在月球上采矿!月球资源勘探计划已渐露雏形

2019-03-20

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月球上蕴藏着丰富的宝贵资源,这些资源可以帮助月球探索先锋在月球上生存和发展,甚至还可以帮助企业家盈利。来源:NASA / ESA

各种各样的科学家、工程师和采矿技术专家已经开始构思探索月球两极水冰、以及进行勘探活动所需的硬件和任务。

美国国家航空和宇宙航行局(NASA)早在2010年就已经宣布,在月球北极发现了数以百万计吨计的大片水冰储存,这为未来宇航员和无人探测器在月球表面的另一个区域进行潜在探索做了非常好的铺垫。

印度一艘月球探测器上的ANASA雷达仪器发现了可以证明至少存在6亿吨水冰散布在月球北极陨石坑底部的证据。NASA官员说,这是月球水冰的又一供应来源,水冰是一种重要的资源,可以用来开采氧气或火箭燃料,为未来远程太空基地提供支持。

通过使用印度Chandrayaan-1月球轨道飞行器上的NASA Mini-SAR雷达仪器,科学家们发现了40多个直径从1英里(2公里)到9英里(15公里)不等的陨石坑,他们发现这些陨石坑都隐藏着水冰。用NASA的说法,这种仪器也被称为微型射频(Mini-RF)。

这些冰是在月球北极中常年阴影笼罩的环形山中发现的。月球南极上也存在类似的永久黑夜环境,并且此前月球南极也被证实存在着水冰。因为这些地区从来没有过阳光,水可以无限期地保持冰冻状态。

过去的种种这些月球科学任务提供了直接的证据,证明月球两极附近缺乏阳光的地区储存有水冰。一旦通过实地验证,这种资源也可以通过电解分解为氢和氧。然后氧气可以用来维持生命,而氢气和氧气可以用来推进火箭。

为什么他们会对月球上超冷的冰感兴趣?因为月球上的水冰可以转化为氧气、液态水和火箭燃料。开发月球极地永久阴影环形山中蕴藏的丰富资源,可以帮助先锋者们在月球上生存和发展,并帮助企业家盈利。

例如,联合发射联盟(United Launch Alliance)将维持其2016年首次提出的每公斤3000美元(合每磅1360美元)的价格,向近地轨道输送在月球上制造的推进剂。卫星通信工业很可能成为太空资源的第一个市场。

想要更多的数据

去年6月,专家们聚集在科罗拉多矿业学院,参与了一次太空资源圆桌会议,这次圆桌会议和行星与地球采矿科学讨论会由月球和行星研究所主办。

科学家、工程师和探险倡导者都热衷于将月球冰描述为一种经济资源。然而,要做到这一点,我们还需要更多关于月球冰沉积物的数据,包括其分布、浓度、数量、位置、深度、岩土特性、以及设计和开发开采处理系统所必需的任何其他特征数据。

科罗拉多矿业学院空间资源中心主任安吉尔·阿布德-马德里(Angel Abbud-Madrid)说:“除了航天机构、公司、初创公司和学术界的广泛参与之外,今年太空资源圆桌会议的另一个亮点是美国地质调查局(U.S. Geological Survey)的出席。他们在会上进行了许多富有洞察力和价值的讨论。”

“另一个美国政府机构[美国地质调查局USGS]现在正在涉足太空资源领域。他们带来了几个世纪的陆地地质学经验,并以此来评估月球、火星和小行星资源的价值。”

利益融合

奥兰多中佛罗里达大学佛罗里达太空研究所的行星科学家菲利普·梅泽尔(Philip Metzger)说:“我们离在月球上采矿已经非常接近了。”科罗拉多矿业学院(Colorado School of Mines)和联合发射联盟(United Launch Alliance)的商业分析看起来相当不错。如果把地缘政治因素考虑进去的话,情况看起来会更好,因为国际合作的月球工业有助于解决地缘政治问题。”

梅泽尔说,许多国家都想在月球表面进行科学研究。他说:“当我们依靠月球现有资源来支持月球科学实验时,月球科学实验就会变得更加有效。我认为,这种利益的融合,可能会让我们在大约10年后实现月球采矿。”

梅泽尔说,10年是开始月球采矿最快的可能时间,“如果把描述和量化资源所需的时间加上开发和部署采矿技术的时间,这大约需要10年。”

