太空采礦業(yè)經(jīng)歷了一個小的興衰期，從微型興旺期到微型衰退期，但對于相關(guān)各方影響不大。

2012年成立的行星資源公司（Planetary Resources）和隨后成立的太空工業(yè)集團（DSI，Deep Space Industries）可能是兩家最早開展太空采礦的公司。行星資源公司到2016年已經(jīng)融資5000萬美元，并在2017年建立了開發(fā)實驗室。但據(jù)媒體報道，該公司的商業(yè)模式不如預(yù)期，在2018年被接管，現(xiàn)已經(jīng)基本停止業(yè)務(wù)。DSI公司融資350萬美元，并獲得了美國政府的一些合同，但目前資金已經(jīng)耗盡，投資者不愿再投入資金，主要是因為公司沒有按照承諾在要求的時間內(nèi)提出技術(shù)開發(fā)方案。

太空采礦思想方興未艾。不過，從小行星開采金屬和礦物然后運回地球的想法有點不太現(xiàn)實。目前，太空采礦業(yè)的重點是開采更具現(xiàn)實意義的物質(zhì)——水冰（太空中有多種形式的冰），然后在太空加工使用，進一步服務(wù)于太空探索和殖民。

資料圖

太空探索面臨的一個瓶頸是首個百英里（大約180公里），即突破地球重力（或換句話說，逃離地球重力井）。因此，太空飛行所攜帶物質(zhì)的質(zhì)量越輕越好，越快越簡便越好，而不僅僅是廉價。

水是生命之源，由氫和氧組成。將氫氧分離（例如通過電解）可以為宇航員提供在太空中的呼吸用氣。另外，在適當時候，采用水培技術(shù)可以種植蔬菜；氫和氧還可用作火箭燃料；水甚至可以用于棲息地的輻射屏蔽。

因此，在太空開采冰，轉(zhuǎn)化為液體和氣體的經(jīng)濟價值有望超出預(yù)期。毋庸置疑，目前正在重建載人太空探索能力的美國國家航空航天局（NASA）對外星體采冰非常感興趣，原先對月球和近地行星的探索后來轉(zhuǎn)向了金星。

今年初，來自NASA、研究機構(gòu)以及太空工業(yè)界的專家組發(fā)布了一份報告，名為《商業(yè)性月球推進劑架構(gòu)：推進劑生產(chǎn)合作研究》（Commercial Lunar Propellant Architecture: A Collaborative Study of Propellant Production）。

該報告稱，月球科研提供的直接證據(jù)表明，其兩極永久呈現(xiàn)陰影的地方含有大量的水冰。由于月亮引力小，其水產(chǎn)品特別是氫和氧可以帶離月球，從而為整個太空探索帶來新的經(jīng)濟發(fā)展機遇。比如，運行于月球表面和月球軌道之間可重復(fù)利用的“著陸器”，為低地軌道中的太空飛船補充燃料，為星際飛船在離開地球/月亮空間之前加載或補充燃料。

研究還發(fā)現(xiàn)，近期內(nèi)每年需要從月球獲得450噸源自水的推進劑，相當于需要加工2450噸月球水，年收入可達24億美元。初步估計，這項工程需要投資40億美元，相當于拉斯維加斯一座豪華賓館的建設(shè)費用。

美國國家航空航天局曾發(fā)布一項計劃，即NASA創(chuàng)新先進概念（NIAC，Nasa Innovative Advanced Concepts）計劃，為可以促進太空探索的概略研究和早期技術(shù)研發(fā)提供基金援助。

該計劃分為3個階段，于2011年設(shè)立，取代由于預(yù)算原因而關(guān)閉的NASA先進概念研究所。第一階段為期9個月，開展可行性和開發(fā)研究。研發(fā)機構(gòu)可以在第一階段快結(jié)束時申請第二階段資助。第二階段可以再用兩年進行概略研究。隨后開始第三階段，為期也是兩年。用NASA官網(wǎng)的話說，就是不管是對NASA，或是美國其他政府機構(gòu)或商業(yè)合作伙伴，第三階段就是設(shè)計用來將NASA的概念研究成果進行可產(chǎn)生最大影響力的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)化。

