著名物理学家霍金曾表示，“在未来一百年内，人类为生存必须离开地球，去太空寻求新的家园。”这句预言揭示出人类探索太空采矿的本质原因。
2021 年，中国“嫦娥 5 号”带回 1731 克月壤的消息令人兴奋，这让近乎科幻的场景成为现实。同时，太空资源的开采利用也成为科学各界热议的话题。
其实，早在 10 年前就有人关注到太空采矿，2009 年，一家名为“PR（Planetary Resources）”的小行星采矿公司成立。2015 年之后，随着行业的进一步发展，欧美等发达国家先后对小行星采矿进行立法，甚至有的国家将“小行星采矿”提升至本国的战略层面。
十几年过去了，全球的小行星采矿公司已经取得了阶段性的进展。从太空采矿这个大赛道的演进历程来看，各国政府、私人机构、科研院所在这方面的投入越来越大。
为何社会各界对太空采矿具有如此高的热情呢？
太空采矿或可破解地球矿产资源枯竭难题
由于人类开采强度及需求量日益增加，全球能源及稀缺矿产资源将面临枯竭。
譬如，据 2021 年《世界能源统计年鉴》数据显示，石油、天然气和煤矿占全球一次能源消费的约 83%，其中石油、天然气储量仅能维持全球消费 50 年左右的。同时，据联合国人口基金会预测，到 2050 年世界人口将达到 97 亿左右。
而地球之外的资源极其丰富，可利用的资源也比地球存量资源要多得多。就太阳系而言，月球、火星、小行星等天体上都具有丰富的矿产资源及稀有金属，类木行星和彗星上有丰富的氢能资源，行星空间拥有真空资源、辐射资源及超洁净资源。
中国矿业大学教授、皇家墨尔本理工大学荣誉教授张克非在题为《太空采矿发展现状、机遇和挑战》（An investigation of space mining-current status，opportunities and challegges）的论文中提到：“为了破解地球矿产资源枯竭的难题，开发与利用丰富的太空资源势在必行，由此太空采矿应运而生”，相关论文发表在 Journal China University of Mining&Technology上[1]。
该论文指出，太空资源的开发与利用既是大国博弈、科技竞争的关键，也是未来人类文明可持续发展的大势所趋。太空资源探测、太空采矿智能机器人平台的设计与制造、太空资源勘探与采选、采矿空间安全与资源原位利用已成为太空采矿迫切研究的四大命题。
张克非教授表示：“由于小行星上有很多铂金属元素，太空勘测器的着陆和发射相对容易，所以，开采近地小行星的矿产资源是首选、也是未来发展的趋势。”
开采月球等行星矿产资源变得可行
面对如此严峻的能源、矿产资源紧缺的挑战，各国政府、私人企业和科研院所进行了长期的探索，2015 年 11 月 25 日，时任美国总统奥巴马签署了《美国商业太空发射竞争法》，其中，太空资源勘探与利用部分赋予了私人企业太空采矿的合法性，间接推动了采矿领域的良性发展。
在此之后，卢森堡成为欧洲第一个宣布开采近地小行星上矿石资源的国家。2019 年，日本小行星“龙宫”探测器“隼鸟－２”于当年 ２ 月 22 日完成了首次小行星采样。同年，起源太空公司作为中国首家致力于太空资源开发和利用的商业公司，开始从“找矿-探矿-占矿-采矿-返回”五个路径来探索太空采矿。
2018 年，美国科罗拉多矿业大学（Colorado School of Mines）开设了全球太空资源领域的首个跨学科研究生专业—太空采矿，旨在培养下一代太空科学家和工程师，可持续研究月球、火星和小行星等资源的利用。
与此同时，中国矿业大学也成立了国内首个太空采矿国际研究中心，并设立太空采矿项目，积极地探索太空采矿。
在各国政府、私有企业和科研院所等力量支持下，开采月球等行星矿产资源或将变得可行。就该研究提及的月球而言，月球具有丰富的矿产资源，月面下稀有金属的储藏量比地球还多。同时，月球上含有大量的地球上最常见的17种元素。
以铁为例，仅月面表层 5 厘米厚的月壤中就含有上亿吨铁元素，月球蕴藏着丰富的能源与矿产资源，具有非常高的开采价值。据估计，月球上的氦-3 （无污染的能源资源）– 能够供应全球能源使用 100 年以上。
1959 年至今，美俄两国已发射了约 70 多个月球探测器和登月载人飞船，此外，中国也实现了嫦娥四号月面着陆器和巡视器，在月球探测方面积累了许多资料。目前，人类对月球已拥有相当程度的了解。因此，在月球上开采矿产资源已变得可行。
