我有一个太空采矿梦

时间:2021/05/18

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6月11日,起源太空科技有限公司(以下简称起源太空)“仰望一号”光学/紫外双波段太空望远镜搭载长征二号丁火箭成功发射升空。这是继4月27日,起源太空通过太原卫星发射中心用长征六号运载火箭,以“一箭九星”的方式将NEO-01航天器成功送入预定轨道后,第二颗成功上天的卫星。

两颗卫星上天,是起源太空创始人、香港大学空间科学实验室执行主任苏萌小行星采矿梦想的第一步。

曾经出现在科幻小说中在太空采矿的场景,也将随着苏萌的小行星采矿梦而可能成为真实世界中的一幕。

从科幻电影的场景开始

2007年,刚进入哈佛大学攻读天体物理博士的苏萌,接到了哈佛—史密森天体物理学中心一位头发花白的老教授Martin Elvis给他推荐的题目。当时,他一下愣住了:小行星采矿。“我的第一个念头是,接了这个题目我还能顺利毕业吗?这不是科幻电影的场景吗?”苏萌在接受《中国科学报》采访时开玩笑地说。

读博期间,苏萌与同事使用费米伽马射线太空望远镜发现了“费米气泡”。这是银河系的银盘两侧分布的两个巨大的、对称的“气泡状”结构,也是人类迄今为止认知到的银河系最大的结构。费米气泡的发现可以为认识宇宙中星系的形成与演化,以及宇宙中多种尺度的起源问题带来帮助。

基于该成果,苏萌获得世界高能天体物理领域最高成就奖——布鲁诺·罗西奖。他是近40年来该奖项最年轻的获得者和唯一一位华人获得者,其研究成果入选美国物理学会“世界十大物理学进展”及《天文学》杂志“年度十大天文学进展”。

与此同时,太空资源开发与利用的浪潮在全球迅速蔓延,2010年世界首家太空采矿公司行星资源公司成立。苏萌跟着导师穿梭于哈佛校园的天文系、物理系、地球与行星科学系,以及法学院、商学院、政府管理学院,跟全球顶尖的学者讨论太空资源开发与利用的技术、法律、商业模式、政府政策等。

成为麻省理工学院帕帕拉多学者、美国航天航空局爱因斯坦学者的苏萌,在麻省理工学院期间不断往返中美两地,寻找在中国开展太空探索与资源利用的机会。2016年,苏萌加入香港大学,成为香港大学空间科学实验室执行主任。2019年,中国第一家致力于开展太空资源开发与利用的商业公司——起源太空正式成立。

虽然公司成立伊始便经历了百年不遇的新冠肺炎疫情,但苏萌的计划并未因此受阻。甚至在今年4月,公司正式向太空发射了NEO-01。6月11日,起源太空“仰望一号”也成功发射。

让天文学发展实现自我造血能力

至今,苏萌还记得导师交给他小行星采矿项目时认真的神态。“他说,小行星采矿是天文学改变人类文明进程的契机。当天文学真正影响社会和民众利益的时候,这个古老的学科将会以完全不同的发展模式快速成长起来。”苏萌回忆说。

天文学诞生于人类对昼夜更替、四季轮回、天文现象的好奇中,古代的天文观测曾与历法的制定密不可分。随着观测手段不断进步,天文学研究的对象也从种种天文现象,转为更为精准的宇宙物体,大到行星、恒星、太阳系、银河系、星系团以至可观测的宇宙,小到小行星、流星体,乃至分布在广袤宇宙空间中的大大小小尘埃粒子。

天文学正在不断拓展人类的知识边界,人类对宇宙的认知也在更宏大的尺度上定义了文明发展的阶段。只是天文学研究本身似乎很难像其他学科一样实现产学研结合,从而进入与社会发展相辅相成的良性循环,并且需要大量的资金投入。这也是天文学大科学装置往往需要国家支持的原因。

但是,天文学家并不满足于此,他们渴望学科贴近人类生活。而事实上,人类对太空资源的开发与利用正是文明发展的重要机会,也蕴藏着巨大的商业价值,从而实现天文学学科发展的自我造血能力。这一点是苏萌从未敢忘却的使命。

另一个让苏萌奋不顾身投入小行星采矿的原因是,让中国在世界太空资源开发领域中能够占有一席之地。

事实上,早已有国家打起了太空资源拥有权的“算盘”。就地球而言,其周围的近地小行星上也有地球内部蕴藏的矿产资源。不过,地球上的矿产大都藏于地表下较深的区域,很难开采或成本高昂,尤其是一些稀有金属。但这些矿产在小行星上的情况则不同,它们可能存在于浅薄的表面,十分方便开采。“更重要的是,未来人类太空建设需要的原材料,尤其是水,可以从月球或小行星的表面获得,从而改变人类利用太空的方式。”苏萌解释说,这也是为什么人类会将采矿的视线投向月球和小行星。