目前，特朗思阿斯特拉公司（TransAstra Corporation）和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院（Colorado School of Mines）兩家機構(gòu)獲得了NIAC資助，開展3項水冰開采技術(shù)研發(fā)。這3項技術(shù)與傳統(tǒng)地面采礦技術(shù)完全不同。他們都直接或間接用到了太陽能技術(shù)。不需要重型機械設(shè)備，僅僅一口井——因為往月球上運送重型設(shè)備成本上不允許。

特朗思阿斯特拉公司目前正在執(zhí)行兩個NIAC項目。處于第一階段的是月極推進劑開采基地（LPMO，Lunar-Polar Propellant Mining Outpost）項目；處于第二階段的為小行星原地供應(yīng)（APIS，Asteroid Provided In-situ Supplies）項目。

其中，LPMO項目基于的事實是，月球極地分布有大量的小火山口，直徑在500米~1500米，可提供數(shù)百米寬的著陸區(qū)。另外，這些火山口底部有豐富的水冰層，邊緣一般高數(shù)十米到一百米，能夠永久得到陽光照射。安裝在可高達100米桿柱（月球重力低，可行）上的太陽能板能發(fā)電，一方面為基地設(shè)施提供電力，另一方面可以直接或間接地（通過動力電池）為長時間運動開采水冰的月球車提供電能。

月球車將進行“輻射氣體動力”（Radiant Gas Dynamic）采礦。月球車駛往預(yù)定的采礦點，將水蒸氣采集罐下落在在火山口底部表面，然后混合使用紅外、微波和電波輻射使水冰升華，直接變成水蒸氣。這些水蒸氣將被采集罐收集并轉(zhuǎn)化為“低溫阱”（Cryotraps）進而濃縮成水。月球車采集罐水滿后，將返回基地，卸水之后再重復(fù)上述過程。公司估計，利用美國正在研制的新型重載火箭，能夠向月球發(fā)射重量在2噸~5噸的月球車，這樣的月球車每年能夠開采其重量20~100倍的冰水。

APIS項目的目標是采礦，或“捕獵”近地小行星，將小行星網(wǎng)在“袋子”里。太陽光直接聚焦照射在小行星上，將其爆裂，釋放出水。要完成此項作業(yè)，需要特殊的宇宙飛船組合。包括近地軌道技術(shù)展示器——“小蜜蜂”（Mini Bee），以及作業(yè)宇宙飛船“蜂后”（Queen Bee），其作用是捕獲并開采直徑小于40米的小行星。NIAC的合同內(nèi)容是開發(fā)可供飛行的采集器。在這方面，特朗思阿斯特拉公司能夠提供低地軌道應(yīng)用示范。

科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的項目為開發(fā)“熱采礦”（thermal mining）模型，包括月極火山口邊緣上的定日鏡（跟隨太陽移動并將太陽光線反射到固定方向的光學(xué)裝置）；研發(fā)可以建在火山口底部“捕蓬”（Capture tents）。

火山口邊緣上的定日鏡將把太陽光反射到捕蓬頂上的光學(xué)裝置上，捕蓬可以聚集太陽光，反射到捕蓬，然后到達火山口底部，使得水冰升華。水蒸氣隨后被捕蓬采集。然后，可以用太陽光來加熱熱導(dǎo)棒以抵達月球表面。

該項目目前處于第一階段。其主要任務(wù)是開發(fā)與目標火山口底部發(fā)現(xiàn)的水-冰-月壤組合類似的物質(zhì)（月壤與地球表面的土壤類似，但是月壤與土壤完全不同，因為土壤含有大量的有機物，而月壤不含任何有機物），可以在低溫真空室驗證各種太陽能加熱方法的效果。

“商業(yè)性月球推進劑架構(gòu)”（Commercial Lunar Propellant Architecture）報告顯示，補充燃料技術(shù)降低了太空運輸成本，業(yè)界將出現(xiàn)全新的商業(yè)模式和勘探機會。即使研究中的客戶尚處于早期階段，這也是一項可以贏利并具備良好發(fā)展?jié)摿Φ耐顿Y�！