中國科學(xué)家提出礦產(chǎn)開采4大重點(diǎn)方向，近地小行星礦產(chǎn)資源開發(fā)變得可行，或可破解地球礦產(chǎn)資源枯竭難題

著名物理學(xué)家霍金曾表示，“在未來一百年內(nèi)，人類為生存必須離開地球，去太空尋求新的家園?！边@句預(yù)言揭示出人類探索太空采礦的本質(zhì)原因。

2021 年，中國“嫦娥 5 號”帶回 1731 克月壤的消息令人興奮，這讓近乎科幻的場景成為現(xiàn)實(shí)。同時，太空資源的開采利用也成為科學(xué)各界熱議的話題。

其實(shí)，早在 10 年前就有人關(guān)注到太空采礦，2009 年，一家名為“PR（Planetary Resources）”的小行星采礦公司成立。2015 年之后，隨著行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，歐美等發(fā)達(dá)國家先后對小行星采礦進(jìn)行立法，甚至有的國家將“小行星采礦”提升至本國的戰(zhàn)略層面。

十幾年過去了，全球的小行星采礦公司已經(jīng)取得了階段性的進(jìn)展。從太空采礦這個大賽道的演進(jìn)歷程來看，各國政府、私人機(jī)構(gòu)、科研院所在這方面的投入越來越大。

為何社會各界對太空采礦具有如此高的熱情呢？

太空采礦或可破解地球礦產(chǎn)資源枯竭難題

由于人類開采強(qiáng)度及需求量日益增加，全球能源及稀缺礦產(chǎn)資源將面臨枯竭。

譬如，據(jù) 2021 年《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，石油、天然氣和煤礦占全球一次能源消費(fèi)的約 83%，其中石油、天然氣儲量僅能維持全球消費(fèi) 50 年左右的。同時，據(jù)聯(lián)合國人口基金會預(yù)測，到 2050 年世界人口將達(dá)到 97 億左右。

而地球之外的資源極其豐富，可利用的資源也比地球存量資源要多得多。就太陽系而言，月球、火星、小行星等天體上都具有豐富的礦產(chǎn)資源及稀有金屬，類木行星和彗星上有豐富的氫能資源，行星空間擁有真空資源、輻射資源及超潔凈資源。

中國礦業(yè)大學(xué)教授、皇家墨爾本理工大學(xué)榮譽(yù)教授張克非在題為《太空采礦發(fā)展現(xiàn)狀、機(jī)遇和挑戰(zhàn)》（An investigation of space mining-current status，opportunities and challegges）的論文中提到：“為了破解地球礦產(chǎn)資源枯竭的難題，開發(fā)與利用豐富的太空資源勢在必行，由此太空采礦應(yīng)運(yùn)而生”，相關(guān)論文發(fā)表在 Journal China University of Mining&Technology上[1]。

該論文指出，太空資源的開發(fā)與利用既是大國博弈、科技競爭的關(guān)鍵，也是未來人類文明可持續(xù)發(fā)展的大勢所趨。太空資源探測、太空采礦智能機(jī)器人平臺的設(shè)計(jì)與制造、太空資源勘探與采選、采礦空間安全與資源原位利用已成為太空采礦迫切研究的四大命題。

張克非教授表示：“由于小行星上有很多鉑金屬元素，太空勘測器的著陸和****相對容易，所以，開采近地小行星的礦產(chǎn)資源是首選、也是未來發(fā)展的趨勢?！?br />
開采月球等行星礦產(chǎn)資源變得可行

面對如此嚴(yán)峻的能源、礦產(chǎn)資源緊缺的挑戰(zhàn)，各國政府、私人企業(yè)和科研院所進(jìn)行了長期的探索，2015 年 11 月 25 日，時任美國總統(tǒng)奧巴馬簽署了《美國商業(yè)太空****競爭法》，其中，太空資源勘探與利用部分賦予了私人企業(yè)太空采礦的合法性，間接推動了采礦領(lǐng)域的良性發(fā)展。

