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最惊人的太空能源计划 宇宙飞船前往小行星采矿

http://www.kexue.com 2012-08-21 09:15:26 腾讯科学  发表评论

最惊人的太空计划:宇宙飞船前往小行星采矿
科幻片《绝世天劫》中的人类登陆小行星技术或许即将成为现实

  随着火星好奇号火星漫游者探测器成功着陆火星,美国国家航空航天局前火星任务主管克里斯·莱维茨基(Chris Lewicki)与太空旅行计划创始人埃里克 安德鲁森(Eric Anderson)提出了相当稀奇古怪的计划:前往小行星上采矿。在此之前,谷歌(微博)(微博)执行董事会主席埃里克 施密特(Eric Schmidt)和该公司创始人之一拉里 佩奇(Larry Page)也计划成立小行星采矿企业,派遣宇宙飞船前往近地小行星开采稀有金属矿产。

  从目前来看,地球上的经济发展似乎可以与外星球建立起某种联系,对小行星的投资开始成为发展高科技制造业的潜在重要动力之一,谷歌公司高管着手建立行星资源公司,并宣布了首批探索计划,从先期部署在地球轨道上的空间望远镜寻找富含稀有金属的小行星,或者存在于小行星背面阴影区的冰封水资源,然后派遣宇宙飞船搭载机器人对它们进行探测和研究,以便后续开展小行星采矿任务。

最惊人的太空计划:宇宙飞船前往小行星采矿
小行星采矿工程三部曲:最终将小行星带回绕月轨道进行研究

  克里斯·莱维茨基认为我们将在18个月之内将寻找小行星稀有矿产的探测器发射进入地球轨道,该计划的总部就位于华盛顿州贝尔维尤(Bellevue)的太空采矿公司,这里有一个超过三十名顶尖工程师的研究团队,他们的工作就类似于美国国家航空航天局喷气推进实验室,负责小行星采矿的空间飞行任务,该团队中有很多人参与了好奇号火星科学实验室研制计划,比如火星探索漫游者勇气号和机遇号系统工程师以及空间飞行技术主任。

  行星资源公司计划向近地轨道发射的探测器并不是类似哈勃那样价值数十亿美元大型轨道望远镜,而是一系列的小型探测器,其被命名为Arkyd 100系列探测器,每个小行星金属物质探测器的体积仅有半米宽,价格为100万美元,其特点是具有令人兴奋的成像能力,具有亚角秒的测量精度,科学家们希望通过维珍银河公司(Virgin Galactic)的发射系统多部署这样的小型探测器组成小行星观测网,对小行星资源进行数据收集。

最惊人的太空计划:宇宙飞船前往小行星采矿
有些小行星上可能富含人类所需的稀有金属

  克里斯·莱维茨基认为我们需要在发射成本、探测器大小、光学望远镜口径等问题之间寻找平衡点,试图发现存在白金或者黄金乃至冰封水资源的小行星。然而,我们该如何发现这类富含特有金属的小行星呢?科学家们认为可以通过高灵敏度的探测器寻找特殊的反照率,并将所观测到的小行星反射光量进行分类,划分出哪些小行星是以岩石为主,哪些小行星富含特殊金属或者碳质物质,分析手段可通过Arkyd 100系列近地轨道探测器网,对这些光谱进行排列分析,如果需要的话,我们还可以在红外、紫外等波段上进行观测。

  一旦发现了富含稀有金属矿产的小行星,科学家们将派遣无人宇宙飞船进行研究,必要时可登陆小行星进行勘察。除了Arkyd 100系列近地轨道探测器外,研究人员还计划研制Arkyd 200探测器,这是一款配备了火箭助推动力的小型探测器,具有一定的深空探测能力,而该系列的升级版Arkyd 300则更加强大,加强了深空通信方面的能力。Arkyd系列探测器将作为人类小行星采矿计划的前沿探测器部署,确保我们知道所探测的小行星各项天体参数,比如自转率以及每立方英寸到底含有哪些金属物质,总之需要对小行星内外都了如指掌。

