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地球資源正在逐漸枯竭,如何從外星球搶資源?

2023-06-23 23:46:47 來源 : 大科技雜志社

地球資源正在逐漸枯竭,但是宇宙中有數(shù)不清的比地球大得多或小一些的星球,我們能不能從這些星球上“搶奪”資源,歸己所有呢?


(資料圖片僅供參考)

登陸外星去鉆地

人類很早就開始嘗試去其他星球搶資源了,第一次成功搶到的資源來自月球——1969年至1972年,美國宇航局的阿波羅系列飛船帶回了382千克月球巖石,1970年至1976年,蘇聯(lián)的月神任務(wù)也先后帶回了數(shù)百克月巖。后來,由于獲得的寶貝還比不上付出的成本價值高,這個奪寶任務(wù)暫停了許多年。

幾十年后,中國也掌握了去月球采礦的技術(shù),能以較低的成本獲得更多的月巖:登陸月球后,用電鏟鏟取月壤,用鉆地機(jī)鉆取巖芯,將采集的樣品嚴(yán)密封裝,運回地球。中國“嫦娥5號”任務(wù)的成功激勵了美國,美國宇航局決心開拓新版圖——到火星上采礦。

與月球采樣相比,火星采樣無疑難度更高。地月平均距離約為38萬千米,而地火距離則在5千萬至4億千米之間,對運載火箭的推力要求更高。同時,火星引力大約是月球引力的2倍多,給飛船起飛、上升帶來了更大挑戰(zhàn)。由于航天器的往返過程存在許多難題,美國、印度等國家在登陸火星時都遇到過挫折,不是失聯(lián),就是墜毀。

不過,美國的太空探索經(jīng)驗豐富,2021年2月18日,美國火星車“毅力號”再次成功登陸火星。沒想到的是,好不容易克服了登陸難題,進(jìn)行采樣時,又遇到了意想不到的難題。

2021年8月6日,在成功登陸的第160個火星日,美國火星車“毅力號”開始了采樣工作。機(jī)身自帶的鉆頭鉆開了耶澤洛隕石坑的巖石,就像在地球上打地基一樣,巖芯被采樣鉆頭帶走,巖石上留下一個寬2.7厘米、深達(dá)7厘米的圓孔。緊接著,火星“巖芯”被放進(jìn)一個早已準(zhǔn)備好的樣品管中,等待未來帶回地球進(jìn)行分析——人類的第一次火星采礦工作完成??蓻]想到,這美好的期待并沒能實現(xiàn),當(dāng)科研人員再次檢查樣品管時,卻發(fā)現(xiàn)其中空空如也。

火星挖礦工作只有三步:鉆巖、裝進(jìn)樣品管、樣品處理。美國宇航局的專家對各個步驟展開了調(diào)查,沒有發(fā)現(xiàn)任何異常,而且在預(yù)定的采樣地點,火星巖石上還留著一個完整的圓孔,說明“毅力號”并沒有消極怠工,確實鉆開了火星巖石。那么,該被裝進(jìn)樣品管的火星巖石哪里去了?最后,科研人員只能猜測,被鉆開的火星巖石結(jié)構(gòu)松散,在鉆孔的過程中,巖石全部都變成了粉末并掉落到了圓孔底部,以至于“毅力號”根本沒有采集到石頭。

看來,在外星球采礦遠(yuǎn)比在地球采礦要難得多。

蜻蜓點水掠奪法

登陸采礦難度大、成本高,地球人也不是沒有采取過其他方法,比如“蜻蜓點水”法。

1999年2月7日,美國宇航局的“星塵號”探測器發(fā)射升空,它的目標(biāo)之一,是采集彗星威爾特二號彗星中的塵埃?!靶菈m號”使用二氧化硅氣凝膠制作了一個網(wǎng)球拍大小的收集裝置,這種材質(zhì)質(zhì)地像海綿那樣疏松多孔,99.8%的空間都被空氣填充,因此密度極低,雖然是固體,卻極其輕盈。當(dāng)探測器從彗星彗發(fā)飛過時,“星塵號”就迎面展開這個收集裝置,像拍蒼蠅一樣粘住和保存彗星物質(zhì)粒子,還不影響粒子本身的特性。隨后,“拍子”被收回返回艙中,將彗星塵埃帶回地球。“星塵號”共帶回了約100萬顆塵埃顆粒,總計質(zhì)量約1毫克。

