太空采矿，离现实还有多远（瞰前沿）

图①：华中科技大学提出的月球玄武基地方案模拟图。

华中科技大学供图

图②：太空采矿机器人试验机。

中国矿业大学供图

浩瀚宇宙中蕴藏的丰富资源，一直吸引着科学家去探寻。前不久，中国矿业大学研制出我国首台太空采矿机器人，这一科技突破，再次引起人们对太空资源的关注。为了追逐太空采矿梦想，科学家在太空资源勘查、钻孔技术及原位利用等方面开展了一系列探索研究。“星际矿工”如何采矿？本期“瞰前沿”，我们就来看看太空采矿离现实还有多远。

——编 者

为什么去？

既能获取地外资源，也能牵引深空探测技术发展

人们向往太空采矿，最直接的需求是获取太空资源，以应对未来地球矿产资源可能枯竭的难题。

太空有哪些资源？远的不说，月球、太阳系中的小行星等就蕴藏着丰富的资源，其中一些还是地球缺乏的。科学家发现，月壤含有丰富的太阳风气体，其中有可控核聚变的重要原料——氦—3；月球上广泛分布的克里普岩，富含钍元素和稀土元素，且储量很可观。

在木星和火星轨道之间有一个小行星带，主要由岩石和金属构成的小天体组成。这些小天体富含铁、镍、钴、铂族金属等，以及水冰和氢氧化物，可用于太空基建、能源供应和生命支持等。

太空采矿的意义不止于此。“太空采矿与空间技术、采矿学、空间信息科技以及天文学、行星科学等密切相关，能够牵引科技与太空探索的发展。”中国矿业大学机电工程学院教授刘新华说。

近地小行星因其资源集中、开发潜力大且技术门槛较低，成为科学界关注的热点。刘新华介绍，小行星带中的铂族金属储量惊人，一颗直径1公里的小行星可能蕴含1亿吨铂，潜在开采价值很高。

哪些太空资源值得开采？在广东深圳科学技术馆馆长、深圳理工大学教授郑永春看来，太空资源主要包括两方面，即地球上稀缺的、值得花巨大代价去开采的一些高价值资源，以及长期太空生活所需的资源（比如有机物、水）。“有的资源从地球上带过去，成本非常高，必须原位利用。”郑永春说。

哈勃望远镜曾对小行星带内的灵神星进行光谱分析，发现它的金属含量高达82.5%，且这些金属大多暴露在表面。

郑永春解释，小行星是太阳系形成之后的残留物，有的以岩石为主，有的以金属为主。据估计，灵神星的主要成分是硅酸盐岩石和铁、镍等金属。

难在哪儿？

深空通信、能源供应、运输物流等环节都面临巨大挑战

太空采矿是一个长期的、极其复杂的系统工程。

首先是微重力环境作业的挑战。小行星质量相对较小，引力极低，有的甚至接近零重力。传统采矿设备在这样的环境里难以稳定作业，可能因反作用力而失控，矿石采集运输效率极低。

“我们团队开发的太空采矿机器人，其基本形态为6足模式，有3个轮足和3个爪足，主要是为了适应太空中的微重力环境。”刘新华说，为解决失重带来的漂移，科研团队模拟昆虫的爪刺结构，设计了特殊的爪刺足。

除微重力的问题外，太空采矿工作还要面对原位资源利用的技术限制、极端辐射等情况，以及深空通信、能源供应、运输物流等困难，每一个都是巨大的挑战。

以能源供应为例，传统的深空探测依赖太阳能，深空或小行星带光照弱，太阳能电池效率大幅下降。小型核反应堆仍处于试验阶段，稳定性和安全性有待验证。“长期任务依赖可持续能源，现有技术难以满足高能耗需求。”刘新华说。

“将矿石从深空运回需克服巨大引力场，燃料消耗成本极高；若资源用于建设月球和火星基地，需建立轨道中转站和可重复运输系统，目前技术成熟度低。”刘新华说。

为解决一系列难题，刘新华教授团队在实验室模拟近地小行星环境，在地面对太空采矿机器人工作进行验证。结果显示，该机器人结合轮足与爪足设计，能够适应月球和小行星的复杂地形，集移动、锚固、钻探和采样功能于一体，可同时处理多种资源。另外，通过模拟微重力的悬挂机构，测试了该机器人运动特性的可行性。

“太空采矿成本主要与运载能力相关。”郑永春说，大幅度降低从地球到太空之间的运输成本，是“星际采矿”的前提，因此实现火箭重复利用非常关键。

前景如何？

相关研究处于初级阶段，科学家从资源勘查、钻孔技术等多方面开展探索

有关太空采矿的研究目前仍处于初级阶段。经过半个多世纪的深空探测，人类积累了较为丰富的资料及前期技术，其中部分技术经过改造、深化，未来可用于太空采矿，例如资源勘查、钻孔技术及原位资源利用等。

在太空采矿装备的研发方面，刘新华说，国际科学界推进的研发主要集中在自主机器人、原位资源利用、微重力环境作业、高效能源系统和材料技术等领域。例如，日本和美国成功验证了小行星采样技术；美国国家航空航天局专为月球采矿设计了机器人，配备旋转挖掘臂，可在低重力环境下高效采集月壤。

“短期内，试验性开采将以月球和小行星为目标，推动技术验证和商业化探索；中长期来看，太空采矿有望实现规模化，支持月球和火星基地建设，并催生太空经济。”刘新华说。

郑永春认为，太空采矿的主要目的是满足未来人类在太空中长期生活的需求，比如建立月球基地、火星城市等。“很大程度上，太空探索的进展程度取决于人类的决心。太空探索的投入似乎看不到产出，但会对科学发现和技术进步产生巨大的带动作用，从而产生巨大的经济和社会价值。”

太空采矿机器人的未来形态是什么样？

在刘新华的设想中，它是全自主的“太空工厂”，即具备自修复能力与跨天体适应性，可以远程操控，或通过脑机接口实现人机深度融合。要实现这些，有赖于人工智能、材料科学和能源技术等方面的突破，以及全球太空资源开发上的深度合作。

太空采矿机器人目前仍处于持续完善中。“团队将围绕模块化、智能化和资源高效利用等方面持续优化。”刘新华说。