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开采的模拟方案，该图由华中科技大学提供。图②呈现的是太空采矿机器人的试验机型，由中国矿业大学提供。
在广阔无垠的宇宙中，蕴藏着无尽的宝贵资源，这些资源长久以来都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首台太空采矿机器人，这一重大科技成就，再次激发了公众对太空资源的兴趣。为了实现太空采矿的宏伟愿景，科学家们在太空资源的勘探、钻孔技术以及现场利用等多个领域进行了深入的探索和研究。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，以此来解决地球矿产资源可能面临耗尽的困境。
太空之中蕴藏着哪些宝贵资源呢？暂且不提遥远的星系，仅月球和太阳系内的小行星就拥有着丰富的物资。在这些资源中，有些甚至是地球所不具备的。科学家们研究发现，月球表面的土壤中富含太阳风带来的气体，其中就包括可控核聚变所需的关键原料——氦-3；而月球上分布广泛的克里普岩，则含有大量的钍元素和稀土元素，其储量相当可观。
木星与火星轨道间存在一个小行星带，它主要由岩石和金属构成的小型天体所构成。这些小天体中富含铁、镍、钴、铂族金属等多种元素，还含有水冰和氢氧化物，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于此。它不仅与空间技术紧密相连，还涉及采矿学、空间信息科技，以及天文学和行星科学等多个领域。这些关联性能够有效推动科技和太空探索的共同进步。中国矿业大学机电工程学院的刘新华教授如是表示。
近地小行星因其资源密集、开发前景广阔且技术要求不高，在科学领域备受瞩目。刘新华指出，小行星带内铂族金属的储藏量极其丰富，直径为一公里的单个小行星可能含有高达一亿吨的铂，其潜在的经济开采价值相当可观。
郑永春馆长和深圳理工大学的教授，在探讨太空资源的开采价值时指出，太空资源主要涵盖两个领域：一是地球资源中稀缺且开采成本高昂的高价值物资，二是为长期太空生活所必需的资源，如有机物和水等。他强调，某些资源若从地球运至太空，其成本将极为高昂，因此必须考虑现场利用。
哈勃望远镜对小行星带中的灵神星进行了光谱研究，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星体表面。
郑永春指出，小行星是太阳系形成过程中的遗留物质，其中一部分主要由岩石构成，另一部分则主要含有金属。据相关数据推测，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，部分甚至几乎为零重力。在这样的环境中，传统的采矿设备难以保持稳定运行，很容易因为反作用力而失去控制，导致矿石的采集和运输效率极其低下。
刘新华提到，我们团队研发的太空采矿机械，其设计采用了六足形态，其中包含三个轮足和三个爪足，这一设计主要是为了应对太空中的微弱重力条件。为了克服失重状态下的漂移问题，科研人员借鉴了昆虫爪刺的结构，精心设计了特殊的爪刺式足部。
太空采矿作业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，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，但在深空区域或小行星带，由于光照条件较差，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确认。“对于长期任务而言，我们依赖的是可持续的能源，而现有的技术还不足以满足高能耗的需求。”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，则必须搭建轨道中转设施以及可循环使用的运输体系，但目前这些技术的成熟度还相对较低。刘新华如此表示。
为攻克众多挑战，刘新华教授的科研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，这款机器人采用了轮足和爪足相结合的设计，具备适应月球和小行星表面复杂地貌的能力，并集成了移动、固定、钻探以及采样等多种功能，能够同时应对多种资源的处理。此外，团队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，太空采矿的支出主要受到运输能力的制约。要想实现星际采矿，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，因此这一技术的实现至关重要。
前景如何？
相关研究尚在起步阶段，研究人员正从资源勘探、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尚在起步阶段。在半个多世纪的深入探测中，人类已经收集到了相当丰富的资料和初步的技术经验。在这些技术中，有一些经过改良和深化，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。
在太空采矿设备的研发领域，刘新华指出，全球科研界的研究进展主要聚焦于自主操控机器人技术、现场资源开发、微重力条件下的作业操作、高能效能源技术以及材料科学等关键方向。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；而美国宇航局更是为月球开采任务量身定制了机器人，这些机器人装备有旋转式挖掘装置，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；从长期角度考量，太空采矿有望实现规模化发展，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兴起。刘新华如是说。
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，例如月球基地和火星城市的建设。在相当大的程度上，太空探索的进展速度与人类的决心紧密相关。虽然太空探索的投入似乎短期内难以看到回报，但它对科学发现和技术创新具有显著的推动作用，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？
刘新华构想中的它，是一个完全自主的“太空工厂”，拥有自我修复功能和跨越不同天体的适应能力，既可通过远程控制操作，亦可通过脑机接口实现人与机器的深度结合。要达成这些目标，离不开人工智能、材料科学以及能源技术等领域的重大突破，以及全球范围内在太空资源开发方面的紧密协作。
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、智能化升级以及资源的高效应用，持续对这些方面进行优化。
《 人民日报 》( 2025年05月17日 06 版)
