走，去小行星采矿
2015年7月20日凌晨6时30分，小行星2011 UW-158与地球“擦肩而过”，最近距离只有240万千米。据科学家估算，它的核心含有1亿吨铂金和其他贵金属，价值高达5.4万亿美元（约合35.2万亿元人民币）。这就是那颗传说中的“土豪”小行星，要知道，地球上的铂族元素矿产资源总储量仅有3.1万吨，而铂金总储量更是只有1.4万吨。
无价之宝
虽然地球上的铂金储量仍以万吨为量级，但事实上，这些密度较大的金属元素在地球形成之初大都已沉入地核，开采难度很大。现在人类能在地球表面寻找到的许多重金属矿藏，几乎都是小行星撞击地球留下的产物。
作为太阳系早期的孑遗，目前系内仍有70多万颗小行星，其中90%以上分布在“小行星带”——火星和木星轨道之间的区域，其余的则散落在太阳系各处。其中在地球近地轨道上，共有大约9000颗直径超过150米的小行星。这些小行星通常富含镍、锰、铂、铱、钯等珍贵的铂系金属。据专家估算，一颗小行星上的金属矿藏含量，就可能超过地球现有已探明的同类矿藏总量。
通过对小行星的光谱分析，并结合对坠落在地球上陨石的研究，目前科学界将小行星划分为石质、碳质和金属等多种类型。其中，金属型小行星主要由铁、镍等构成，并且含有多种金属元素，特别是铂、钴、铑、铱、锇等珍稀金属。美国亚利桑那大学的约翰·刘易斯教授分析，一般而言，直径仅1千米的普通小行星就可重达20亿吨，含有的铁、高品质镍、战略金属钴和铂系金属混合物分别为2亿吨、3000万吨、150万吨和7500吨，其中仅铂的价值就高达1500亿美元。
类似2011 UW-158这样的小行星，则被划分为“X类小行星”。X类小行星主要由金属成分组成，它们可能是早期已经分化出核幔结构的原始星子破碎后留下的残骸体。在太阳系早期历史上，曾经有很多这样的星子在剧烈的撞击中被摧毁，只留下了它们金属质地的内核。
因此，散落在太阳系四处的小行星几乎都蕴藏着大量贵金属，颗颗都是无价之宝。
寻宝之路
2012年，美国耶鲁大学的科学家发现了一颗表面主要由石墨和钻石覆盖而成的“钻石行星”，并将其命名为“巨蟹座55e”。起初，研究人员还曾误以为其表面覆盖的是水。
在太阳系中，还有一颗名为“德国241”的小行星，根据国外一家名为“行星排名”的网站统计，它所蕴藏的矿产资源价值高达95.8万亿美元，远远超过目前全世界的GDP总量。这也是迄今人类发现的价值最高的小行星。
2011UW-158小行星
小行星蕴藏的大量贵金属，无疑对人类有着巨大的吸引力。在全球金属消费量日渐攀升、地球金属资源即将耗竭的今天，设法开发小行星的金属资源显得尤为重要。
与开发月球和火星等星球相比，小行星的资源开发更加可行。小行星的重力几乎可以忽略不计，这为起降飞船、建设采矿设备等工作提供了极大的便利，还能为我们研发高技术产业提供完美的低重力环境。而小行星数量众多，总表面积大，化学构成也非常多样，可为人类提供各类资源——我们可以将稀有金属运回地球，将普通金属就地搭建太空采矿营地及居所。此外，碳质小行星还蕴藏着丰富的水冰资源，可分解成氢氧燃料供飞船使用以及满足宇航员的生活必需，从而降低太空采矿的成本。
虽然目前人类对于小行星的探测仍处于初期的无人探测阶段，但其实早在1989年，美国发射的木星探测器“伽利略号”，就顺路近距离探测了2颗小行星“加斯帕”和“艾达”。1996年，美国发射了第一个小行星探测器“会合-舒梅克号”，在探测了小行星“梅西尔德”后，环绕并降落在爱神星上。2010年，日本发射的“隼鸟号”在小行星“丝川”登陆采样后成功返回，首次将小行星的样品送回地球。
全民夺宝
事实上，除了发达国家的政府外，还有许多企业家同样也“觊觎”着小行星的资源。
2012年4月24日，一群富有冒险精神的太空企业家在美国西雅图宣布成立了“行星资源公司”（Planetary Resources， Inc.），业务涵盖太空探索和自然资源开采两大类。该公司计划派出成群的机器人前往小行星上探测稀有金属，开设采矿基地，并将小行星上的矿产资源带回地球进行出售。这项计划倘若成功，将为全球增加数万亿美元的生产总值，帮助人类继续繁荣发展，为实现“太空殖民”铺平道路。
