10年后,到天上采矿去

1903 年,俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出了一个在当时震惊世人的想法——探索小行星。这位后来成为苏联火箭之父的科学家,第一次激发了人们对太空资源的向往。

但真正挖到第一铲太空资源的却是美国人——1969年7月21日,美国宇航员阿姆斯特朗代表人类第一次登上了月球。当时,站在月球上的阿姆斯特朗,除了踩下一个大脚印,说了一句“这是我个人的一小步,却是人类的一大步”外,还收集了月球土壤和岩石带回地球。

这是人类第一次从外太空采集矿产。

阿波罗11号登月后宇航员走出舱外取土

阿姆斯特朗不会想到,这些从月球带回来的土壤,除了一部分被用于科研外,还有一些日后被拍出了天价——一克月壤420多万美元,堪比世界上最稀有的缅甸红宝石的价格。

这比在地球上苦苦挖矿寻宝要诱人得多——红宝石数量稀少,极难获取,而外太空的矿产则取之无尽,前提是能把采矿设备送到太空并安全带回矿产。

难怪有人说,未来最有钱途的职业将是太空采矿——就像几十年前的“煤老板”。

巨大的诱惑吸引着数量众多的商业冒险家。从2012年行星资源公司(Planetary Resources)公开其太空采矿计划后,一群群超级富豪、天文学家争先恐后地扑向太空采矿。

尽管2019年的一波行业低潮让部分太空采矿公司梦想破灭,但挺过低潮的“幸存者”又加快了步伐。今年3月,日本初创公司Astroscale在哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场成功发射首颗用磁铁清理太空垃圾的卫星ELSA-d;今年4月底,中国商业航天初创公司起源太空也将发射一颗名为NEO-01的太空采矿机器人原型机,并计划在2025年实现首次小行星商业开采行为;而欧洲ClearSpace公司则计划2025年承接ESA(欧空局)的一项太空垃圾清理项目。

从名字上看,清理太空垃圾和太空采矿并非一回事,但实际上这是一种技术的两种应用,太空采矿技术的初级应用便是清理太空垃圾。

在齐奥尔科夫斯基提出探索小行星近百年之后,太空采矿正在由想象变成现实,而且已经走到了商业化的边缘。

不过在投身这场新造富运动前,有必要了解下太空挖矿的以下现实:

它是亿万富翁的新游戏,极度烧钱;

太空采矿基于航空航天技术,商业航天2010年进入发展快车道,是太空采矿热起来的必要条件;

除了仰望星空的梦想,太空采矿还有更现实的诉求,它可能会颠覆地球现有的工业体系;

已经有不少国家立法鼓励和支持本国商业公司参与“太空矿业”竞争;

真要实现去天上采矿,可能还需要20年的探索,现阶段可能的商业化路径是“清理太空垃圾”。

1.太空采矿:下一场造富运动

太空采矿热几年前就在上演。 

2012年4月24日,一家名为行星资源的公司,在西雅图飞行博物馆召开新闻发布会,宣布以几颗小行星为目标,对其水资源和贵重金属进行勘探和开采。公司宣称,这项开发将为地球创造“数以亿计的GDP”。 

行星资源公司成立于2009年,这时候它已经隐身运作了三年。 

尽管如此,行星资源的太空采矿消息一出,还是让众人惊讶。第一次听这样的计划,相信很多人会以为这简直天方夜谭,甚至还会把它当作“骗子项目”。 

但公司背后的股东名单可能会让人更震惊:既有谷歌首席执行官拉里·佩奇与董事会主席埃里克·施密特,Word之父、微软前首席软件架构师查尔斯·西蒙尼,Sherpalo创建者、谷歌董事局成员西姆亚姆,佩罗集团董事局主席罗斯·佩洛特等身家亿万的企业名流,也有科幻片《阿凡达》的导演詹姆斯·卡梅隆 (《阿凡达》上映时行星资源公司刚成立), 还有一群前NASA科学家…… 

