小行星採礦

By David Ren 任大偉

 

太空殖民的科幻夢正隨著小行星採礦的出現而逐漸變得可行。建立太空殖民地的主要限制在於資源供給。單靠從地球輸入所需的建築材料和能源,是不切實際的。將物資送上太空的花費極其高昂(最低約為每磅2,500美元,即每公斤5,512美元)。要解決這問題,便須在原地資源的採用和管理方面有創新突破 [1]。例如,歐洲航天局(ESA)正在研究利用3D列印技術,以月球的土壤建造月球基地,無須依靠地球的物流支援[2]。從小行星得到原料供應,也就可以支撐太空殖民的發展。

 

目前認為小行星是太陽系形成過程中,因為受到木星強大的引力場干擾,未能吸積形成行星的殘留物質。它們含有多種具經濟價值的礦物如:金、鉑和銠,軌道因受周圍行星的重力影響而經常改變。若果小行星出現在地球450萬公里內,就會成為「近地天體」(NEOs)。美國航空航天局(NASA)的近地天體計畫在1995年至2015年間探測到了13,000個小行星 [3]。已知最小的近地小行星(3554 Amun)蘊含價值高達6兆美元的鈷、6兆美元的鉑族金屬、以及8兆美元的鐵和鎳(以1996年市值計算),由此可見這些小行星的潛在價值[4]。

 

水是生存必要的資源,很有可能在含碳的C型小行星中找到。這恰好也是太陽系中數量最多的小行星。小行星的表面組成可以通過光譜學來鑑定。入射小行星的陽光有部份被表面化合物吸收,反射出來的光與吸收光譜相似,可以經由不同的光譜儀作精確分析,在X射線、可見光、紅外線等波段進行觀測。不過,這種方法的探測深度只能達到地表下約0.5毫米。小行星的內部物質組成很有可能不一樣,必須派遣載有分析儀器的探測器到選中的小行星。美國NASA的OSIRIS-Rex將會在2016年9月出發勘察小行星Bennu,其採樣裝置會以氮氣將小行星物質迫入收集器,估計可以採集到地表之下5至6釐米深處的樣品[5]。

 

找到合適的近地小行星後,艱钜的挖掘任務便會開始。很有可能是由機械人攀附在小行星表面收集土壤,隨後運送到處理器,再利用太陽能加熱土壤以釋放水蒸氣。幸好,小行星的質量較低,引力場較弱,貨物運輸也就相對簡單。尤其是因為水可以被分解成氫氣和氧氣,然後用作火箭推進劑。

 

會購買這些資源的太空殖民地目前並不存在,而且太空探索技術也還未符合成本效益。通過利用小行星的資源,地球資源短缺的問題將有可能得到緩解。

參考資料


[1] Chaikin, A. (2015, January). Is SpaceX Changing the Rocket Equation? Retrieved from Air & Space, Smithsonian: http://www.airspacemag.com/space/is-spacex-changing-the-rocket-equation-132285884/?no-ist
[2] European Space Agency. (2013, 01 31). Building a Lunar Base with 3D Printing. Retrieved from Space Engineering & Technology: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Building_a_lunar_base_with_3D_printing
[3] Lewis, J. S. (1997). Mining the Sky: Untold Riches From The Asteroids, Comets, And Planets. Perseus Publishing.
[4] National Aeronautics and Space Administration. (2013, 08 03). New NASA Mission to Help Us Learn How to Mine Asteroids. Retrieved from NASA OSIRIS-REx: https://www.nasa.gov/content/goddard/new-nasa-mission-to-help-us-learn-how-to-mine-asteroids
[5] National Aeronautics and Space Administration. (2015, 12 20). NEO Discovery Statistics. Retrieved from Near Earth Orbit Program: http://neo.jpl.nasa.gov/stats/