Arkyd-3R飞船
作为全球第一家着手开发小行星的私人企业，行星资源公司已经引起了不少高新技术行业组织及从业人员的关注。2015年9月，该公司的第一艘飞船Arkyd-3R搭乘执行CRS-6船员补给任务的Space X公司“猎鹰9号”运载火箭，直达国际空间站，后从空间站气闸舱处成功部署在外太空。此次Arkyd-3R的任务主要包括演示控制系统，验证飞行软件和电子设备等在内的几个关于轨道飞行控制的核心技术，同时检验系统平台，为未来在深空中探测、研究甚至开发小行星做准备。
行星资源公司总裁兼总工程师克里斯·勒维基介绍道：“由于太阳系内的小行星数量庞大，我们无法建造足够多的飞船对小行星进行研究，因此低成本是Arkyd-3R飞船后续型的特点之一。”
在Arkyd-3R飞船完成第一阶段任务后，行星资源公司还计划进一步发展Arkyd系列深空小行星勘探飞船，在姿态控制能力、电力供应、通信系统和电子设备等方面进行测试，以便未来进入太阳系深处对富含贵金属资源的小行星进行勘察，掌握太阳系丰富的小行星资源情况，为大规模开采小行星资源提供前期的技术支持。
如今的Arkyd-3R飞船只有一块土司面包大小，行星资源公司还在研制体型更大的Arkyd-6飞船，它不但能测试自己公司的科学设备和深空勘测技术，而且还将为其他公司提供一个测试平台。未来，行星资源公司还准备开发Arkyd-100飞船，发展在地球轨道观测小行星的技术，同时建立小行星资源勘探网络，逐步实现近距离探测小行星。此外，行星资源公司还在研发对小行星水资源的勘探技术，比如在有效载荷中使用中波红外成像技术，对小行星的水和含水矿物成分进行分析，并掌握在途水分解技术，欲以此实现未来飞船的在途燃料补充，为执行深空任务的宇航员提供足够的水资源。
除了行星资源公司，美国还有第二家涉足小行星资源开发的私人企业——深空工业公司（DSI）。他们已于2015年发射了名为“萤火虫”的飞船，并到达指定的小行星探索潜在资源。“萤火虫”飞船重约25千克，大小相当于一台笔记本电脑，只执行单程之旅，完成任务后将不再返回地球。
深空工业公司首席执行官戴维·冈普表示，他们还将在2016年发射重约32千克的“蜻蜓”飞船，它会从小行星采样并运回地球，供科学家进行详细分析，以便确认小行星上的矿物是否具有足够价值并确定下一步的探测目标。
珍宝难求
当然，人类若想真正开发小行星资源，还面临着许多问题和挑战。例如前文提及的低重力环境，加之缺少磁场、大气层和臭氧层的保护，因此太阳及宇宙辐射都会严重威胁前往重从事勘探、开采任务的宇航员的健康。同时，由于远离太阳，人类若想在小行星带上有所作为，就必须研发出太阳能利用率更高的能量转换设备。更具挑战的是，小行星带上的小行星常常会遭受陨星的撞击。
此外，考虑到小行星带上的小行星和地球的通信时差至少长达几十分钟，完全任由机器人去采矿并不十分可靠，因此人类还要在小行星上建造采矿监视站，并由专业人员定期巡视、维护。最后，如何将开采得到的矿石运回地球也是一大难题。目前科学家已经设想了三套运输方案：一是直接将矿石送回地球;二是就地冶炼后运回金属，这虽可大大降低运输成本，但需要将冶炼设备先行运至采矿地点;三是将整个小行星拖曳至近地轨道后再进行开采，这样做的附带好处是不仅可以在它上面建设太空补给站的平台，还能为未来地球防御小行星撞击进行先期的技术储备与实践。
目前看来，无论是登陆还是拖曳小行星，耗费巨大，况且现有技术水平也无法完全保证“夺宝”计划的成功实施。此外，选择一颗合适的目标小行星更是尤为关键，目前研究者都比较青睐于距离地球更近的，“徘徊”在近地轨道上的小行星。不过，相信即便困难重重，人类也不会放弃开采小行星资源的梦想，毕竟那上面可有千亿甚至万亿吨的宝贵矿藏啊！
作者：李忠东
来源：《科学24小时》2016年09期
