太空采矿：一意孤行还是天赐良机？
作者：Pierre Henriquet
编辑：Meister Xia
导读：
从太空获得资源，一直以来是人类探索宇宙的目的之一。在宇宙众多天体中，蕴藏极为丰富的矿物资源，就在月球、火星、金星这些邻近的天体上，也存在丰富的矿产资源。为了破解地球矿产资源枯竭的瓶颈与人类共同体可持续发展难题，开发与利用丰富的太空资源势在必行，太空采矿也应运而生。实际上，“太空挖矿”的难度非常大，本期“太空采矿的挑战”系列一，带您了解太空采矿的发展和困难。
一览：
地球资源的匮乏使我们将目光投向了外太空。
灵神星（约200公里宽）的金属含量可能高达50%，相当于地球几百万年的铁和镍产量。
考虑到现有地外采矿立法十分模糊，美国、卢森堡和阿联酋正在搭建自己的立法框架。
无论公私部门对地外资源开采的热情有多么高涨，都难以掩盖此项任务的艰巨性。
多年来，人们一直在讨论月球和其他太阳系天体上的资源开采，并承诺要建立“月球基地”，开启“火星殖民”。但这些宏伟梦想尚未成为现实。
然而，随着科学技术的迅猛发展、太空旅行成本的不断下降，以及私营部门不断参与战略资源开发，这一现状有望出现改变。化学元素的匮乏，以及外太空商业开发的不断推进，使我们将目光投向了地球之外——月球、小行星，以及离地球较远的其他太阳系星体都蕴含着我们所需的丰富资源。
图片来源：月球采矿（达索系统）
天外“矿山”
灵神星（直径约200公里宽）的金属含量可能高达50%，相当于地球几百万年的铁和镍产量。除了铁和镍之外，还有大量的其他金属在吸引未来的太空勘探者。
其他小行星富含地球十分罕见的元素，如铂、铱、锇和钯。它们广泛应用于工业，是催化转换器、心脏起搏器和医疗植入物等产品的重要原料，也是多数电子元件不可或缺的一部分。考虑到地球资源有限，且开采成本较高，太空开采似乎不失为一项可行方案。
在近地天体中，月球是航空航天业的目光焦点。这主要关乎两大战略资源：
第一大战略资源是水。美国月球勘测轨道器（LRO）和印度月船1号（Chandrayaan-1）的月球轨道分析表明，水几乎存在于整个月球表面，且月球两极阴暗处的火山口存在大量的冰，一旦经过净化，便可为在月球执行任务的宇航员所用。电解反应还可以将水分解分离成氢气和氧气，为航天器提供燃料（阿丽亚娜5号运载火箭的主发动机使用的就是液体氢氧燃料）。
图片来源：小行星采矿（深空工业）
此外，在太阳风的作用下，月球赤道地区沉积了大量的氦-3（氦的一种轻质同位素）。氦-3是第二代和第三代核聚变反应堆的潜在燃料来源，预计将于本世纪末投入使用。
立法框架的演变
我们能否自由开采地外天体？
1967年制定的《外层空间条约》（Outer Space Treaty）明确禁止各国把任何天体据为己有。在条约中，月球被称为全人类的“共同财产”。不过，《外层空间条约》于冷战时期制定，自然无法体现各国当前的太空勘探需求。不少国家以此为切入点，开始向《条约》中的漏洞发起攻势。
比如，美国和一些想要进行太空采矿的国家称，国际水域虽不属于任何国家，但允许自由捕捞。同理，各个国家和公司也可以自由开采天体，无需对其宣示主权。
为了进一步表明其态度，奥巴马政府于2015年签署了所谓的《太空法》（Space Act），允许美国公民“从事太空资源的探索和商业开发”。
2020年4月，特朗普政府签署了一项行政命令，支持美国在月球和小行星上采矿。紧接着，美国国家航空航天局（NASA）在2020年5月发布了《阿尔忒弥斯协定》（Artemis Accords），呼吁在未来的月球基地上设立“安全区”，防止各国或各公司相互干扰，避免引发外交事件。
图片来源：采集月球样本的阿尔忒弥斯号宇航员（美国国家航空航天局）
美国并不是唯一一个正在立法管理太空资源商业开发的国家。卢森堡和阿联酋也在编纂他们自己本国的空间资源法，希望借此吸引商业投资。俄罗斯、日本、印度和欧洲空间局（European Space Agency）也在纷纷构建法律框架，制定自己的太空采矿目标。
前仆后继的私营公司
空间资源勘探还未真正开启，但起跑线上早已挤满了私营部门的“候选人”。不过，随着协议的达成和取消，资金的筹集和失去，公司的成立和*，这些候选人来了又走，前仆后继。
行星资源公司（Planetary Resources, Inc.）成立于2009年，旨在开发机器人小行星采矿技术。尽管汇集了字母表（Alphabet）创始人拉里-佩奇（Larry Page）、前谷歌首席执行官埃里克-施密特（Eric Schmidt）和维珍集团（Virgin Group）创始人理查德·布兰森（Richard Branson）等高知名度的创始投资者，该公司还是于2020年淡出了舞台。
沙克尔顿能源公司（Shackleton Energy Company）于2007年成立于德克萨斯州，旨在开发月球采矿技术。由于2011-2013年间未能筹得足够资金，公司于2013年宣告失败。
自那之后，太空产业涌现出了一大批公司。例如，日本的iSPACE公司以月球勘探为目标，旨在“帮助其他公司实现对月球上水和矿物资源的商业开发”。加利福尼亚州的Offworld公司正在开发“能在地球、月球、小行星和火星上采矿的通用工业机器人”。英国的小行星采矿公司（Asteroid Mining Corporation）正在资助开发“El Dorado”人造卫星，并计划于2023年发射。El Dorado将对5000颗小行星进行广泛的光谱调查，以找出最有开采价值的小行星。
前路漫漫
无论公私部门对地外资源开采的热情有多么高涨，都难以掩盖这项任务的艰巨性。
以月球采矿为例，月球两极温差巨大，白天高达120摄氏度，夜晚可降至零下232摄氏度；而且月球没有磁场，难以抵挡宇宙辐射，环境十分恶劣；此外，阿波罗号宇航员还发现，月球尘埃虽然十分细小，却具有很强的磨损性，极易造成机器零部件的损坏。由于绝大多数油和冷却剂会在真空中分解或蒸发，想在月球上进行润滑和冷却十分困难。
小行星上的情况也不容乐观。虽说日本隼鸟2号（Hayabusa 2）和美国奥西里斯-雷克斯（Osiris-Rex）探测器均在近年取得了重大进展，小行星着陆等技术也不再是空想，但是，零重力条件下的资源开采与利用技术仍然有待开发和测试。
在这一领域，公共机构也颇为活跃。2019年，阿丽亚娜集团（Ariane Group）与欧洲空间局签署了一份合同，旨在研究2025年前登陆月球，并建立月球基地的可能性。在工作的推进过程中，阿丽亚娜集团及其子公司阿丽亚娜航天公司（Arianespace）与部分公司开展了深入合作。比如，德国初创公司PT Scientists将为其提供着陆器，比利时中小企业Space Applications Services则将负责地面系统及通信设备，并提供其他服务。
Pierre Henriquet
Pierre Henriquet
核物理博士，Polytechnique Insights专栏作家
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