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小行星:太空开发的新目标

2021-04-21邱林

检察风云 2021年3期
关键词:欧罗巴贵金属小行星

邱林

NASA设想宇航员驾驶飞行器“捕获”微型小行星

美国航空航天局(NASA)官方网站公布的观测记录显示,2021年1月1日和2日两天,有3颗直径15—20米的超微型小行星和1颗直径220米的微型小行星,从距地球数百万千米的位置飞驰而过。在太空领域,这属于比较近的距离。NASA表示,将继续密切关注与地球“擦肩而过”的小行星。

据《今日俄罗斯》报道,NASA对于小行星的关注度越来越高,一个重要原因是美国政府在2020年4月6日发布行政命令,允许美国公司开采并利用月球和小行星上的资源。

提到小行星,人们首先想到的是,它们一旦与地球相撞将造成灾难性后果。不过,随着太空科技的发展,小行星已经成为人类太空开发的新目标。

最具价值的资源——贵金属

开发利用小行星,首先要知道小行星上蕴藏着哪些资源。

据美国《大众科学》杂志报道,人类可以开发利用的小行星基本上分为两类。一类是近地小行星,主要分布在木星和火星之间的小行星带。NASA广域红外探测器(WISE)的探测结果显示,中等体积的近地小行星约有1.95万颗;另一类是从地球附近飞掠而过的小行星,其数量和出现的时间都是不确定的,实施探测和开发的难度较大。

天文学家根据光谱分析,将小行星分为三种:约15%的小行星主要由硅构成,其厚厚的硅质外层包裹着小型金属内核;约10%的小行星的成分以金属为主,主要是铁和镍,有的还蕴藏金、铂等贵金属;其余75%的小行星主要由碳构成。

对于人类来说,最具开发价值的是以金属为主要成分的小行星。意大利天文学家加斯帕里斯在1852年3月17日发现了一颗小行星,后来它被天文学家命名为“灵神星”。它位于木星和土星之间的小行星带,直径约200千米。科学家通过雷达探测发现,“灵神星”主要由铁和镍构成,还含有大量金、铂等贵金属。

NASA的科学家对小行星上贵金属的价值作了形象的描述:如果对3—5颗像“灵神星”那样的小行星进行全面开采,并把开采出来的贵金属带回地球,那么地球上所有的通电导线都可以从铜换成金,以减少热阻损耗。也就是说,黄金在地球上将不再属于贵金属!

除了开发贵金属,小行星上的水和有机化合物也是科学家关注的焦点,因为这意味着小行星上可能存在有价值的化合物,甚至可能存在地外生命。

美国“黎明”号小行星探测器曾进入“谷神星”(太阳系中已知的最大的小行星)的轨道对其进行观测,在“谷神星”北半球直径约50千米的陨坑中确认存在有机化合物。另外,木星的卫星“欧罗巴”被证实,其表面的冰层下有大量液态水,其平均深度是地球海洋的20倍,而且含氧量较高,足以维持生命的存在。

人类目前还没有从月球和火星上开采资源,为什么要将目光投向小行星呢?这是因为小行星的质量和体积都很小,依据万有引力定律,其引力自然也很小。因此,从小行星上开采并带走物资,比开采大型行星要容易。

“流浪小行星”计划

在开发小行星的技术研发方面,美国走在前列。

2019年热映的中国影片《流浪地球》,讲述了用巨型发动机将地球推离太阳系,奔向新星系的壮举。美国开发小行星的计划可以称之为“流浪小行星”。

据英国《新科学家》杂志报道,NASA正在实施一个非常大胆的计划——“捕获”小行星,并将其拖拽到距离地球比较近的月球轨道上,再进行研究和开发。

“捕获”并带动小行星,比让探测器登上小行星要难得多,整个过程非常复杂。执行这种任务的飞行器要有足够的动力,还要将类似“机械爪”的设备固定在小行星上,这样才能将它拖动。

“欧罗巴”小行星上蕴藏液态水示意图

美国凯克太空研究所的一份报告披露,NASA想先尝试“捕获”直径几百米的微型小行星。该项目的耗资将超过美国“好奇”号火星车项目。

NASA的科学家清楚,要“捕获”小行星,先得解决飞行器的动力问题,必须做到能够精确控制力度和方向,这样才能将小行星带到月球轨道上。

为此,NASA与美国TransAstra公司和约翰斯·霍普金斯大学应用研究实验室合作,开发了一款新型火箭发动机。它采用特殊的燃料,适合在外太空工作。约翰斯·霍普金斯大学的安迪·瑞夫金和TransAstra公司一位不愿透露姓名的工程师都表示,将多台这种发动机集成在航天飞行器上,能够产生巨大的推力。它将被用于美国的小行星开发计划。

那么,把小行星拖到月球轨道上之后,人们接下来能做些什么呢?

《新科学家》援引安迪·瑞夫金的话指出,NASA有一个开发小行星上的淡水资源的计划,其大致设想是:将直径几十米或上百米的一颗颗小行星分别用一个个大袋子包裹起来,然后用太阳能装置给这些小行星加热。小行星上的水蒸发后凝结在袋子中,收集起来就可以供月球基地上的人员使用。

全球最大的民间太空研究组织——美国行星协会负责人罗伊斯·弗里德曼指出,NASA公开的小行星开发计划,只是其所有相关计划中的很小一部分。美国之所以要把小行星拖到月球轨道上,是为了配合未来的月球基地建设和发展计划。美国的月球基地建成后,基地中的宇航员可以很方便地研究、开发月球轨道上的小行星。首先,小行星上可能蕴藏着能够用于建设太空基地或制造宇宙飞船燃料的资源;其次,美国宇航员可以从月球基地出发登上小行星,进行太空任务演练,为以后探索其他星球做准备。

“穿透者”:轰击小行星的炮弹

与美国的计划相比,英国开发小行星的计划仅仅是试探性的。

据英国BBC报道,英国伦敦大学学院的科学家正在开发一种重约20千克的特殊炮弹,计划用于击破“欧罗巴”小行星上的冰层。这种代号为“穿透者”的炮弹已经进行过炮击测试,瞬间穿透了一块重达10吨的超大冰块。英国科学家对测试结果感到满意。

“穿透者”并不仅仅是炮弹,它同时还将扮演“欧罗巴”小行星水资源探测器的角色——“穿透者”的中段载有微型电子传感器。其外壳由坚韧的材料制成,能保证穿透冰层时不会震坏其内部的传感器。这种炮弹穿透“欧罗巴”小行星上的冰层后,传感器就会开始工作,搜集信息,寻找有机化合物乃至生物。

“穿透者”内置的电子器材功率比较小,无法直接将信息传回地球。为此,英国科学家制订了“穿透者”的工作方案:先向“欧罗巴”小行星发射一颗大型探测卫星,“穿透者”体积较小,这颗卫星能搭载数枚“穿透者”;当卫星抵达“欧罗巴”小行星上空后,就向某一区域发射“穿透者”;炮弹穿透冰层后,将其搜集到的信息传送给卫星,卫星再把信息传往地球。

“穿透者”也有缺点——其电子傳感器的工作寿命较短。英国科学家正在对其进行改进。预计需要3年时间,“穿透者”才能投入使用。

除了美国和英国,中国、日本等国也都有自己的小行星探测、开发计划,在航天器自主导航与控制技术、小行星弱引力附着与采样技术、长寿命电推进技术、远距离测控和自主管理技术等方面分别开展了预研工作。总体来看,人类探测、开发小行星的步伐正在不断加快。

编辑:姚志刚 winter-yao@163.com

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