最惊人的太空计划:宇宙飞船前往小行星采矿
国际科学家小组设计的小行星登陆探测器

  在此之前,天文学家在主带小行星中发现一颗直径近200公里的小行星,这是司理小行星族成员中最大的,其被命名为24司理,或者1955OH。更重要的是,美国国家航空航天局轨道望远镜发现该小行星表面有水冰存在,似乎整颗小行星完全被冰封,而且还探测到有机化合物。行星采矿公司希望派遣宇宙飞船登陆小行星,从其表面带回物质进行分析,比如Arkyd 300这样的探测器就可以执行这样的任务,对小行星进行采样并返回地球,任务过程类似于美国宇航局近地小行星交会探测探测器和日本隼鸟号小行星探测器。

  开采小行星矿产时具有相当大的难度,如果是一颗体积较大的大型小行星就较为容易进行登陆采样,但对于一颗宽度仅50米至500米的小行星就显得困难重重,而且此类天体的行为更像大型空间岩石,表面为零重力场。美国国家航空航天局前火星任务主管克里斯·莱维茨基认为我们还是先通过Arkyd 300飞掠小行星收集数据,接着才能研制可适用于此类小型天体的挖掘机器人。

  除了派遣宇宙飞船将机器人直接登陆小行星勘察外,科学家们还设计了一种全新的采矿技术,根据美国国家航空航天局喷气推进实验室、约翰逊空间中心以及加州理工学院的研究表明,可以在小行星表明布置“动能弹弓”,采用动量守恒的原理将小行星移动至绕月轨道上,当然这样的小行星直径仅为数米,其目的是进行进一步的研究。

最惊人的太空计划:宇宙飞船前往小行星采矿
通过小行星采矿工程可建立太阳系内燃料和水补给站

  太空旅行计划创始人埃里克 安德鲁森认为我们将会发现数数以百计的小行星,当然其中也会包含一些威胁地球的近地小行星,通过小行星采矿技术的研发,我们还将获得移动小行星的能力。如果一颗小行星将要撞击地球,便可以通过空间技术将其从轨道上移开。在1908年发生于通古斯的陨石坠落事件将毁灭了大片的森林,如果该事件发生在伦敦或者纽约,将会有数百万人死亡,因此我们必须为此做好准备,通过小行星采矿工程积累移动小行星,迫使其离开威胁轨道的空间技术。

最惊人的太空计划:宇宙飞船前往小行星采矿
美国宇航局猎户座多用途宇宙飞船也可执行小行星登陆探测任务

  进行小行星开采矿产也受到诸多方面的质疑,比如我们需要精确计算目标小行星的几乎全部轨道参数,如果要推动小行星将其移动到绕月轨道上,这就意味着这颗小行星不再是处于绕日轨道上,改变小行星的轨道需要精确计算所需的推力,仅此一项就会花掉大量的推进剂,无疑将是一条很长的路。也有人担心将小行星移动到绕月轨道上可能会出现差错,轻则导致地球卫星轨道混乱,比如全球定位系统,重则可能撞击地球。

  其实,相比较于重型运载火箭以及处于350公里轨道上的国际空间站,对卫星构成最大威胁的是大量的空间碎片,这些仅棒球大小的物体遍布近地轨道,对此美国军方的近地天体监视系统可以跟踪轨道上运行的各种大小的物体,不管这些东西是什么,我们要做的是知道它们都在哪儿。行星资源公司的联合创始人之一埃里克·安德森认为我们在轨道上部署了400吨以上的国际空间站,如果发生类似于和平号空间站那样的坠毁退役事件,没有人认为它会对地球造成极大的破坏。因此,我们开展小行星采矿工程可衍生出对付小行星撞击地球事件的技术,未来也将在太阳系内部署空间加燃料加水站,将小行星上开采的矿产和水资源进行利用。

 

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