核心提示:在太阳系中,处于火星和木星之间,有一条宽阔的地带,这里分布着数不胜数的小行星,初步估测总数量超过50万颗,已经编号的达到了12万多颗。这些小行星个头差别很大,目前已经发现的最大小行星带天体是谷神星,...

在太阳系中,处于火星和木星之间,有一条宽阔的地带,这里分布着数不胜数的小行星,初步估测总数量超过50万颗,已经编号的达到了12万多颗。这些小行星个头差别很大,目前已经发现的最大小行星带天体是谷神星,其直径达到了950公里。个头越小的小行星,其数量就越多。

我们为什么要捕获小行星并带回地球?不光上面有金子那么简单探索宇宙 宇宙探索 第1张小行星上的资源

由于受天体引力扰动以及相互撞击的影响,小行星带中的行星,经常会发生运行轨道偏移的现象,其中有一部直接向着地球飞来。这些“流窜者”很多被月球所吸引,直接撞向月球,另外还有相当一部分坠入地球大气层,在与大气剧烈摩擦过程中,因高温高压分解而完全烧蚀,只有质量较大的部分小行星,经受住了地球大气层的“考验”,从而砸向地面形成陨石。

我们为什么要捕获小行星并带回地球?不光上面有金子那么简单探索宇宙 宇宙探索 第2张

地球陨石的成分千差万别,总体可以分为石陨石、铁陨石、石铁陨石和玻璃陨石四大类,人们可以根据这些成分的差异,推导出小行星本来的面貌。

我们日常生活中,所使用的大部分金属都埋在地球深处。因为在地球的诞生初期,整个星球几乎都处于熔融的状态,那些比重较大的金属元素,几乎都向地核深处沉陷,从而地球表面和浅层的金属资源并不是特别丰富。像金、锌、铂和其它贵金属矿脉,地球表面天然而生的就更少了,更多的类似矿藏,则来源于后期无数小行星的撞击所留。

我们为什么要捕获小行星并带回地球?不光上面有金子那么简单探索宇宙 宇宙探索 第3张

而那些同样处在太阳系中的小行星,它们的形成过程,与地球有着很多相似之处,有的小行星甚至大部分都是由金属或者金属化合物所构成,相当于地球的“碎片”。对于人类来说,如果将这些小行星带回地球,那么无疑会填补大多数贵金属资源匮乏的问题,而且足可以够地球人几代人享用。

我们为什么要捕获小行星并带回地球?不光上面有金子那么简单探索宇宙 宇宙探索 第4张

比如,小行星 16 Psyche上含有大约100亿公斤的铁和镍,而这两种金属则是地球工业的重要原材料,大到钢材制造、楼体建造,小到手机、零件生产,都需要它们。如果我们将这颗小行星带回地球,那么几百万年的工业需求就能够得到保障。

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再比如位于小行星带的灵神星,其直径210公里左右,重达2.72万亿亿吨,其中的稀有金属含量异常丰富,比如黄金、铂以及铜,另外还含有大量的铁和镍,如果能将这颗“黄金星球”带回地球,想想都觉得兴奋。

我们为什么要捕获小行星并带回地球?不光上面有金子那么简单探索宇宙 宇宙探索 第6张距离太远了

当然,梦想终归是梦想,摆在这个目标面前的首要问题,从目前看最大障碍还是距离太远。即使是“近地”小行星,距离地球都有数千万公里,以人类目前探测器在太空中的最快速度(每秒十几公里)来衡量,少说还得需要半年左右的时间,这还不包括在接近小行星后所采取的减速和探查时间。

而且,如果在小行星上能够进行采矿,那么要想将这些矿石带回地球,那么探测器以及返回火箭的载荷能力必须大幅提升,这样无疑就会加大火箭所携带的燃料总重量,而且这些燃料的总质量,有可能还要超过火箭本身的质量,发射的成本势必会大幅增加。另外,采回的矿石中杂质以及无用成分肯定会非常多,耗费大量的财力和时间成本,把这些无用的东西采回来,毫无疑问是极不划算的。

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所以,理想的方案是,可以尝试在小行星上实施矿石的精炼,建造一个相对完整的精炼设施,就地取材就地加工,然后再加精炼后的半成品或者成品带回地球,这样无疑会减少“旅途”中的能量消耗。

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但是,这个方案从目前看,也存在着可行性很差的问题,那就是如何将精炼设备以及所需的辅助设施运送到小行星上,如何在小行星上选择合适的地点进行组装和测试,没有人类的直接参与,这些任务仅靠机器人很难实现。而载人航天从目前看,到达火星的目标都还没有实现,何况到距离更远、环境更复杂、条件更艰苦、不确定性更大的小行星上呢?

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因此,虽然捕获小行星并将其带回地球,无效的能量浪费比较严重,但要想获取更多的矿产资源,目前最可行、最有可能达成的还是这种方案,谁叫我们的技术水平还不够高呢?

将“宝石”小行星带回地球

当然,依靠现有的技术条件,根本不可能将一颗巨大的小行星带回,因为要想改变这样小行星的运动轨道,所需投入的能量会极大,我们现在根本没有能力在那么远的地方实现这样的小行星变轨操作。

从2013年开始,美国宇航局曾经推动过捕获小行星的“简化”版本,即“小行星重定向任务”,目标是从近地小行星上,抓取一块长度在4米左右的石块,然后将其送回地月空间,让它在地球和月球引力作用下,“悬浮”在空间中,相当于给地球额外引入一个人为的新卫星,此后,我们可以在技术水平达到一定程度、需要特定的研究时,再上天对这块巨石开展相应的探测,为今后捕获更大的小行星奠定基础。

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而驱动承担小行星重定向任务的能量来源,最为核心的是使用太阳能,利用航天器上面的太阳能电池板,吸收阳光并将其转化为电能,除供有效荷载能量之外,还可为离子发动机提供动力。在之前的文章中,笔者简要描述了离子发动机的原理以及使用环境,这种离子发动机的能量输出是“细水长流型的”,对于加速的作用不是很快,但是很持久也更有效率,可以最大程度地节省能源,并达到大幅度减轻航天器质量的作用。

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遗憾的是,美国NASA于2017年取消了小行星重定向任务,其主要原因在于经费问题,最终论证的结果是这项任务从近期看,和美国深空探测的主要目标不符合。不过,这项任务的一些关键技术,在其它太空探测任务中得以延续和论证,比如探测本努小行星,再比如继续优化、改善和使用离子引擎等。如果这些技术得到突破,那么未来,我们捕获小行星的目标仍有可能实现,而且不单单是局限于小行星的一部分,甚至可以拓展到捕获一整颗小行星,然后将其送入地球附近的空间中。

我们为什么要捕获小行星并带回地球?不光上面有金子那么简单探索宇宙 宇宙探索 第12张

近些年来,世界上的科学家们,在近地小行星中,发现和筛选了10多颗潜在的备选目标,这些小行星直径普遍在2-20米之间,完全有可能让它们改变原有运行轨道,并以每秒500米左右的速度进入近地空间。而现在仍在研究和应用的离子推进器或者太阳能电力推进计划,都有可能做到这一点,尽管仍然需要较长的时间。

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相信一旦小行星被我们带到近地的空间,再到上面开采“宝石矿”,其困难程度就会大大降低,届时我们地球不但能拥有更多的卫星,给我们提供更多的安全保障,也会缓解地球资源紧张的问题。关于捕获小行星带回地球的计划,虽然取消了,但后续的技术没有丢,希望在不久的将来,我们能够看到这一天的到来。