原標題：太空采礦，離現實還有多遠（瞰前沿）
圖①：華中科技大學提出的月球玄武基地方案模擬圖。華中科技大學供圖 圖②：太空采礦機器人試驗機。中國礦業大學供圖
浩瀚宇宙中蘊藏的豐富資源，一直吸引著科學家去探尋。前不久，中國礦業大學研制出我國首臺太空采礦機器人，這一科技突破，再次引起人們對太空資源的關注。為了追逐太空采礦夢想，科學家在太空資源勘查、鉆孔技術及原位利用等方面開展了一系列探索研究。“星際礦工”如何采礦？本期“瞰前沿”，我們就來看看太空采礦離現實還有多遠。
——編 者
為什么去？
既能獲取地外資源，也能牽引深空探測技術發展
人們向往太空采礦，最直接的需求是獲取太空資源，以應對未來地球礦產資源可能枯竭的難題。
太空有哪些資源？遠的不說，月球、太陽系中的小行星等就蘊藏著豐富的資源，其中一些還是地球缺乏的。科學家發現，月壤含有豐富的太陽風氣體，其中有可控核聚變的重要原料——氦—3；月球上廣泛分布的克里普巖，富含釷元素和稀土元素，且儲量很可觀。
在木星和火星軌道之間有一個小行星帶，主要由巖石和金屬構成的小天體組成。這些小天體富含鐵、鎳、鈷、鉑族金屬等，以及水冰和氫氧化物，可用于太空基建、能源供應和生命支持等。
太空采礦的意義不止于此。“太空采礦與空間技術、采礦學、空間信息科技以及天文學、行星科學等密切相關，能夠牽引科技與太空探索的發展。”中國礦業大學機電工程學院教授劉新華說。
近地小行星因其資源集中、開發潛力大且技術門檻較低，成為科學界關注的熱點。劉新華介紹，小行星帶中的鉑族金屬儲量驚人，一顆直徑1公里的小行星可能蘊含1億噸鉑，潛在開采價值很高。
哪些太空資源值得開采？在廣東深圳科學技術館館長、深圳理工大學教授鄭永春看來，太空資源主要包括兩方面，即地球上稀缺的、值得花巨大代價去開采的一些高價值資源，以及長期太空生活所需的資源（比如有機物、水）。“有的資源從地球上帶過去，成本非常高，必須原位利用。”鄭永春說。
哈勃望遠鏡曾對小行星帶內的靈神星進行光譜分析，發現它的金屬含量高達82.5%，且這些金屬大多暴露在表面。
鄭永春解釋，小行星是太陽系形成之后的殘留物，有的以巖石為主，有的以金屬為主。據估計，靈神星的主要成分是硅酸鹽巖石和鐵、鎳等金屬。
難在哪兒？
深空通信、能源供應、運輸物流等環節都面臨巨大挑戰
太空采礦是一個長期的、極其復雜的系統工程。
首先是微重力環境作業的挑戰。小行星質量相對較小，引力極低，有的甚至接近零重力。傳統采礦設備在這樣的環境里難以穩定作業，可能因反作用力而失控，礦石采集運輸效率極低。
“我們團隊開發的太空采礦機器人，其基本形態為6足模式，有3個輪足和3個爪足，主要是為了適應太空中的微重力環境。”劉新華說，為解決失重帶來的漂移，科研團隊模擬昆蟲的爪刺結構，設計了特殊的爪刺足。
除微重力的問題外，太空采礦工作還要面對原位資源利用的技術限制、極端輻射等情況，以及深空通信、能源供應、運輸物流等困難，每一個都是巨大的挑戰。
以能源供應為例，傳統的深空探測依賴太陽能，深空或小行星帶光照弱，太陽能電池效率大幅下降。小型核反應堆仍處于試驗階段，穩定性和安全性有待驗證。“長期任務依賴可持續能源，現有技術難以滿足高能耗需求。”劉新華說。
“將礦石從深空運回需克服巨大引力場，燃料消耗成本極高；若資源用于建設月球和火星基地，需建立軌道中轉站和可重復運輸系統，目前技術成熟度低。”劉新華說。
為解決一系列難題，劉新華教授團隊在實驗室模擬近地小行星環境，在地面對太空采礦機器人工作進行驗證。結果顯示，該機器人結合輪足與爪足設計，能夠適應月球和小行星的復雜地形，集移動、錨固、鉆探和采樣功能于一體，可同時處理多種資源。另外，通過模擬微重力的懸掛機構，測試了該機器人運動特性的可行性。
“太空采礦成本主要與運載能力相關。”鄭永春說，大幅度降低從地球到太空之間的運輸成本，是“星際采礦”的前提，因此實現火箭重復利用非常關鍵。
前景如何？
相關研究處于初級階段，科學家從資源勘查、鉆孔技術等多方面開展探索
有關太空采礦的研究目前仍處于初級階段。經過半個多世紀的深空探測，人類積累了較為豐富的資料及前期技術，其中部分技術經過改造、深化，未來可用于太空采礦，例如資源勘查、鉆孔技術及原位資源利用等。
在太空采礦裝備的研發方面，劉新華說，國際科學界推進的研發主要集中在自主機器人、原位資源利用、微重力環境作業、高效能源系統和材料技術等領域。例如，日本和美國成功驗證了小行星采樣技術；美國國家航空航天局專為月球采礦設計了機器人，配備旋轉挖掘臂，可在低重力環境下高效采集月壤。
“短期內，試驗性開采將以月球和小行星為目標，推動技術驗證和商業化探索；中長期來看，太空采礦有望實現規模化，支持月球和火星基地建設，并催生太空經濟。”劉新華說。
鄭永春認為，太空采礦的主要目的是滿足未來人類在太空中長期生活的需求，比如建立月球基地、火星城市等。“很大程度上，太空探索的進展程度取決于人類的決心。太空探索的投入似乎看不到產出，但會對科學發現和技術進步產生巨大的帶動作用，從而產生巨大的經濟和社會價值。”
太空采礦機器人的未來形態是什么樣？
在劉新華的設想中，它是全自主的“太空工廠”，即具備自修復能力與跨天體適應性，可以遠程操控，或通過腦機接口實現人機深度融合。要實現這些，有賴于人工智能、材料科學和能源技術等方面的突破，以及全球太空資源開發上的深度合作。
太空采礦機器人目前仍處于持續完善中。“團隊將圍繞模塊化、智能化和資源高效利用等方面持續優化。”劉新華說。
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