聲明：本文內(nèi)容均引用權(quán)威資料結(jié)合個人觀點進(jìn)行撰寫，文末已標(biāo)注文獻(xiàn)來源，請知悉。
所謂資源，即指一切可供人類開發(fā)利用的物質(zhì)、能量以及信息。隨著地球資源的逐步枯竭，人們開始將目光瞄向了太空。前不久，中國礦業(yè)大學(xué)研發(fā)出了全國首臺太空采礦機(jī)器人，太空采礦的序幕或許將就此拉開。
根據(jù)介紹，這款太空采礦機(jī)器人能在低微重力或始終環(huán)境下，完成地外星體的地質(zhì)勘探以及礦物采集任務(wù)。目前已經(jīng)實現(xiàn)了太空微重力的等效實驗，在月壤模擬環(huán)境下實現(xiàn)了行走、錨固以及采樣。
現(xiàn)在這款太空采礦機(jī)器人的原型機(jī)已經(jīng)通過了有關(guān)部門的專利初審，它的出現(xiàn)究竟具備什么意義？又將為我們揭開一個怎樣的時代？
太空采礦專家
太空采礦機(jī)器人的主要應(yīng)用場景是地外星體上的地質(zhì)勘探和礦物采集任務(wù)，其中鉆探自然是必備技能。在地球重力環(huán)境下，機(jī)器人的自重就足以支撐鉆頭持續(xù)鉆探。
但月球表面的重力加速度大約只有1.62/m2，重力只有地球的1/6，且大多數(shù)小行星都是低微重力。在這種環(huán)境下，鉆頭如何下探至行星地表以下就成了難題。
為了解決微重力環(huán)境引發(fā)的失重漂移以及鉆探難題，劉新華教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊想到了昆蟲的爪刺結(jié)構(gòu)，并嘗試對太空采礦機(jī)器人采取六足模式方案。
所謂的六足模式，即分為三個輪足和三個爪足，足末端有車輪和錨固兩種配置，能在微重力環(huán)境下提供更強(qiáng)大的附著能力和抓地能力。即便在月表也可以隨時隨地的進(jìn)行固定采樣，并根據(jù)地形自由移動。
解決微重環(huán)境只是太空采礦機(jī)器人研發(fā)的第一步，科研團(tuán)隊還要面臨極端溫差、太空輻射、自重體積以及真空環(huán)境等一系列難題。為了保證萬無一失，科研團(tuán)隊還特意建設(shè)了一個訓(xùn)練場來反復(fù)進(jìn)行環(huán)境測試。
據(jù)科研人員介紹，該訓(xùn)練場搭建一方面是為了模擬近地小行星的表面風(fēng)化，因此選擇以沙壤為主。另一方面則是模擬微重力環(huán)境，因此選擇懸吊機(jī)構(gòu)，利用垂直懸吊來抵消重力，實現(xiàn)微重力環(huán)境的變化。
通過在沙盤上的反復(fù)測試，目前太空采礦機(jī)器人的六足懸架系統(tǒng)和離合器已經(jīng)磨合的相當(dāng)協(xié)調(diào)，能助力機(jī)器人根據(jù)實時環(huán)境自主調(diào)節(jié)形狀結(jié)構(gòu)，去主動適應(yīng)地外行星的地表環(huán)境。
考慮到月球表面不乏極端環(huán)境，科研團(tuán)隊還將采礦機(jī)器人送往全國重點實驗室進(jìn)行了進(jìn)階訓(xùn)練，以便日后能順利在月表進(jìn)行開采活動。
這個重點實驗室主要負(fù)責(zé)模擬月球原位環(huán)境，包括超高真空以及1/6G重力場等等。月球不同地區(qū)的極端溫差能達(dá)到380℃，這將對采礦機(jī)器人的穩(wěn)定性造成嚴(yán)峻考驗。
礦業(yè)大學(xué)全國重點實驗室副教授李瑞林說道：通過將月表環(huán)境模擬出來，再鋪設(shè)上和月壤相似的模擬月壤，將月球特性高度重現(xiàn)。這個時候我們再去做實驗，就能獲得和月球上基本一樣的數(shù)據(jù)。
向外太空發(fā)展是人類社會文明進(jìn)步的一個重要階段，而想要去外星球發(fā)展，第一步需要解決的就是資源問題。太空采礦機(jī)器人的誕生，則向我們親手揭開了一個太空資源的全新時代。
太空資源時代
2019年《世界能源統(tǒng)計年鑒》顯示，油氣以及煤礦資源占到全球能源供給的85%，而地球上的油氣資源儲量最多只能維持50年左右的消耗。
