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小行星采矿可以解决稀有金属短缺

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-02-11 浏览次数:0
  
  一些近地小行星可能价值数十亿美元。现在,我们只需要安全又经济地到达目的地即可。
  
  这听起来像科幻小说,但至少从1970年代开始,像NASA这样的组织就一直在考虑利用小行星开采资源的可能优势。现在,在一场新的私有化太空竞赛和全球稀有金属短缺之中,公司正在重新考虑从外层空间采购材料的可能性。一个小行星可能包含价值数万亿美元的贵金属,从小行星采购材料可以实现太空的大规模建设。
 小行星采矿可以解决稀有金属短缺
  
  世界对稀有和贵金属的需求正在增长,政治动荡和自然稀缺相结合,加剧了人们对全球供应将无法跟上的担忧。 随着供应的减少,需求的增长和价格的上涨,新的基于私人公司的太空竞赛可能为短缺提供解决方案。
  
  小行星采矿需要在新技术上进行大量投资,但是人们已经产生了足够的兴趣,已经成立了公司来寻求小行星的收获。小行星可大致分为主要为碳质,硅酸盐或金属的小行星。金属小行星主要是铁和镍,但可以包含稀有金属,例如铂,金,铱,钯,钌和铑,其浓度是地球上的几倍。
  
  如果人类能够克服收成它的巨大挑战,那么一颗小行星可能价值数亿美元,甚至更多。
  
  在太空开采以在太空中建造
  
  将稀有金属带入地球并不是小行星衍生材料的唯一可能用途。实际上,地球上的建筑设备然后将其提升到太空是很昂贵的。每盎司材料花费金钱才能进入轨道,而单独的太空发射则要花费1亿美元以上。因此,即使小行星中更常见的材料也具有新的价值,因为它们已经在太空中。
  
  其他没有明显结构目的的材料(例如水)也可以用作合成燃料和/或维持生命的补给品的原料。如果小行星中发现的物质能够在太空中加工成可用形式,那么它将消除大规模建造和勘探的主要障碍。
  
  收获小行星听起来令人兴奋。然而现实是,到目前为止,人类几乎没有从实际的小行星上收集到一些尘埃颗粒。关于小行星组成的许多深入信息来自坠落到地球上的陨石的特征。那么,我们怎么可能知道哪些小行星值得开采呢?
  
  外太空中小行星组成的绝大部分测量都是使用红外光谱仪通过望远镜完成的。具有不同成分的小行星吸收红外光谱中的不同频率,从而使科学家可以根据它们反射的光确定它们的成分。
  
  最近,还采用了基于雷达的技术来区分不同类型的小行星。通常会根据地球上发现的陨石样本对此类估计值进行校准。小行星中相对较高的稀有金属含量使它们可以根据其近似值和收获难度进行排名。
  
  充满挑战的使命
  
  一个2012可行性研究在技术加州理工学院(加州理工学院),帕萨迪纳认为,最可以实现的第一个采矿项目将包括把一个NEA(近地小行星)到高月球轨道,并使其成为调查和萃取获得的。他们估计,到2025年,将一颗约7米的小行星重定向到月球轨道是可行的。但是,同一项研究估计,该飞行任务的成本至少为26亿美元。
  
  使小行星离地球足够近以提取有价值的材料不仅取决于小行星的距离和大小。最重要的因素之一是小行星速度的变化,即“δV”,这是将小行星的轨迹改变为使其绕地球或月球运行的轨迹所必需的。推动小行星所需的燃料量将取决于小行星的质量和增量V。
  
  其他因素,例如小行星的自旋以及是否以小行星对的形式传播,也都导致将小行星重新定向到收割位置的困难。因此,在计划检索操作时,必须考虑任何给定的小行星的轨迹,质量,自旋等。此外,任何飞行任务都必须定时,以利用小行星已经靠近地球的时间。
  
  我们有多近?
  
  为了了解要使小行星收获成为现实可能还需要多少额外的研究和工作,我们应该看看人类从太空中获取科学研究材料的历史。迄今为止,在1960年代和1970年代的美国和苏联之间的月球竞赛中,获得了有史以来从外层空间回收的最大样本。在1969年至1972年之间,美国宇航局从阿波罗任务中回收了总计382千克的材料。
  
  苏联派出的自动“月神”飞船还带回了约300克样本。又过了30年,才尝试进行其他任何认真的努力来从太空中回收材料。
  
  的星尘飞船于2004年在Wild-2彗星附近通过,并使用了基于气凝胶的样品收集器来捕获彗星上的灰尘。由于其极高的孔隙率,气凝胶是理想的材料,可用于减慢并捕获极高速的尘埃颗粒而不会破坏它们。尘土成功地返回到地球并产生了一些有价值的发现,但是要捕获一些微小的微米级颗粒距离工业规模的采矿还有很长的路要走。
  
  迄今为止,日本航空航天局(JAXA)执行了最成功的任务,从小行星中回收材料。to鸟一号(Hayabusa 1)的25143号伊藤川小行星的任务遇到了困难,只能带着一些尘埃颗粒返回,而Hay 鸟二号(Hayabusa 2)的任务目前正在进行中,以探索和采样NEA 162173 Ryugu。
  
  该探测器发射时携带了三个小型漫游车,一个着陆模块和用于采集地面样本的设备。它已经完成了两次采样运行,在其中用钽弹对小行星进行了爆炸,然后收集了飞行中的碎片。Hayabusa 2预计将于2020年12月返回家园,其携带的样品将是自阿波罗飞行任务以来从近地回收的最大样品有效载荷。
  
  美国宇航局还正在进行从NEA取样的任务。所述OSIRIS-REX探针当前轨道的NEA,Bennu,在那里将表面映射和检索样本。此操作将是一种精确的操作,探针将沿着与小行星旋转相匹配的轨迹接近Bennu,与样品收集器接触表面约五秒钟,然后使用氮气射流将散落的灰尘和小卵石冲洗到收集器中的阱中。Ryugu的估值超过800亿美元,而Bennu的估值约为6.7亿美元。
  
  然而,它们将花费约500亿美元和4.85亿美元来收获。这些任务结束后,我们将比以往拥有更多有关其成分的详细信息,并且我们将了解它们是否像投机者所希望的那样富含贵金属。将小行星转换为可采资源的最大步骤可能是即将推出的“双小行星重定向测试”或DART。
  
  任务计划于2021年发射,将涉及小行星对65803Didymos。DART车辆将发射一颗微小的观察者卫星,然后在拍照时将其加速至65803个Didymos小行星之一,然后与小行星碰撞。来自地球望远镜和微卫星的观测将监视小行星相对于其双子的轨迹的变化。这可能是转向对地球构成威胁的小行星或将小行星移动到方便开采位置的第一步。
  
  高成本,高风险,高回报
  
  那么,世界经济会很快被大量以前稀缺的贵金属所淹没吗?可能不会。目前,没有一家公司愿意冒险冒险投资数十亿美元,这些风险需要尚未充分开发的技术和未经验证的技术。
  
  到目前为止,人类所做的最接近的事情是从小行星表面刮下一些微小的样本,即使是那些任务也是非常冒险和具有挑战性的。但是,小行星采矿可能仍然有未来。
  
  全球对技术至关重要的金属的需求仍在增长。同时,新的NEA也在不断被发现,我们探测这些小行星中有价值的金属的能力也在不断提高。如果这些趋势继续下去,那么只有足够多的贵金属的小行星在地球附近通过并有人认为抓住它是值得冒险的,这只是时间问题。
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