为什么说“煤老板时代”又将来临?

我国的煤炭企业数量不断减少,从2200个减少到100个左右,小煤矿将被彻底清除,“煤老板”退出历史舞台已成定局。

但是新的一批“煤老板”又即将横空出世,准确来说,是太空挖矿的“煤老板”。美国《连线》的文章《太空采矿可能引发星球大战》指出,太空采矿有可能是下半个世纪最赚钱的行业之一,经济规模高达数万亿美元。

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太空采矿有多赚钱?单颗小行星价值以亿美元为单位

目前国际上比较热门的采矿技术主要集中在火星采矿、月球采矿、小行星带的小行星采矿三个方面。矿产资源最丰富的当数小行星,太阳系有数以万计的小行星,它们的直径从几英尺到几百英尺不等,拥有许多有价值的矿物和化学物质。2013年,Asterank网站对一颗名为“Germania”的小行星做出过评估,这颗小行星估值达95.8万亿美元,这是什么概念呢?

2013年,180亿美元的负债让底特律彻底破产。这颗小行星的价值不仅远高于当时全世界GDP的总和,还可以负担起1041个破产的底特律。

小行星的价值计量单位从来都是以亿美元计的,因此,政府、私人公司、学界纷纷加入“淘金”热。2016年NASA研发出了一个能在月球上进行资源开采的机器人RASSOR,它专门用来探测月球上的矿石、沙土、水分等资源,可以说是一个什么都能干的“优秀矿工”。

但是,特朗普在2018年的NASA预算中砍掉了“小行星重定向计划(ARM)”的一部分。该任务计划将一颗小行星引入环地球轨道,用以研究和开采。而这意味着这块“大肥肉”将会落入私人航天企业口中。

2016年,美国一家私人航天公司Moon Express获得美国联邦航空管理局登月许可,该公司计划于2020年在月球南极建设机器人月球矿藏开采前哨基地,将利用自家探测器在月球挖掘稀有的矿产资源。

不过,2020年Moon Express是否能到月球开采还不能确定,可以确定的是,马斯克的SpaceX公司很容易就可以在太空采矿领域分一杯羹。2016年,马斯克解释其火星殖民计划时,就曾提过太空采矿的设想。著名的天体物理学家马丁·埃尔维斯表示,如果有一艘非常先进的太空飞船,能在地球轨道和环绕小行星运行的轨道切换,就可以实现在小行星开采,而猎鹰重型火箭正是这种太空飞船。

盯上这些小行星的公司特别多,最先成立的是私人勘探公司“行星资源”,它于2012年在华盛顿成立,并在2016年接受了卢森堡政府的2500万欧元投资。卢森堡虽然地方小,但对外太空的兴趣却不小。它是欧洲较早为外太空矿产、水和其他资源(尤其是小行星上发现的资源)的所有权提供法律依据的国家。据《南华早报》报道,我国政府已经计划追踪并登陆某颗小行星,预计最早在2020年实现对太空岩石中稀有珍贵的金属和矿物的开采。

虽然政府和私人航天公司对太空都充满兴趣,但至今依然没有突破性的消息传出。值得庆幸的是,世界上在采矿方面研究实力最强的机构之一——美国科罗拉多矿业大学,已经开设了太空采矿专业,专业人才将会源源不断地出现,太空采矿的步伐在不断加快。

小行星虽好,但不易开采

汪海林老师说,不能轻易采矿,因为要求高,而开采小行星的要求更高。开采小行星一般有两种方式,一是运回地球附近开采,如前面提到的被特朗普砍掉的ARM;二是就地开采。无论哪一种方式,难度都非常大,主要有如下两个问题。

1. 环境问题:如何克服太空恶劣的环境

为保持相对静止,设备在对小行星进行开采时会随着小行星的自转而自转。但是这样航天器就会周期性地处于太阳强照射和黑暗中,当航天器对自转周期比较小的行星开采时,很容易因频繁的冷热交替而损坏。同样,容易对设备造成损害的还有太空中的强紫外线和真空环境。前者自不必多说,在真空条件下,常用的聚合材料会脱气,具体表现是材料性质不稳定、结构扭曲等。在这种情况下,对开采设备的材料要求就特别高,容错率几乎为零。

地球上能采矿是因为有重力存在,但对于微重力甚至零重力的太空,不管用哪种方式都存在很多技术问题。以地下开采为例,架支架这一套在地球上常见的手段还是否有用?整个矿房的尺寸可以扩至多大?这些都是需要探索的关键问题。

如果说上面的问题都是可预测的,那么接下来的这个问题就可能难以预测了。太空中存在大量的微小星体和飞行器留下的微小残骸,这些微小个体常以极快的速度撞击小行星或互相碰撞。这些微小残骸的特点是快、准、狠。采矿设备常常会来不及避让,这种情况也难以预防,对采矿设备的打击极大。

2. 技术问题:如何在小行星上锚定和钻孔

小行星之所以叫小行星就是因为有一些行星很小,甚至直径不足一米。对于这种行星,最简单的办法就是用网抓捕起来运回地球。而对于尺寸较大的小行星,则需要航天器在其表面附着,再进行后续操作。这里可以以船类比,当船靠岸或停止时,需要抛出锚。而由于在太空中航天器处于微重力状态,对固定航天器的锚具有更高的要求。

说到采矿,钻孔是一项基本而重要的工作。在地球上,一般会用水充当钻头与孔壁之间的润滑剂。而在太空中,由于超低的温度和压强,水呈固态,难以喷洒。当钻头进行钻孔工作时,进出都很困难。

这些问题在短时间内很难得到有效的解决,需要长期攻克。目前很多国家已经将太空作为AI发挥作用的重要“战场”,但是它的作用依然有限。先进的AI也难以解决这些问题,那么,想要在太空挖矿还能怎么办呢?

细菌也能挖矿,生物学技术开启新思路

细菌微生物等常常有旺盛的生命力,它们对太空这种极端恶劣环境的耐受性特别强。利用它们在极端环境下的生活方式,可能会给太空挖矿提供另一种思路。泰狄娜·米洛杰维克及其研究团队在维也纳大学生物物理化学系,对火星不同位置、不同历史时期的表层土壤成分进行了模拟,搭建了一些小型“火星农场”。该“农场”包括气体及化学合成的各类成分,火星岩石和可能已经灭绝的细菌生命等。

他们观察了一种名为“嗜热金属球菌”的古老细菌与类火星岩石之间的相互作用。这种细菌不仅能在极端环境中生存,而且能够从各类矿物中吸收金属作为营养物质。作为一种自养生物,它能对铁、硫、铀等无机物进行新陈代谢,释放出可溶性金属离子。研究者认为,它可以作为一种生物学技术,人们能用它开采小行星、流星及其他天体上的金属矿物。

由于我国的私人航天发展得较晚且还处在造火箭阶段,还没到考虑挖矿的地步,因此,我国民间没有传出太多有关太空采矿的声音。太空采矿这一设想最早被提出是在1903年,那一年,莱特兄弟刚刚试飞成功人类历史上第一架飞机。著名火箭科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基将“探索小行星”列为征服太空的14个目标之一。100多年过去了,飞机成了常见的交通工具,我们有理由相信,总有一天,去小行星采矿会像坐飞机一样平常。

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