在此之后，盧森堡成為歐洲第一個宣布開采近地小行星上礦石資源的國家。2019 年，日本小行星“龍宮”探測器“隼鳥－２”于當(dāng)年 ２ 月 22 日完成了首次小行星采樣。同年，起源太空公司作為中國首家致力于太空資源開發(fā)和利用的商業(yè)公司，開始從“找礦-探礦-占礦-采礦-返回”五個路徑來探索太空采礦。

2018 年，美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)（Colorado School of Mines）開設(shè)了全球太空資源領(lǐng)域的首個跨學(xué)科研究生專業(yè)—太空采礦，旨在培養(yǎng)下一代太空科學(xué)家和工程師，可持續(xù)研究月球、火星和小行星等資源的利用。

與此同時，中國礦業(yè)大學(xué)也成立了國內(nèi)首個太空采礦國際研究中心，并設(shè)立太空采礦項(xiàng)目，積極地探索太空采礦。

在各國政府、私有企業(yè)和科研院所等力量支持下，開采月球等行星礦產(chǎn)資源或?qū)⒆兊每尚?。就該研究提及的月球而言，月球具有豐富的礦產(chǎn)資源，月面下稀有金屬的儲藏量比地球還多。同時，月球上含有大量的地球上最常見的17種元素。

以鐵為例，僅月面表層 5 厘米厚的月壤中就含有上億噸鐵元素，月球蘊(yùn)藏著豐富的能源與礦產(chǎn)資源，具有非常高的開采價值。據(jù)估計(jì)，月球上的氦-3 （無污染的能源資源）– 能夠供應(yīng)全球能源使用 100 年以上。

1959 年至今，美俄兩國已****了約 70 多個月球探測器和登月載人飛船，此外，中國也實(shí)現(xiàn)了嫦娥四號月面著陸器和巡視器，在月球探測方面積累了許多資料。目前，人類對月球已擁有相當(dāng)程度的了解。因此，在月球上開采礦產(chǎn)資源已變得可行。

此外，隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，特別是空間技術(shù)和現(xiàn)代采礦技術(shù)的發(fā)展以及人類深空探測能力的不斷增強(qiáng)，開發(fā)和利用小行星，尤其是近地小行星上豐富資源將不再是幻想。

加盟中國礦大為礦業(yè) 4.0 提供前沿性研究

張克非表示：“近年來，我國航天工程取得的重大成就有目共睹，這標(biāo)志著我國航空航天技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)水平行列。事實(shí)上，由于****能力和基礎(chǔ)研究的不足，我們距離真正的太空資源開發(fā)與利用還有很遠(yuǎn)的路要走。我們對于火星、月球及近地小行星的勘測活動及相關(guān)技術(shù)尚處于起步探索階段?！?/span>

中國礦業(yè)大學(xué)作為中國唯一一所以礦業(yè)命名的高校，有使命、也有義務(wù)作為太空資源開發(fā)與利用的“排頭兵”。但是，整個太空采礦領(lǐng)域還剛剛起步，在快速發(fā)展的中國市場中將涌現(xiàn)出諸多新機(jī)遇。

遠(yuǎn)在大洋彼岸的張克非時刻關(guān)注著中國的太空采礦發(fā)展動態(tài)，結(jié)合自身的職業(yè)發(fā)展需求，他于 2020 年回國加盟中國礦業(yè)大學(xué)，并組建了自己的團(tuán)隊(duì)，希望為礦業(yè) 4.0 或者未來采礦提供一些前沿性的研究。

張克非認(rèn)為，接下來將重點(diǎn)研究太空采礦迫切需要在太空資源探測、太空采礦智能機(jī)器人平臺設(shè)計(jì)與制造、太空資源勘探與采選和太空采礦空間安全與資源原位利用四個方向。加盟中國礦業(yè)大學(xué)后，張克非將聚焦以下三個方面研究：