2001年,美國“起源號”探測器用相似方法俘獲過太陽粒子。“起源號”工作軌道遠(yuǎn)在地球磁環(huán)境之外,可以避免地球磁場對太陽風(fēng)粒子造成污染。在環(huán)繞太陽的過程中,探測器會展開它的“蒼蠅拍”,這是一組六邊形的磁盤狀裝置,由超純度的硅、金剛石和藍(lán)寶石組成,并且外表鍍以金、硅和鋁等不易氧化的金屬,可以通過高電壓來分離和收集帶電的太陽風(fēng)粒子,包括氧、氮、碳和稀有氣體等元素。兩年多后,“起源號”帶回了約20毫克的樣品。

“蜻蜓點水”式的搶一點就跑的方法也適合小行星采礦。2016年9月,美國宇航局將“奧西里斯-雷克斯”探測器發(fā)射升空,它的任務(wù)是去研究一顆被稱為“本努”的含碳小行星并帶回大約60克的樣本用于研究。從2020年10月開始,“奧西里斯-雷克斯”向“本努”加速俯沖,懸停在一個隕石坑上方,然后探測器展開機(jī)械臂,噴出加壓氮氣以吸入小行星表面的泥土和礫石,采樣工作持續(xù)了5~10秒后,它就會迅速上升飛離“本努”。重復(fù)多次后,探測器將拍攝采樣器頭部,以確保收集到足夠的樣品,重量達(dá)標(biāo)后,它才會啟程返回地球。

將外星搬回地球

然而,“蜻蜓點水”法收集到的資源實在太少,無法滿足人類的需求。近年,地球人開始真正準(zhǔn)備開采小行星了。

美國行星資源公司準(zhǔn)備派遣一批挖礦機(jī)器人去小行星采礦。首先,公司的科研人員將通過太空望遠(yuǎn)鏡陣列尋找目標(biāo)小行星,找到后發(fā)射航天器向其進(jìn)發(fā)。航天器在即將接觸到小行星表面時拋下一個錨,抓住小行星,從而與小行星保持相對固定的位置。然后,航天器將派出機(jī)器人分析小行星上的水和金屬資源,判斷小行星的表面物質(zhì)含有什么元素。

一旦確定小行星擁有所需要的資源,航天器上搭載的挖礦機(jī)器人將被派遣到小行星表面,挖礦機(jī)器人用有倒鉤的腳牢牢抓住小行星的表面,用大象的長鼻子一樣的吸管挖掘出富含水的土壤。然后,機(jī)器人會將這些土運到一個密封的容器里,通過加熱讓土壤中的水蒸發(fā)出來,水分解成氫氣和氧氣作為能源,脫水后的資源運回地球。

中國的起源太空公司在外星采礦方面采用的方法更加激進(jìn),他們準(zhǔn)備將小行星整個拖回地球。起源太空公司同樣運用太空望遠(yuǎn)鏡尋找目標(biāo)小行星,當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時,通過改變小行星的軌道,直接把它“帶回來”,比如拉到地球同步軌道上,或者在地月協(xié)同情況下進(jìn)行開采,為地球所用。為了安全起見,科研人員只會將10米以下直徑的小行星帶回地球,就算它沖著地球砸過來,也只會變成一顆很亮的火流星劃過天際,不會對地球造成安全隱患。不過,這個設(shè)想還處于剛剛起步階段,起源太空公司計劃在2025年發(fā)射太空采礦機(jī)器人,實現(xiàn)首次小行星采礦。

外星球有許多價值巨大的資源,比如距離地球約4000光年的鉆石行星、位于小行星帶的黃金星球愛神星和富含鐵礦石的絲川小行星等。未來人們還將發(fā)現(xiàn)越來越多有價值的礦產(chǎn)星球,如果外星采礦技術(shù)更加成熟和廉價,我們就能實現(xiàn)“資源自由”了。

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