此外像黑色金屬、輕金屬、重金屬以及稀有金屬等諸多寶貴礦產(chǎn)也面臨著枯竭的險境?；艚鹪龀鲞^預(yù)言：在未來100年內(nèi)，人們必須離開地球，去太空中尋求新的生存家園。
地球之外的太空資源是極其豐富的，僅太陽系內(nèi)，就有月球、火星、小行星等諸多蘊(yùn)藏豐富礦產(chǎn)資源的天體。彗星上也蘊(yùn)含著充沛的氫能資源，至于太陽系外的浩瀚宇宙，各類豐富資源更是不計其數(shù)、應(yīng)有盡有。
Asterank數(shù)據(jù)庫曾對已經(jīng)充分探測的997顆小行星進(jìn)行了價值估測，結(jié)果顯示其中701顆行星的價值均超過了100萬億美元，可見太空資源開發(fā)是一個價值無量的巨大市場。
太空采礦就是指利用空間技術(shù)、空間信息科學(xué)、采礦學(xué)以及天文學(xué)等各類理論方法，對太空資源進(jìn)行從近地到深空、從表層到深部的定位、評估和開發(fā)冶煉的科學(xué)技術(shù)。
太空采礦的前提自然是找礦，太空礦產(chǎn)資源分布廣泛、種類復(fù)雜，我國此前主要對月球的表面和淺層礦產(chǎn)進(jìn)行了探測，并大致掌握了各類資源的全月分布。
我們發(fā)現(xiàn)，月球的月壤和月巖中幾乎存在所有地球組成物質(zhì)的化學(xué)元素，還有鉻、鎳、鉀、鈉、鎂、銅等諸多金屬礦產(chǎn)資源。粗略估計，月球克里普巖中的稀土儲量至少有200億噸，鈾儲量為3.6億噸。相比之下，地球上的稀土和鈾資源量僅有1億噸和160萬噸。更別提月球表面的60萬噸He核聚變資源，地球總儲量更是僅有500千克。
迄今為止，人們已經(jīng)在太陽系中觀測到超過130萬顆小行星，其中絕大多數(shù)行星都分布于火星和木星的古驛道之間。按照光譜特征可分為碳質(zhì)小行星、金屬質(zhì)小行星以及硅質(zhì)小行星。
這其中金屬質(zhì)小行星主要由鐵、鎳組成，含有豐富的鉑族礦物和稀土，并且礦石品位遠(yuǎn)超地球，無需深鉆就能輕松冶煉開采。碳質(zhì)小行星占到小行星總量的75%，這類行星富含碳、氫、氧、氮元素，可充當(dāng)深空探索的物資補(bǔ)給站，對人類的太空采礦活動大有裨益。
太空資源開發(fā)是一項極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，人們主要通過遙感技術(shù)來對天體礦產(chǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程探測，又根據(jù)小行星光譜分析得到具體的開采價值判斷。那到了具體的采礦環(huán)節(jié)，我們在地球上所常用的精密檢測技術(shù)又是否可行呢？
由于太空行星環(huán)境和地球相差極大，人類礦工根本無法進(jìn)行太空正常作業(yè)，所有的太空開采活動只能通過智能機(jī)器人來完成。對于無人開采來說，最主要的危險還是來自于外部環(huán)境的溫差、太空輻射、天體碰撞以及冷卻問題等等，這些都有待世界科研團(tuán)隊去一一克服。
除了中國外，美國、日本、俄羅斯和歐洲近些年來都在加緊對太空資源的前期探索。像美國早在2004年就提出了太空探索愿景，并要求NASA開發(fā)新技術(shù)去探索月球資源環(huán)境。2007年NASA局長對外宣布太空經(jīng)濟(jì)時代已經(jīng)全面來臨，并于2015年發(fā)布了《空間技術(shù)路線圖》，指出原位資源利用是載人深空探索的關(guān)鍵技術(shù)。
2020年特朗普簽署行政令，要求為美國開發(fā)太空資源項目提供一切政策支持。同年NASA發(fā)布了阿爾忒彌斯計劃大綱，演示了如何在月球上生產(chǎn)水、燃料以及各類供應(yīng)品。2023年NASA發(fā)射金屬質(zhì)小行星探測任務(wù)，要去探索金屬質(zhì)小行星的商業(yè)開采可能。
中國在深空探測和載人航天領(lǐng)域的成就同樣矚目，在探月工程四期中，我國明確提到要利用嫦娥八號開展月面原位資源的技術(shù)試驗。后續(xù)的天問任務(wù)、載人登火等一系列航天工程，都是為小天體資源探索利用打基礎(chǔ)、做準(zhǔn)備。
熱門跟貼