这群富可敌国、头脑精明的精英领袖们,会为了行骗而编出这样的故事吗?答案可能是另外一种——太空挖矿是一场更大的造富运动。 

现代工业对资源消耗量越来越大,一些资源已日趋枯竭。BBC曾做过一份报告,地球上的铟是ITO靶材、半导体材料的重要元素,但地壳剩余开采年限只剩十几年;铂是重要的催化剂,但地壳中极为稀少,剩余开采年限也不到20年;就连人们常见的银剩余开采年限也只有20余年。 

从更宏大的视角看,过去百年的工业革命依靠的是煤、铁等地表资源,而新一代科技发展依赖的稀有重金属则主要沉淀到地心,开采难度极大。但天上就不同了,那里资源极其丰富:小行星富含大量的金属资源,甚至有预测某些星球几乎遍布黄金、钻石……完美解决地球资源稀缺的问题。地球上目前开采的铂金属就是在亿万年的地球演化史中被小行星“砸”下来的。 

换句话说,如果能够大量获取太空资源,很可能会颠覆地球现有的工业体系,重塑科技实力。这或许说明了,为什么越是科技富豪越对外太空感兴趣。 

在行星资源后,陆续有十余家新兴公司加入到“太空采矿天团”中。其中包括开发出3D打印机的3DSystems公司、深空工业公司,日本的Astroscale在中国成立的起源太空。 

公司一拥而入,资本也跟着进来了。行星资源获得了接近5000万美元的融资,日本月球探索初创公司ispace先后融资超过1.2亿美金,Astroscale共融资超过1.9亿美金,中国的起源太空也在成立后不久获得5000万元天使轮融资。 

第一波太空挖矿热,就这样轰轰烈烈地展开了。 

2.为什么没和登月一起热起来?

即使是这波热潮,距离阿姆斯特朗踏足月球也已经过去了40多年。在人类取回月壤和岩石后,为什么没有将目光从月球转向更多的小行星? 

所谓太空挖矿,主要是在月球和小行星上开采矿产资源。完成太空资源采集,要分成五个阶段:找矿-探矿-落矿-采矿-用矿。每个阶段都有对应的航空航天技术。 

太空采矿,首先需要的是可对小行星地质材料进行分析的望远镜;其次需要有能够捕捉、控制天体的能力。比如外太空没有引力,当一个机器人去捕捉一个天体时,很可能自己先被弹开;且高速飞行的星体如同一颗炮弹,如何使采矿机器人既能不被天体击中又能改变其运行轨迹,这需要很多工程化的开发和验证。而这并不是一蹴而就的事情。 

技术发展需要一个进程,也导致了很长一段时间内,航天活动的成本极高。 

1969年阿波罗11号搭载三名宇航员完成登月计划,光鲜的背后,是这项太空活动准备了近8年、总耗资为400多亿美元。仅为这次载人登月准备的测试活动就有数十次 (其中包括阿波罗1~10号的10次测试) 。 

即使后来的航天飞机,平均每次的发射成本也高达15亿美元。而且太空采矿还有对矿产价值的鉴定等问题,这可不是一个普通公司和富豪会轻易去做的尝试。因为哪怕一次失败,就有可能使其陷入破产的境地。 

2010年之后,随着美国商业航天进入黄金时期,这一状况已大幅度改变。NASA (美国国家航空航天局) 开始与波音、SpaceX、蓝色起源、内华达山脉等商业航天公司合作,并通过输送订单扶持创业公司。 

商业航天的最大优势,就是大大降低了往返太空的成本。以SpaceX的可重复使用的重型火箭猎鹰9号为例,其单次 (首次) 发射的价格为6200万美元,多次复用的发射价甚至低至3500万美元/次,这比同样可重复使用的航天飞机的发射成本低了95%。 

这为日后商业开发太空资源奠定了基础。太空采矿热之所以不是40年前发生,还有一个重要的原因,40年前这个梦想并没有市场。实际上人们对地球资源环境的担忧也是最近二十年多的事,在资源环境尚不短缺的时候,太空挖矿是一个十足的疯子想法。 

3.真在天上挖矿,还得15年?

