小行星採礦想象圖
01
2017年7月19日，小行星2011 UW-158與地球“擦肩而過”，兩者最接近時距離為240萬公里。
240萬公里僅是地月平均距離的6倍多，在天文尺度下絕對算是“親密接觸”了。除了離地球近，這顆小行星還有一個重要特徵——超值錢！
通過地面和空間望遠鏡對2011 UW-158進行多波段觀測後，科學家們發現這顆直徑500米，長1000米的土豆形狀小行星，主要成分是鐵、鎳、鈷、鉑和水，其中內核富含鉑金，重量估算達到1億噸。
1億噸鉑金什麼概念？
鉑金比黃金稀有30倍，在地殼中的濃度只有百萬分之0.005。
根據美國地質勘探局（USGS）鉑族金屬報告的統計，世界鉑族元素（鉑、鈷、銠、銥、鋨等）礦產資源總儲量約為3.1萬噸，而鉑金的總儲量約為1.4萬噸。
2011 UW-158小行星富含的鉑金，是地球總儲量的7000倍以上。
雖然鉑金現在不如黃金貴，但當年已經有不少“有識之士”盤算著未來如何把這顆小行星搞到手（它下次以這麼近的距離飛過地球附近將是2108年），同時不忘給它估了個價——5.4萬億美元。
“超值錢”的2011 UW-158小行星
咱們很多人都知道，浩瀚宇宙中最不缺少的就是各種礦藏，就算是當今最值錢的黃金鉑金鑽石稀土，可能隨便一顆小行星上的儲量就遠比整個地球的要高。
人類對小行星資源的覬覦可以追溯到上世紀初，當時著名的航天先驅齊奧爾科夫斯基就推測“小行星上佈滿了黃金、鉑金和鑽石”。
到了50 年代，有關小行星採礦的內容開始出現在科幻小說中。2015年，科幻美劇《The Expanse》（蒼穹浩瀚）中關於小行星採礦的描述已經相當具體了。
現實中，小行星採礦還是一件非常遙遠的事嗎？
不，人類早已踏出了第一步。
2010年6月13日，日本的“隼鳥號”攜帶“糸川”小行星的表面樣本返回了地球。
雖然樣本只有
1克，但這是人類首次，也是目前唯一一次將小行星物質帶回地表。2019年4月，“隼鳥2號”在小行星1999 JU3（“龍宮”）著陸，製造出人造隕石坑；7月第二次著陸，成功採集地下岩石碎片，這是全球首次採集小行星地下物質。
“龍宮”是一顆直徑約900米的近地小行星，距離地球2.8億公里，“隼鳥2號”花了3年半時間到達。目前，“隼鳥2號”已開始為返回地球加速，順利的話將在2020年11-12月“回家”。
“隼鳥2號”已完成對 “龍宮”小行星的採樣
老美自然不甘落後。
2016年，美國航空航天局（NASA）發射了第一個小行星採樣探測器“奧西里斯-REx”，目標是距離地球約1.22億公里的“貝努”小行星，NASA認為“在2175年至2199年之間，貝努撞擊地球的可能性為2700分之一。”
2018年12月，“奧西里斯-REx”成功飛抵貝努上空約20公里處，目前正與小行星“伴飛”中。按照預期計劃，2020年7月，奧西里斯的機器手臂將接觸貝努表面，採集60克物質樣本並將其收進返回艙。
除了硬件的投入，美國在2015年通過了太空法律，鼓勵美國公民進行民間商業化的太空資源開採。2016年盧森堡出臺法律，保障私人運營商對開採的太空資源的權利，即誰開採，物質就歸誰。
如今全世界大約20多家採礦公司在盧森堡進行註冊，其中包括作為領頭羊的深空工業（Deep Space Industries，下文簡稱DSI），公司聯合創始人特姆林森表示：
“地球上的許多稀有金屬和礦產在太空的數量是近乎無盡的，這些礦產足夠為地球上日益增長的人口提供可持續的金屬資源，為人類帶來數百億美元的價值。”
奧西里斯-REx與“地球殺手”貝努小行星
02
咱們先簡單認識一下小行星。
