图①展示了由华中科技大学提出的关于月球玄武岩开采区域的模拟效果图。该图由中国矿业大学提供。图②呈现的是用于太空资源开采的试验型采矿机器人。此图亦由中国矿业大学提供。

在广袤无垠的宇宙中，无尽的资源储备始终激发着科学家的探索欲望。近期，我国中国矿业大学成功研发出首台太空采矿设备，这一重大技术成就，再度点燃了公众对太空资源的热切关注。为了实现太空采矿的宏伟愿景，科研人员围绕太空资源的勘探、钻探技术以及现场应用等领域展开了深入的研究和探索。那么，这些“星际矿工”又是如何进行采矿的呢？本期“瞰前沿”，我们就来看看太空采矿离现实还有多远。

——编 者

为什么去？

既能获取地外资源，也能牵引深空探测技术发展

人们对太空开采资源充满憧憬，其首要目的是为了获取这些资源，以便解决地球上的矿产资源在未来可能面临耗尽的困境。

太空之中藏有何种宝贵物资？暂且不提遥远之处，月球以及太阳系内的小行星等天体便储存了大量的资源，其中不乏地球所不具备的。科学家们研究发现，月球表面的土壤中蕴含着丰富的太阳风气体，其中就包括可控核聚变所需的宝贵原料——氦-3；此外，月球上广泛分布的克里普岩，其内含有大量的钍元素和稀土元素，其储藏量更是相当可观。

木星与火星之间存在着一个小行星带，该带主要由岩石和金属构成的小型天体所组成。这些天体含有丰富的铁、镍、钴以及铂族金属等元素，同时含有水冰和氢氧化物。这些资源对于太空基础设施建设、能源供给以及生命维持系统等方面具有重要意义。

太空采矿的价值远不止这些。“它不仅与空间技术、采矿技术、空间信息技术以及天文学、行星科学等领域紧密相连，而且还能推动科技和太空探索的进步。”中国矿业大学机电工程学院的刘新华教授如此阐述。

近地小行星因资源分布集中、开发前景广阔且技术要求不高，吸引了科学界的广泛关注。刘新华指出，小行星带内铂族金属的储备量十分巨大，直径为一公里的某颗小行星或许含有高达一亿吨的铂，其潜在的采矿价值相当显著。

郑永春馆长和深圳理工大学教授认为，太空资源主要分为两类：一类是地球上稀缺且开采成本高昂的高价值资源，另一类则是为长期太空生活所必需的资源，如有机物和水等。“有些资源从地球运送到太空，其成本极其高昂，因此我们必须在太空就地利用这些资源。”郑永春如此表示。

哈勃望远镜对小行星带中的灵神星进行了光谱分析，结果显示其金属成分占比达到了82.5%，并且这些金属物质大部分都裸露在行星表面。

郑永春指出，小行星是太阳系形成过程中的遗留物质，其中一些主要由岩石构成，而另一些则以金属为主要成分。据估算，灵神星主要由硅酸盐岩石以及铁、镍等金属元素组成。

难在哪儿？

深空通信、能源供应、运输物流等环节都面临巨大挑战

太空采矿是一个长期的、极其复杂的系统工程。

首先，微重力环境下的作业面临诸多挑战。小行星的质量普遍较小，其引力极为微弱，部分甚至接近于零重力状态。在这样的极端环境下，传统的采矿设备往往难以保持稳定运作，很容易因为反作用力的干扰而失控。此外，矿石的采集与运输效率也极为低下。

刘新华提到，我们团队研发的太空采矿机械拥有6足结构，包括3个轮足和3个爪足，这一设计主要是为了应对太空的微重力条件。为了克服失重导致的漂移问题，科研人员借鉴了昆虫爪刺的结构，精心设计了独特的爪刺足。

太空采矿活动不仅需克服微重力带来的挑战，还需应对原位资源开发的技术瓶颈、强烈辐射等复杂状况，同时还要解决深空通讯、能源补给、物流运输等方面的重重困难，每一项都构成了巨大的考验。

以能源补给为参照，传统的深空探索主要依靠太阳能，然而在深空或小行星带，光照条件不佳，导致太阳能电池的效能显著降低。尽管小型核反应堆尚在实验阶段，其稳定性和安全性尚未得到充分验证。“对于长期任务而言，可持续能源是关键，而现有技术尚无法满足高能耗的需求。”刘新华如此表述。

将矿石从遥远太空带回地球，必须面对强大的引力挑战，这导致燃料消耗巨大，成本高昂；而若将资源用于月球和火星基地的建设，则需要构建轨道中转设施以及能够反复使用的运输系统，然而，目前这些技术的成熟度仍然较低。刘新华如此表示。

为了攻克诸多挑战，刘新华教授带领的科研团队在实验室中构建了模拟近地小行星的环境，对太空采矿机器人的地面测试进行了深入研究。研究结果表明，这款机器人采用了轮足与爪足相结合的设计，具备适应月球和小行星表面复杂地貌的能力，集成了移动、锚定、钻探以及采样等多种功能，能够同时应对多种资源的处理需求。此外，团队还通过模拟微重力条件下的悬挂机构，对机器人的运动性能进行了可行性测试。

郑永春指出，太空采矿的投入主要取决于运输能力。他强调，若要实现星际采矿，必须大幅削减地球与太空间的运输费用，而这又依赖于火箭的重复使用，这一点至关重要。

前景如何？

相关研究尚在起步阶段，科学家正从资源勘探、钻孔技术等多个领域着手进行深入探究。

太空采矿领域的研究目前还处在起步阶段。在过去的半个多世纪里，人类通过深空探测积累了相当数量的资料和初步的技术经验。在这些技术中，有一部分经过改进和深化，有望在未来的太空采矿活动中派上用场，比如资源勘探、钻孔技术和现场资源利用等方面。

在太空采矿设备的研发进程中，刘新华指出，全球科研领域的研究进展主要聚焦于自主操控的机器人技术、现场资源的开发利用、微重力条件下的作业能力、高效的能源供应系统以及材料科学等多个方面。以日本和美国为例，它们已经成功对小行星采样技术进行了验证；而美国国家航空航天局则特别为月球开采任务研发了机器人，这些机器人装备有可旋转的挖掘装置，能够在月球低重力环境中高效地收集月球土壤。

在短期内，试验性的开采活动将聚焦于月球和小行星，旨在促进技术的验证和商业化的探索进程；而从中长期的角度来看，太空采矿有望达到规模化生产，这将有助于月球和火星基地的建设，同时也会催生太空经济的蓬勃发展。刘新华如此表示。

郑永春指出，太空采矿的核心目标在于满足人类未来在太空长期居住的需求，诸如月球基地、火星定居点等项目的建设。在相当大的程度上，太空探索的进展与人类坚定的意志密切相关。尽管太空探索的投入短期内似乎难以看到直接回报，但它对科学成就和技术创新具有显著的推动力，进而带来巨大的经济和社会效益。

太空采矿机器人的未来形态是什么样？

刘新华构想的它，是一个完全自主的“太空制造基地”，不仅拥有自我修复的功能，还能适应不同天体环境，能够进行远程操作，甚至可以通过脑机接口实现人与机器的深度结合。要实现这些目标，需要人工智能、材料科学以及能源技术等领域的重大突破，并且在全球范围内对太空资源进行深入的共同开发。

太空采矿机器人的研发仍在不断推进之中，刘新华表示，研发团队将致力于模块化设计、智能化提升以及资源的高效运用等方面，不断进行优化和改进。