只是在广袤的太空中,小行星数量之多无法预测,那么如何判定这些小行星到底属于谁?最先注意到这个问题的是美国,他们在《商业空间发射竞争法》规定了私人可获得开采矿物的所有权。卢森堡紧随其后,于2017年颁布了《太空资源开发与利用法》。

苏萌认为,太空资源所属权终将成为世界各国都参与的事项,占领先机无疑会对国家未来的发展有利。事实上,我国只参与了国际空间法的部分条约和协定。有数据显示,《外空条约》已有包括卢森堡、美国、中国在内的107个缔约国,而《月球协定》只有18个缔约国,且卢森堡、美国、中国均不是缔约国。

“我希望以我绵薄之力,先跟上其他国家的步伐。”苏萌如是说。

仰望星空才能脚踏实地

马斯克总是走在科学的前沿,却鲜有人想到他为什么可以做到这一点。毫无疑问,他最初为自己定下去火星的目标,使他的众多奇思妙想目标一致,且几乎所有的科技创新都与此有关。

苏萌也正在践行这一点:瞄准小行星采矿这一目标,坚实地踏出每一步。4月发射的NEO-01就是苏萌为小行星采矿之行迈出的第一步。“若要实现小行星采矿,可以是在一颗大型的小行星表面降落、进行开采;或者捕获一颗几米大小的小行星,将它带回地月系统,再进行开采。”起源太空首席行星科学家、北京大学天体物理学博士张晓佳介绍道。“我们的目标是用低成本的方式实现第二种方案。”

为了实现这一点,苏萌和团队需要在地面和太空中做大量实验,目标是在提高捕获成功率的同时,尽可能地降低任务成本。据他透露,未来的目标是将任务的成本降低到国际同类公司的1/10以下。

为了验证太空采矿技术,NEO-01诞生了。它肩负的使命比捕获小行星简单些,是捕获一个小行星的模拟目标,将它拖拽至大气层中与之“同归于尽”。张晓佳介绍说,现在NEO-01的运行良好,只需等待它进入此前预设的轨道,就可以开展实验任务了。

除了主任务外,NEO-01还搭载了摄像头,助力研究人员研究太空中的实验过程。

而6月上天的起源太空“仰望一号”,则是我国第一台地球轨道上的光学/紫外双波段太空望远镜,肩负着搜寻小行星的任务。

观察、捕获,再将小行星“囤积”于地月轨道,这对苏萌来说还只是开始。他期望有一天可以开采小行星的矿产,并在太空中直接冶炼,用于太空建设。而这一切,在苏萌眼中并不比人工智能的实现更难。因为在国内进行创业期间,苏萌惊喜地发现,国内的航天产业几乎已经形成闭环,即便是疫情冲击了全球航天产业等行业,但对中国影响不大。

建议成立小行星采矿专业

“我曾经在国内找了很多高校和单位,发现有些技术即便没有成熟化,也有人曾经做过相关的研究,也就是说如果要实现小行星采矿这一目标,我国完全有基础发展完整的产业链,实现工业化、商业化太空资源开发与利用,争当全球第一,引领人类在太空中不断拓展文明的疆界。”苏萌说,小行星采矿为众多技术提供试验与实现的平台,在材料科学、生物医药等领域都有广阔的应用前景。

现在苏萌又有了新的想法,在国内促成小行星采矿专业的建立。2018年,美国科罗拉多矿业学院太空资源中心就正式开设了小行星采矿专业,开发全球第一个太空资源相关的正式课程,以培养下一代太空科学家和工程师。目前,该中心计划开设硕士及博士相关课程,此外,还为从事太空研究的专业人士提供短期进修课程。学生可通过学习获得核心知识,并在负责探索、提取及使用太阳系资源的系统中获得设计实践。

“小行星采矿是个集矿业、天体、行星、法律、航天器、人工智能、数学等多学科交叉的学科平台。”苏萌介绍道,目前,他们与中国矿业大学、中南大学、北京大学合作的实验室已经成立,正在推动采矿专业发展。

苏萌希望这些人才梯队的建设,可以为中国未来的大型太空天文基础设施的建设贡献力量。而他自己也将为中国天文事业的发展贡献民营航天力量。

到 2025 年,苏萌和团队将发射数十台太空望远镜和更多的航天器。“参与国际竞争,在太空中展示中国企业能力”是他的目标之一。


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