本报记者 喻思南
图①展示了由华中科技大学提出的关于月球玄武岩基地的模拟方案，该图由华中科技大学提供。图②呈现的是一款太空采矿机器人的试验机型，该图由中国矿业大学提供。
在广袤无垠的宇宙深处，蕴藏着无尽的宝贵资源，这些资源始终激发着科学家们探索的热情。近期，我国中国矿业大学成功研发出我国首台太空采矿机器人，这一重大科技成就，再次点燃了人们对太空资源的热切关注。为了实现太空采矿的宏伟愿景，科学家们在太空资源的探测、钻孔技术的进步以及现场资源利用等多个领域，展开了一系列深入的探索和研究。那么，“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
人们对太空采矿充满憧憬，其根本目的是为了获取太空资源，以便解决地球矿产资源可能面临耗尽的困境。
宇宙中存在哪些宝贵物质？抛开遥远的星系不谈，月球和太阳系内的小行星就储存了大量的资源，其中不少是地球所缺少的。科研人员研究发现，月球表面的土壤中蕴含着丰富的太阳风气体，这些气体中就包含了可控核聚变的关键成分——氦-3；此外，月球上分布广泛的克里普岩，其内含有大量的钍元素和稀土元素，且其储藏量相当可观。
木星与火星轨道之间分布着一个小行星带，该带由众多岩石和金属组成的小天体所构成。这些小天体中含有丰富的铁、镍、钴以及铂族金属等元素，还包含水冰和氢氧化物，它们在太空基础设施建设、能源供应以及生命维持等方面具有广泛应用价值。
太空采矿的价值远不止这些。“它紧密关联着空间技术、采矿技术、空间信息科技以及天文学、行星科学等多个领域，对推动科技进步和太空探索的深入有着重要推动作用。”中国矿业大学机电工程学院的刘新华教授这样阐述。
近地小行星资源丰富，开发前景广阔，且技术要求不高，因此备受科学界的瞩目。刘新华指出，小行星带内铂族金属的储备量十分巨大，直径为一公里的近地小行星或许含有高达一亿吨的铂金属，其潜在的经济开采价值十分显著。
郑永春馆长和深圳理工大学教授认为，太空资源可大致分为两类：一类是地球上较为匮乏、开采成本高昂的高价值资源；另一类则是支持长期太空生活所必需的资源，例如有机物和水等。“部分资源若从地球携带，其成本将极为高昂，因此必须考虑现场开采利用。”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%，而且这些金属大部分都裸露在行星表面。
郑永春指出，太阳系形成后遗留下来的小行星，其构成多样，其中一部分以岩石为主，另一部分则以金属为主要成分。据相关估计，灵神星主要由硅酸盐岩石以及铁、镍等金属元素构成。
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。在这样的环境中，传统的采矿设备往往难以保持稳定工作，很容易因为反作用力的作用而失控。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，其设计采用了六足行走方式，包括三个轮足和三个爪足，这一设计主要是为了应对太空微重力环境。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。
太空采矿作业除了需克服微重力带来的挑战，还需应对原位资源开发的技术障碍、强烈辐射等复杂情况，还要面对深空通讯、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挑战。
以能源补给为参照，传统的深空探索主要依靠太阳能，但在深空或小行星带，由于光照不足，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，其稳定性和安全性还需进一步验证。“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要求。”刘新华如此表示。
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；若将资源用于月球和火星基地的建设，则必须搭建轨道中转设施和可循环使用的运输体系，但当前这些技术的成熟度还相对较低。刘新华如是说。
为攻克诸多挑战，刘新华教授的研究团队在实验室中重现了类似近地小行星的环境，对太空采矿机器人的地面操作进行了检验。检验结果表明，这款机器人融合了轮足和爪足的设计，具备适应月球及小行星表面复杂地貌的能力，并集成了移动、固定、钻探和取样等多种功能，能够同时应对多种资源。此外，他们还通过模拟微重力环境下的悬挂装置，对机器人的运动性能进行了可行性测试。
郑永春指出，太空采矿的投入费用主要取决于运输能力。为了实现星际采矿，必须大幅削减地球与太空之间的物流费用，而这又依赖于火箭的重复使用，因此这一点至关重要。
前景如何？
相关研究领域尚在起步阶段，研究人员正从资源勘探、钻孔技术等多个角度着手进行深入研究。
太空采矿领域的探索目前尚在起步阶段。历经半个多世纪的遥远太空探索，人类已累积了大量宝贵资料和初步技术经验。在这些技术中，有一部分经过改良和深化，有望在未来的太空采矿活动中派上用场，比如资源勘探、钻孔作业以及现场资源开发等。
刘新华提到，在太空采矿设备的研发领域，全球科学界的研究进展主要聚焦于自主机器人技术、现场资源开发、微重力条件下的作业操作、高效能源管理系统以及材料科学等方面。以日本和美国为例，它们已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更是为月球开采专门研制了机器人，这些机器人装备有旋转式挖掘臂，能够在月球低重力环境中高效收集月球土壤。
在短期内，我们将以月球和小行星为开采对象，以此促进技术的验证和商业化的探索；而从中长期角度考量，太空采矿有望达到规模化生产，助力月球与火星基地的构建，同时还将催生太空经济的兴起。刘新华如此阐述。
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，例如构建月球基地、火星定居点等。在极大程度上，太空探索的深入程度依赖于人类的意志。尽管太空探索的投入短期内似乎难以见到直接回报，但它对科学发现和技术创新具有显著的推动力，进而产生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？
刘新华构想中的它，是一个完全自主的“太空工厂”，拥有自我修复的能力和跨越不同天体的适应性，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。要实现这些功能，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开发利用。
太空采矿机器人的开发仍在不断进行中，目前这个项目正经历着持续的改进。刘新华指出，研发团队正致力于对机器人的模块化设计、智能化水平以及资源的高效运用等方面进行深入的优化工作。
《 人民日报 》( 2025年05月17日 06 版)
