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太空探矿不是梦

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就在一年前,两家私人太空矿业公司成立,都分别表示将涉足太空探矿。此外,一家于去年成立的企业表示,将为月球采矿者提供地月之间的运输服务。专家预计,几年之后,这些公司或许能够满足地球对金、铂等贵金属以及钇、镧等稀有元素的需求。

“终极财富贮藏于太空之中。”这是近日在澳大利亚悉尼举行的一场太空采矿业论坛上许多专家得出的结论。

本次论坛由澳大利亚航天工程研究中心主办,来自国际矿业公司的负责人、机器人专家、月球科学家以及相关政府机构的首脑济济一堂,共同探讨如何将太空采矿变为现实。

从概念到现实

就在一年前,两家私人太空矿业公司——华盛顿星际资源公司、维珍深空公司宣告成立。星际资源公司表示,它将在两年内发射一台深空探矿望远镜;维珍深空公司则希望在2020年实现小行星采矿。此外,一家于去年成立的企业——“科罗拉多之钉”表示,它将为月球采矿者提供地月之间的运输服务。

专家预计,几年之后,这些公司或许能够满足地球对金、铂等贵金属以及钇、镧等稀有元素的需求。其中,后两者对制造个人电子产品至关重要。

但是,就像第一批淘金者不仅仅改变了美国西部一样,首批太空采矿者也不仅仅是为他们自己寻找到了财富。他们还希望建立一个不依赖于地球的循环经济体。在这个经济体中,采矿商们能够直接在月球或小行星上进行提炼及矿产处理,并直接将产品送往对此有需求的太空站。

如果这样的构想成为现实,那么水资源将成为太空经济体中最为贵重的商品。“在沙漠里,是一千克金子贵还是一千克水贵呢?”纽约蜜蜂机器人公司负责人克里斯·甄克尼说,“显然,金子没用,水却可以救你的命。”

届时,从月球极地开采的水冰将被送往国际空间站,用于满足宇航员日常生活需求,或为空间站提供防辐射保护。此外,水还可以被分解成氧气和氢气,进而为航天器提供燃料。所以,富含水资源的小行星或许将成为星际能源补给站。

多重障碍待突破

然而,如何从月球或小行星中开采水资源是一个难题。之前的探测结果显示,月球、小行星以及火星极地均贮藏大量水资源。不过,这些水资源都以冰土混合物的形式存在。

为了寻找提取纯水的最佳方法,克里斯·甄克尼将目光对准了南极冰层,他认为这里的冰与太空中的冰具有某些相似之处。“目前的研究显示,这种冰的硬度超过了混凝土。”他说。

除了水资源,采矿公司还觊觎月球和小行星土壤中的铁、硅、铝等元素。有了上述物质,3D打印机就可以在空间站中制造出相关设备的备用零件。另一些公司甚至计划收集太空尘埃,用以建设停机坪、庇护所以及道路等基础设施。

“在小行星上提炼、并被带回地球轨道的有用物质,其价值将能够抵消发射成本。”深空工业公司创始人之一马克·索尼特表示,据粗略估算,一吨太空尘埃的价格可达100万美元。

不过,实现上述美妙构想的第一道阻碍就是,设计出能够有效工作的采矿机器人。“任何太空任务都有一套标准流程,即测试、测试、再测试。”克里斯·甄克尼说。

然而问题是,太空土壤具有许多特性,这使得在地球上的测试工作变得异常艰难。

据了解,在月球上,持续不断的陨石轰击将月球土壤变得细碎且粗糙,很容易磨损设备。同时,阿波罗号的宇航员曾惊讶地发现,太阳射线使得月球上的尘埃带有静电。当用设备收集这些尘埃时,其会附着于设备之上,不能流畅地流动。科学家预计,这种情形也会发生于小行星之上。

为此,各地的实验室开始利用多种办法仿制太空土壤,以了解其在设备中的具体运动状态。例如,肯尼迪航天中心的科研人员罗伯特·米勒利用多种仿制的太空土壤来检测取样漏斗的性能。通过在低重力环境下进行试验,罗伯特·米勒发现,除非经过剧烈震动,否则太空土壤很难流畅地通过取样漏斗。“我们应考虑为漏斗添加气动装置。”他说。

而澳大利亚西南威尔士州大学教授雷奥哈德·伯纳德的研究则更进一步。与传统用铲子拾取太空土壤的思路不同,他设计了一个“太空吸尘器”,并成功吸取了他之前研制的太空土壤仿品。“你不能简单地把地球上的技术直接应用于月球。”他说。

由于“太空吸尘器”不能工作在没有空气的环境中,雷奥哈德·伯纳德在吸尘器的管子外面又套了一个更大的管子。当吸取土壤时,外部的管子向外喷射气体,而内部的管子吸收气体,随即将尘埃一同带入设备中。“悬浮在气体中的尘埃很容易流动。”他说。(来源:中国科学报,作者:邱锐)

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