但太空采矿,真的很容易吗? 

要知道,这项诱人的计划,目前尚没有一家商业航天创业公司完成了太空采矿的技术和商业验证。 

会有公司撞墙,这是预料中的事情。只是没想到,太空采矿公司的失败会来得如此迅速,其中最吸引人的案例,就是股东背景华丽的行星资源。 

2016年,行星资源公司为其Arkyd太空望远镜发起的众筹项目未能成功。该公司总裁兼首席执行官Chris Lewicki当时表示,他们非常不幸地发现,Arkyd项目并没有像预期中那样得到更多企业及政府部门后续的资金支持。 

“不幸”还不止这些。2018年该公司在发射第三颗卫星时因融资失败陷入资金困境,最终导致其被一家区块链公司收购。 

两个月后,曾和NASA签署两份小行星采矿商业化和工业性探索合同的深空工业公司,被Bradford Space收购。第一代小行星采矿公司大多数止步于此。 

如果回到故事原点,宇宙中有无穷尽的资源,只要抢先一步就能免费占为己有,相比地球上资源正在枯竭,这的确是个好主意。但为什么有的公司就讲不下去了呢?行星资源和深空工业未能坚持下来的很大原因,是“他们铺的摊子太大了”。 

“太空采矿的技术是可行的,行星资源和NASA都论证过,技术原理不是障碍。”起源太空副总裁杨成文告诉「甲子光年」。太空挖矿听起来炫酷,但其背后还是基于现有的航空航天技术。 

问题是商业化开采不仅要求有技术,还要求能获利。 

尽管这两家企业背后有NASA提供资金和资源支持,但由于长期烧钱做基础性研发,缺乏里程碑性的进展,最终耗光了投资人的耐心。 

太空探索是一个名副其实的烧钱活动。业内人士说,仅仅是建一座航天器测试实验室,光基础设施投入就要数千万元人民币。 

每一阶段,都有不同的技术要求,且需要大量持续的资金投入。 

2012年美国加州理工学院曾做过一项研究,2025年左右将一颗500吨重的小行星拖到月球轨道,成本需要26亿美元。 

但从绕月轨道到地球,仍有不小地难度。 

因为周期漫长、投入巨大,短期难以商业化落地,过去的太空采矿公司活下去并不是个容易的事。即使曾一度引领太空采矿产业的行星资源也在2015年承认,小行星开采仍需20年左右的时间进行前期探索和实践。 

4.挖矿之前,先做太空清道夫

前人踩过的坑,成为后人的经验。 

为了活下去,太空采矿公司首先要学会的就是如何节流。在吸取了前行者的教训和经验后,为了控制成本,后来的太空采矿公司开始尝试轻资产运营。起源太空副总裁杨成文对「甲子光年」说,前期起源太空不自建航天器测试实验室,而是以合作的方式使用基础设施,尽量把资金用到项目上。 

其次还在尝试开源。这就需要太空采矿公司在不同的阶段有对应的商业模式,形成规模化收入。 

在“找矿-探矿”阶段,需要通过发射多谱段的空间探测卫星,形成小行星资源数据库。这一步起源太空已经慢慢在实现了。2020年7月25日,在太原卫星发射中心,长征四号乙运载火箭以一箭三星的方式将包括龙虾眼X射线探测卫星在内的三颗卫星成功送入轨道。 

龙虾眼X射线探测卫星配备了自主研发的龙虾眼聚焦X射线探测器与高精度小型载荷平台,将完成若干重要的空间X射线探测实验。该项目由起源太空公司和南京大学合作发起。 

起源太空新的望远镜“仰望一号空间光学/紫外望远镜”也将在今年上半年发射。杨成文称,这将是我国首个可见光与紫外波段的太空望远镜,预计实现百米级近地小行星观测及资源探测,“不光能发现新的小行星,还能够分析小行星风化及成分。” 

而在此之前,依靠之前多个探测卫星的相关数据等服务,2020年起源太空已实现数百万的收入。但这一商业模式仍有待考验。 


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本文作者2021-4-12 15:56
山海
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