小行星是太陽系內類似行星環繞太陽運動，但體積和質量比行星小得多的天體。
截至2018年，在太陽系內一共發現了約127萬顆小行星。據估計，小行星的數目有數百萬顆。
太陽系中的小行星大多集中在火星和木星軌道之間，即“小行星帶”，《蒼穹浩瀚》中，未來的人類就在這裡建立了殖民地並開採礦產。
在上百萬顆小行星中，直徑大於 1 千米的有 75 萬顆，直徑大於 100 千米的有 200 多顆。小行星之間的距離從數百到數千公里不等。
Atens、Amors 和 Apollos 是三個近地小行星聚集的區域，在裡面 9000 顆左右的小行星中，1000 顆直徑超過 1 千米，有 1500 顆被列為採礦作業的首選目標。
小行星帶效果圖
太陽系誕生初期，一團團的氣體和塵埃不斷地聚合擠壓，形成了太陽的雛形，外圍的物質則在毫無秩序的太空中不停的碰撞、凝聚、碰撞、分離……幾百萬年後，地球、月球和無數小行星誕生了。
地球形成之初，在經歷無數次小行星撞擊的熔融過程中，像黃金和鉑金這一類密度大的金屬元素都沉到了地心。與地球一樣，質量較大的小行星也會經歷熔融過程，重金屬聚集在核心。
有些小行星經過碰撞後會碎裂成很多塊，金屬核心就裸露出來了。
上世紀70年代，天文學家根據觀察小行星的顏色發展出分類系統，三種最常見的類型是C 型、S 型和 M 型。
C型-碳質小行星最為常見，佔比超過 75%。外觀呈灰色，由碳化合物、岩石、20% 的水和一些金屬組成，多分佈於小行星帶的外圍。太空中的水資源大概率分佈在C型小行星上，
是各太空採礦公司的首選。S型-硅酸鹽小行星約佔17%，外觀呈綠色或紅色，主要由純鐵和硅酸鎂組成，還有少量純鎳和一些鉑族元素，多分佈於小行星帶內側。
M型-金屬小行星約佔7%，外觀呈紅色，主要由純鎳和純鐵構成，還有少量鉑族元素。這些小行星極有可能是過去體積較大的小行星撞擊破碎後殘存的金屬核。
C 型、S 型和 M 型小行星
03
小行星採礦，DSI採用的是探測、定位、選礦、採礦、裝卸和返回“6步走”方案，這個整體思路很好理解。
首先，藉助地面和空間設備望遠鏡多波段觀測對小行星進行分類，尋找距離地球近、價值高、合適開採的小行星；接著向目標小行星發射探測器，通過光學、聲學和地質遙測技術確定礦藏位置，著陸，開挖；最後，運輸礦石返回地球或直接應用於太空建設。
“隼鳥2號”已經把這套步驟完成了大半，雖然是採樣，離工業級開採還有很大距離，但大體方針是對的。
DSI已經開發一種名為“勘探者-1”(Prosepector-1)的航天器，計劃在2020年內對地球附近的小行星展開探礦任務。特姆林森介紹說：
“P1採用水蒸汽做為推進方式，當小行星到達近地軌道，P1將由推進器發射到小行星附近，並對整個小行星表面進行掃描，掃描的數據將發回地球控制中心，一旦在小行星上發現到水資源，將為其提供持續運行的動力。”
“勘探者-1”作業效果圖
小行星的探測定位，無非是通過無人飛行器來進行，至於下一步的開採方案，可就五花八門了。
（1）把小行星直接拉回地球或月球軌道
NASA噴氣推進實驗室、約翰遜空間中心以及加州理工學院的研究表明，
“可以在小行星表面佈置‘動能彈弓’，採用動量守恆的原理將小行星移動至繞月軌道上，再將其分解。”該方案針對直徑數米，礦藏密度高的小行星，目前未有看見進一步的詳細技術分解和建造計劃。
“捕獲小行星”想象圖
（2）將無人飛船固定在小行星上採礦
對於體積大、資源多、構成相對穩定的小行星，直接將帶有一定規模採礦設備的無人飛船與之連接，然後用運輸船將礦產運回地球。
（3） 地下基地
針對大型小行星，在其內部建立防宇宙輻射的地下基地，在表面建立礦石處理和儲存設施。