尽管如此,最大的不确定性仍然是月球冰的形式。开采这种资源的方法取决于它的形式是什么。

梅泽尔说:“我们不知道月球冰主要是‘肮脏的雪’,还是砾石大小的纯冰块混入了干燥风化层,或者是其他什么形式。我们需要月球漫游车在月球上进行驾驶和钻探,以尽快解决这个问题。”

梅泽尔说,月球漫游车的操作应该与更广泛的探索活动同时进行:设法弄清楚冰在哪里,浓度有多少,以及在月球表面有什么变化。

他说:“相比于从广泛的轨道任务开始然后再缩小范围对月球表面进行详细采样,我认为,我们现在就需要从这两方面同时着手,”

热采矿

科罗拉多矿业学院的研究人员亨特·威廉姆斯(Hunter Williams)说:“我们正处于太空商业新时代的转折点,私营企业、美国宇航局和国际合作伙伴正携手实现将人类发射到太阳系的梦想。在促进科学、盈利或促进国际合作方面,从来没有比现在更令人兴奋的时刻了。”

威廉姆斯与同样来自矿业学院的克里斯·德雷尔(Chris Dreyer)和乔治·索尔斯(George Sowers)一起,详细介绍了一项低成本探测月球水资源范围的任务,以及一项新开发的提取技术——“热采矿”,该技术能将月球上的水冰转化为火箭燃料。

热采矿利用了一种高效的能源——阳光。这种技术的支持者说,在阴暗深坑附近常年被阳光照射的山峰周围安装多个框架镜后,热采矿可以全年吸收高达99%的阳光。将直接太阳光转移到超冷的陨石坑中可以提供可变的加热,让管理者控制产量。

威廉姆斯说,在月球两极,热采矿是一种高效、可扩展、可持续的采冰方法。他说,该技术重量更轻,移动部件更少,为传统的采矿概念提供了一个可行的替代方案。

模棱两可的信息

此次会议于去年6月12日至6月15日举行,会议的两大要点得到了美国宇航局休斯敦约翰逊航天中心就地资源利用(ISRU)系统能力领导小组负责人杰拉尔德·桑德斯(Gerald Sanders)的强调。

首先,所有与会者都对政府和商业界合作进行月球探索的可能性感到兴奋。桑德斯说,自从2004年之后他就没见过这么激动的场面了。2004年是美国宇航局太空探索计划的早期阶段,该计划寻求在2020年前实现载人登月。

他说:“与会者认为,由于此前美国国家航空航天局进行过的商业载货和载人活动,最近也公布过索取信息和建议的要求,所以现在对月球进行商业探索的可能性更大,也更真实。”

但桑德斯说,非政府与会者对NASA发出的似乎有点混杂的信息也有一些困惑。

桑德斯说,一方面,有一个信息表明,月球探索是非常重要的,早期月球任务也得到了强而有力的推动,特别是针对太空资源。“这与美国宇航局决定取消资源勘探者号任务形成了鲜明对比。过去几年来,资源勘探者号任务一直被认为是对月球极地水进行勘探和开发的一种手段。”

两个不同的领域

罗拉密苏里科技大学地质工程学副教授Leslie Gertsch说:“大多数人都认为,所有类型的月球科学探索都将受益于月球矿产资源的探索,反之亦然。”

Gertsch说,科学工作者和资源工作者这两个群体继续研究如何能够最好地收集数据以实现互利。

Gertsch还指出,许多美国地质勘探局人员参加了这次集会。

“这非常令人鼓舞,因为美国地质调查局收集了很多地球矿产生产计划的基本信息(尽管矿业公司在自己的勘探过程中补充了很多这类信息)。”

Gertsch补充说,这项至关重要的政府服务是建立在经济地质学的基础上的,即研究具有经济价值的矿藏是如何形成和分布的,以及如何加以识别。这门科学将从对地球以及地球以外更多物体的研究中受益匪浅。

危险和机遇

在太空采矿成为现实之前,技术和经济问题并不是唯一需要解决的问题;除此之外还有法律方面的担忧。

“谁拥有这些资源?我们要如何阻止一个国家利用它们在太空获得极端军事优势?”Metzger说。

Metzger说:解决这个问题最好的办法是建立一个国际联盟。一旦这个联盟成立,联合采矿业务可能很快就会变得可行。

Metzger说,这种方法有利于科学,也有利于经济发展和地球的长期健康,“使文明不再依赖于单一的星球来满足它的所有需要。”

“月球资源给我们带来了极端的危险和机遇,对于推进探索来说,唯一安全的方法就是在这片真空被坏的东西填满之前,先用好的东西将它填满。”