因為這意味著小行星上可能存在有價值的化合物，甚至可能存在地外生命。

美國“黎明”號小行星探測器曾進入“谷神星”（太陽系中已知的最大的小行星）的軌道對其進行觀測，在“谷神星”北半球直徑約50千米的隕坑中確認存在有機化合物。另外，木星的衛(wèi)星“歐羅巴”被證實，其表面的冰層下有大量液態(tài)水，其平均深度是地球海洋的20倍，而且含氧量較高，足以維持生命的存在。

人類目前還沒有從月球和火星上開采資源，為什么要將目光投向小行星呢？這是因為小行星的質(zhì)量和體積都很小，依據(jù)萬有引力定律，其引力自然也很小。因此，從小行星上開采并帶走物資，比開采大型行星要容易。

“流浪小行星”計劃

在開發(fā)小行星的技術研發(fā)方面，美國走在前列。

2019年熱映的中國影片《流浪地球》，講述了用巨型發(fā)動機將地球推離太陽系，奔向新星系的壯舉。美國開發(fā)小行星的計劃可以稱之為“流浪小行星”。

據(jù)英國《新科學家》雜志報道，NASA正在實施一個非常大膽的計劃——“捕獲”小行星，并將其拖拽到距離地球比較近的月球軌道上，再進行研究和開發(fā)。

“捕獲”并帶動小行星，比讓探測器登上小行星要難得多，整個過程非常復雜。執(zhí)行這種任務的飛行器要有足夠的動力，還要將類似“機械爪”的設備固定在小行星上，這樣才能將它拖動。

“歐羅巴”小行星上蘊藏液態(tài)水示意圖

美國凱克太空研究所的一份報告披露，NASA想先嘗試“捕獲”直徑幾百米的微型小行星。該項目的耗資將超過美國“好奇”號火星車項目。

NASA的科學家清楚，要“捕獲”小行星，先得解決飛行器的動力問題，必須做到能夠精確控制力度和方向，這樣才能將小行星帶到月球軌道上。

為此，NASA與美國TransAstra公司和約翰斯·霍普金斯大學應用研究實驗室合作，開發(fā)了一款新型火箭發(fā)動機。它采用特殊的燃料，適合在外太空工作。約翰斯·霍普金斯大學的安迪·瑞夫金和TransAstra公司一位不愿透露姓名的工程師都表示，將多臺這種發(fā)動機集成在航天飛行器上，能夠產(chǎn)生巨大的推力。它將被用于美國的小行星開發(fā)計劃。

那么，把小行星拖到月球軌道上之后，人們接下來能做些什么呢？

《新科學家》援引安迪·瑞夫金的話指出，NASA有一個開發(fā)小行星上的淡水資源的計劃，其大致設想是：將直徑幾十米或上百米的一顆顆小行星分別用一個個大袋子包裹起來，然后用太陽能裝置給這些小行星加熱。小行星上的水蒸發(fā)后凝結(jié)在袋子中，收集起來就可以供月球基地上的人員使用。

全球最大的民間太空研究組織——美國行星協(xié)會負責人羅伊斯·弗里德曼指出，NASA公開的小行星開發(fā)計劃，只是其所有相關計劃中的很小一部分。美國之所以要把小行星拖到月球軌道上，是為了配合未來的月球基地建設和發(fā)展計劃。美國的月球基地建成后，基地中的宇航員可以很方便地研究、開發(fā)月球軌道上的小行星。首先，小行星上可能蘊藏著能夠用于建設太空基地或制造宇宙飛船燃料的資源;其次，美國宇航員可以從月球基地出發(fā)登上小行星，進行太空任務演練，為以后探索其他星球做準備。

“穿透者”：轟擊小行星的炮彈

與美國的計劃相比，英國開發(fā)小行星的計劃僅僅是試探性的。

據(jù)英國BBC報道，英國倫敦大學學院的科學家正在開發(fā)一種重約20千克的特殊炮彈，計劃用于擊破“歐羅巴”小行星上的冰層。這種代號為“穿透者”的炮彈已經(jīng)進行過炮擊測試，瞬間穿透了一塊重達10噸的超大冰塊。英國科學家對測試結(jié)果感到滿意。

“穿透者”并不僅僅是炮彈，它同時還將扮演“歐羅巴”小行星水資源探測器的角色——“穿透者”的中段載有微型電子傳感器。其外殼由堅韌的材料制成，能保證穿透冰層時不會震壞其內(nèi)部的傳感器。這種炮彈穿透“歐羅巴”小行星上的冰層后，傳感器就會開始工作，搜集信息，尋找有機化合物乃至生物。

“穿透者”內(nèi)置的電子器材功率比較小，無法直接將信息傳回地球。為此，英國科學家制訂了“穿透者”的工作方案：先向“歐羅巴”小行星發(fā)射一顆大型探測衛(wèi)星，“穿透者”體積較小，這顆衛(wèi)星能搭載數(shù)枚“穿透者”;當衛(wèi)星抵達“歐羅巴”小行星上空后，就向某一區(qū)域發(fā)射“穿透者”;炮彈穿透冰層后，將其搜集到的信息傳送給衛(wèi)星，衛(wèi)星再把信息傳往地球。

“穿透者”也有缺點——其電子傳感器的工作壽命較短。英國科學家正在對其進行改進。預計需要3年時間，“穿透者”才能投入使用。

除了美國和英國，中國、日本等國也都有自己的小行星探測、開發(fā)計劃，在航天器自主導航與控制技術、小行星弱引力附著與采樣技術、長壽命電推進技術、遠距離測控和自主管理技術等方面分別開展了預研工作。總體來看，人類探測、開發(fā)小行星的步伐正在不斷加快。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com