告別挖掘?月球和其他小行星採礦可能依賴太陽能

告別挖掘?月球和其他小行星採礦可能依賴太陽能

(礦業倡導者認為,月球兩極水冰的商業開採將能夠獲取充足的燃料補給)

未來的太空採礦,十字鎬或將無用武之地。

如果NASA此前資助的3個項目具有指導意義,那麼從月球和近地小行星上開採水冰的最佳方法是藉助太陽能或其他形式的輻射。加利福利亞州TransAstra Corp公司創始人兼首執Joel Sercel說:“所有人都開始意識到水資源將是太空工業發展的石油。”

採礦倡導者說,如果人類想要涉足到地球軌道之外,那麼獲取月球等近地小行星上水資源至關重要。水不僅能維持宇航員的生命,同時水也可以分解為氫和氧,作為航天火箭燃料的主要成分來源。如果能獲取這些水資源,月球和小行星就會成為太空“補給站”,給執行深空探索任務的飛船提供燃料補給。

TransAstra公司致力於太空採礦。2019年,TransAstra公司的兩個項目獲得了NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) 計劃的資助,NIAC旨在促進可以改變遊戲規則的太空探索技術研發。

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TransAstra的“月球極性推進劑採礦前哨站(LPMO)”理念獲得了NIAC第一階段獎,該獎是為了資助早期概念研究而設立,LPMO為開發月球極地隕坑的水提供了一個潛在框架。

月球隕石坑的底部處於永久的陰影中,並且數十億年如一日,沒有一點光照。事實上,這就是為什麼它能儲藏豐富的水冰資源。自月球誕生以來,它們就成為了“冷阱”,讓月球上水冰得以留存。但是,這些隕石坑的邊緣幾乎一直處於陽光中,這讓獲取太陽能成為可能。並且,在多數情況下,這些邊緣並不高-距離坑底只有330英尺(100米)或低於隕石坑表面。

NIAC網站上公佈的LPMO項目描述,這些隕石坑是理想的著陸點,此處可以垂直放置100米高的桅杆,桅杆上可以安裝太陽能電池板(重量輕,月球重力小),它們可以提供不斷的電能。

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大型登陸器或中型採礦前哨站可以設在隕坑底的可開採的永久凍土上,桅杆上的太陽能電池陣列能夠供應它們所需的電能。這樣,開採工作將由電力驅動的漫遊者進行,開採勘漫遊者將射頻、微波和紅外線的組合發射到泥土上,利用輻射蒸發水冰,讓水冰向上遷移到“低溫冷阱”中。

TransAstra公司的代表表示,執行開採任務的漫遊者可能搭載NASA大型太空火箭或者是藍色起源號的新格倫火箭。目前,這兩種火箭都在研發中,火箭的重量可能在2到5噸之間,它能夠每年收集相當於自身重量20到100倍的水。

LGMO承諾將會極大程度上降低建造和維護一個大型月球極地前哨站的成本,該前哨站開始可以作為NASA宇航員探索月球的工作站,然後作為美國月球產業化的灘頭陣地,開始為遊客搭建月球旅館,實現商業計劃。

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相較於LPMO項目,TransAstra公司的第二個太空採礦項目更為宏遠。該公司今年還獲得了第三階段NIAC獎,繼續開發其APIS(小行星原位補給)任務架構和申請專利“光學採礦”技術。

APIS的方法是將合適的近地小行星包裹,然後利用聚焦的陽光燒蝕和破碎岩石,釋放裡面儲存的水。APIS介紹了將要進行這項任務的航天器家族,近地軌道(LEO)的“小蜜蜂Mini Bee”技術展示飛船,還有能夠捕獲和挖掘寬約40米太空岩石的“蜂后Queen Bee”飛船。Sercel說,NIAC第三階段工作的一個主要目標是讓小蜜蜂做好飛行準備,這樣團隊才能開展一個示範任務,將飛行器應用到實際。

2019年另一個NIAC獲獎者關注的主題是輻射。科羅拉多礦業學院George Sowers領導的一個團隊,該團隊獲得了NIAC第一階段獎金,他們致力於研究月球和整個太陽系其他低溫天體的“熱力開採”潛力。熱力開採可以將陽光重新引導到物體表面,也可以通過埋在地下的導電杆或者發熱裝置引導熱能至地下。

“我們的主要目標之一是在低溫真空室內中創建冰層模擬實驗,並測試這些不同加熱方法的有效性,”Sowers在2019年6月與NASA未來空間操作(FISO)工作組的一次演講中說。Sowers在他的FISO演講中提出了一個未來月球採礦的設想,注重月球採礦的經濟性。安裝在極地隕石坑邊緣的定日鏡(跟蹤太陽運動的鏡子)可以將太陽光反射到隕石坑底,反射到裝有光學設備的“捕捉帳篷”的頂部。這種聚焦的陽光——也許有埋在地下的加熱裝置的幫助——會使地下的水冰蒸發成水蒸氣,然後捕獲它們。

Sowers和他的團隊相信,這一基本設計理念具有巨大潛在價值。從月球永久陰暗區開採水資源的預估結果顯示,熱力開採可以獲取大量工業發展用水,水資源還能用於推進劑生產,同時熱力開採法能耗比挖掘方式下低60%。”

人類會不斷向低地軌道外擴張,真正的地外經濟的出現也會成為必然,但是它們可能都將依靠太陽能,至少在其早期階段是這樣。畢竟,太空採礦將會從水開始,但不會就此止步。Sercel說:“一旦我們擁有了從小行星上開採水資源並且生產推進劑的技術,高成本效益驅使的金屬礦石開採也為期不遠。”


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