第一，把衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)（GNSS）應(yīng)用到大氣探測，做極端天氣和氣候變化的研究。據(jù)悉，該成果之一（GNSS 掩星技術(shù)）已于 2012 年被澳大利亞氣象局采用，主要應(yīng)用于中長期天氣預(yù)報，對南半球的氣象預(yù)報具有明顯的改善。

第二，人和物的跟蹤。張克非研究的礦山地下人員跟蹤項(xiàng)目，是當(dāng)初被澳大利亞體育總局提供贊助的項(xiàng)目，起源于澳大利亞體育總局提供贊助的小型化體育競技項(xiàng)目，作為奧林匹克競技的一個“神秘武器”，可以實(shí)現(xiàn)無縫定位或者人和物的全員定位，在這方面，張克非團(tuán)隊(duì)已獲得多項(xiàng)國際專利。

第三，研究空間的環(huán)境管理。從 1959 年底至今，人類已經(jīng)進(jìn)行了大約七千余次的衛(wèi)星****，由于****活動、各種空間實(shí)驗(yàn)、衛(wèi)星相碰事件、以及廢棄的衛(wèi)星在空間中互相碰撞而產(chǎn)生大量的太空垃圾，這給太空衛(wèi)星的正常運(yùn)行帶來了很大的威脅。

張克非表示：“很多垃圾的運(yùn)行速度比子彈飛速高很多倍，即使米粒大小的垃圾，打到衛(wèi)星上都有可能帶來毀滅性的影響。所以，對于空間環(huán)境的管理已成為空間研究的熱點(diǎn)問題之一，空間碎片或太空垃圾的探測管理、避障和碰撞分析變得極其重要。”

發(fā)展太空采礦技術(shù)，既是前沿性的科技探索，又是大國實(shí)力的展示。張克非希望，可以為礦業(yè) 4.0 的發(fā)展盡一點(diǎn)微薄之力。

值得關(guān)注的是，中國已經(jīng)有一些太空采礦企業(yè)在該賽道布局，如起源太空。該公司成立至今發(fā)展迅速，2021 年自主研發(fā)的“仰望一號”太空望遠(yuǎn)鏡和“起源太空 NEO-01”太空采礦機(jī)器人成功****

起源太空創(chuàng)始人蘇萌表示：“這兩個航天器的成功****，對我們來說具有‘里程碑’式的意義”。

“NEO-01”的主要任務(wù)是將攜帶的模擬小行星目標(biāo)拋出并捕獲，該實(shí)驗(yàn)將驗(yàn)證“開采小行星”的第一步技術(shù)；“仰望一號”太空望遠(yuǎn)鏡持續(xù)在軌工作，它在可見光-紫外雙波段的觀測，填補(bǔ)了國內(nèi)天文領(lǐng)域在這一方面的空白。

“仰望一號”于 2021 年 8 月 25 日正式獲得國際天文學(xué)聯(lián)合會認(rèn)證的天文臺站編號，成為亞洲第一個獲得國際認(rèn)證的小天體觀測空間天文望遠(yuǎn)鏡。

談及如何看待起源太空所做的業(yè)務(wù)時，張克非說道：“起源太空所做的事情非常具有前瞻性，由于太空采礦研發(fā)剛剛起步，中國企業(yè)有有望在國際上做到領(lǐng)先水平?！?br />
為了探討破解地球礦產(chǎn)資源枯竭的難題，及探索空間資源域科研理論研究與工程技術(shù)發(fā)展進(jìn)展，“第一屆國際太空資源論壇”將于 2022 年 1 月 8 日在線舉辦。屆時，張克非教授將作為受邀嘉賓出席。

參考：
1.Zhangkefei et al.,Journal China University of Mining&Technology 6，1026-1034（2020）
http://zgkd.cbpt.cnki.net/WKD/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=0c454977-a321-4ad0-b888-d94f0078b9a0