“直接開採小行星”想象圖
（4）中轉站
在大型小行星附近建立中轉站。從目標小行星上採到的粗礦石被送至中轉站，精煉之後送回地球。另一種方案是把微型小行星推送到中轉站附近。
（5） “內部”開採
奧地利維也納大學專家托馬斯提出，人類可以將空間站設置在一個自轉的小行星內，從“內部”開採小行星資源。托馬斯認為常規採礦方式無法實現：“因為大多數小行星重力很弱，常規挖掘的撞擊力足以將設備反推到太空中。”
按照他的設想，如果將空間站建在一個自轉的小行星內部，將會產生人造重力，開採變得簡單，還可以保護航天員及採礦設施免受宇宙輻射的危害。但怎樣將空間站“植入”小行星內部？托馬斯沒交代，他本人只對媒體說：
“科學研究和科幻小說之間的界限在這裡有些模糊。我認為對小行星資源進行真正的開採，至少還要等20年左右。”
“內部開採小行星”想象圖
04
理想是美好，現實很骨感，技術和成本是攔在小行星採礦前的兩座大山。
上世紀六七十年代美國耗資巨大的“阿波羅計劃”，多次無人、載人登月活動帶回的月壤，總共不過
382公斤而已。如今不僅要登陸小天體，還要進行復雜的探測、開採、裝卸和運輸環節，需要的技術支持難以想象。中國航天科工集團二院研究員楊宇光認為：
“傳統化學能火箭和發動機推進的飛船效費低，要完成2.17～3.64個天文單位的飛行、探索、採礦、運輸、返回等操作絕對是困難重重。要想讓航天器穩定、安全地到達目的地並完成特定任務，必須開發新的航天技術並進行試驗，同時要制定整體的航行計劃和操作規程。”
技術開發、裝備製造、安裝測試、人員操作以及發射、航行、深空工作和回收，都是“燒錢”的主，大大超過了當今用作通信、導航、遙感的微小衛星和小型運載火箭的開發成本。
加州理工學院一項太空研究顯示，“如果要在2025年將一個500噸的小行星拖到月球軌道，成本需要260億美元。”
楊宇光認為，小行星採礦從經濟角度上來說毫無意義。
“沒有什麼元素或礦物是地球上發現不了的。即使是地球上很稀有的礦物，開採成本肯定也比去小行星上開採要低得多。”
“小行星採礦從經濟角度上來說毫無意義？”
DSI的特姆林森則不那麼認為，他覺得隨著探空技術特飛猛進的發展，未來小行星探測器的成本或只需數千萬美元。特姆林森還以富含鉑金的小行星舉例： 將一顆直徑 10 米的小行星帶回地球，估算大概只需要 7億美元。
“直徑10 米的富金屬小行星淨重大約是10000 噸，若鉑金丰度是1%的話，那就是 100 噸鉑金，價值近30億美金。除了鉑金，鈷、銠、銥類貴金屬也具有巨大商業價值，7億美元的投資絕對划算。”
另外不容忽視的是，小行星上蘊含著珍貴水資源。上文提及，最常見的C型-碳質小行星就含有20%的水。NASA 的 “奧西里斯-REx”探測器去年12月已在貝努小行星上發現了水痕跡，這些水分被“鎖”在粘土中。
“小行星中的水資源如果可以被大量開發使用，其對於空間站的運營、載人深空探索和太空基地的建設將大有裨益。”
特姆林森很樂觀。
隨著地球人口的持續增長和資源的日益枯竭，利用宇宙中近乎無限的資源為人類文明續航無可非議。
2018 年，掛著“中國第一家小行星採礦公司”名號的創業團隊出現了。這家名為“起源太空” 的公司希望可以呼喚起大家對太空資源開發的重視，儘早積累、提前準備，保證中國人不至於在太空資源開發競賽中落於人後。公司創始人兼 CEO 蘇萌的話很接地氣：
“等到將來別人都在天上到處挖礦的時候，你就傻眼了！”
100噸鉑金，20年後能搞到手嗎？
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