此外，随着科学与技术的发展，特别是空间技术和现代采矿技术的发展以及人类深空探测能力的不断增强，开发和利用小行星，尤其是近地小行星上丰富资源将不再是幻想。
加盟中国矿大为矿业 4.0 提供前沿性研究
张克非表示：“近年来，我国航天工程取得的重大成就有目共睹，这标志着我国航空航天技术进入世界先进水平行列。事实上，由于发射能力和基础研究的不足，我们距离真正的太空资源开发与利用还有很远的路要走。我们对于火星、月球及近地小行星的勘测活动及相关技术尚处于起步探索阶段。”
中国矿业大学作为中国唯一一所以矿业命名的高校，有使命、也有义务作为太空资源开发与利用的“排头兵”。但是，整个太空采矿领域还刚刚起步，在快速发展的中国市场中将涌现出诸多新机遇。
远在大洋彼岸的张克非时刻关注着中国的太空采矿发展动态，结合自身的职业发展需求，他于 2020 年回国加盟中国矿业大学，并组建了自己的团队，希望为矿业 4.0 或者未来采矿提供一些前沿性的研究。
张克非认为，接下来将重点研究太空采矿迫切需要在太空资源探测、太空采矿智能机器人平台设计与制造、太空资源勘探与采选和太空采矿空间安全与资源原位利用四个方向。加盟中国矿业大学后，张克非将聚焦以下三个方面研究：
第一，把卫星导航技术（GNSS）应用到大气探测，做极端天气和气候变化的研究。据悉，该成果之一（GNSS 掩星技术）已于 2012 年被澳大利亚气象局采用，主要应用于中长期天气预报，对南半球的气象预报具有明显的改善。
第二，人和物的跟踪。张克非研究的矿山地下人员跟踪项目，是当初被澳大利亚体育总局提供赞助的项目，起源于澳大利亚体育总局提供赞助的小型化体育竞技项目，作为奥林匹克竞技的一个“神秘武器”，可以实现无缝定位或者人和物的全员定位，在这方面，张克非团队已获得多项国际专利。
第三，研究空间的环境管理。从 1959 年底至今，人类已经进行了大约七千余次的卫星发射，由于发射活动、各种空间实验、卫星相碰事件、以及废弃的卫星在空间中互相碰撞而产生大量的太空垃圾，这给太空卫星的正常运行带来了很大的威胁。
张克非表示：“很多垃圾的运行速度比子弹飞速高很多倍，即使米粒大小的垃圾，打到卫星上都有可能带来毁灭性的影响。所以，对于空间环境的管理已成为空间研究的热点问题之一，空间碎片或太空垃圾的探测管理、避障和碰撞分析变得极其重要。”
发展太空采矿技术，既是前沿性的科技探索，又是大国实力的展示。张克非希望，可以为矿业 4.0 的发展尽一点微薄之力。
值得关注的是，中国已经有一些太空采矿企业在该赛道布局，如起源太空。该公司成立至今发展迅速，2021 年自主研发的“仰望一号”太空望远镜和“起源太空 NEO-01”太空采矿机器人成功发射。
起源太空创始人苏萌表示：“这两个航天器的成功发射，对我们来说具有‘里程碑’式的意义”。
“NEO-01”的主要任务是将携带的模拟小行星目标抛出并捕获，该实验将验证“开采小行星”的第一步技术；“仰望一号”太空望远镜持续在轨工作，它在可见光-紫外双波段的观测，填补了国内天文领域在这一方面的空白。
“仰望一号”于 2021 年 8 月 25 日正式获得国际天文学联合会认证的天文台站编号，成为亚洲第一个获得国际认证的小天体观测空间天文望远镜。
谈及如何看待起源太空所做的业务时，张克非说道：“起源太空所做的事情非常具有前瞻性，由于太空采矿研发刚刚起步，中国企业有有望在国际上做到领先水平。”
为了探讨破解地球矿产资源枯竭的难题，及探索空间资源域科研理论研究与工程技术发展进展，“第一届国际太空资源论坛”将于 2022 年 1 月 8 日在线举办。届时，张克非教授将作为受邀嘉宾出席。
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参考：
1.Zhangkefei et al.,Journal China University of Mining&Technology 6，1026-1034（2020）
http://zgkd.cbpt.cnki.net/WKD/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=0c454977-a321-4ad0-b888-d94f0078b9a0
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