太空采礦：探索小行星資源的未來潛力與技術挑戰。

在人類文明日益意識到，地球資源的開發利用已接近極限。無限增長的理念是不可持續的，也是造成當前全球生態和經濟危機的原因之一。為此，太空采礦正成為一條充滿希望的途徑，私營企業和國家機構都在探索其可行性。月球很可能成為新型開采和加工技術的試驗場，為在小行星上開展更大規模的采礦作業鋪平道路。

幾年前，小行星采礦曾風靡一時。隨著商業航天領域的快速發展，太空商業化的夢想似乎指日可待。基本上，擁有能夠與近地小行星（NEA）交會并開采其礦石，然后將其送回太空鑄造廠的平臺和航天器，其前景堪比將商業宇航員送上火星。

然而，在經歷了大量的猜測和失敗的項目之后，這些計劃被擱置，直到技術成熟且其他里程碑式的目標得以實現。

盡管金屬小行星通常是未來采礦作業的優先目標，但未分化的碳質小行星也可能因其富含揮發性物質、有機物和關鍵元素而具有重要價值。本研究分析了不同碳質球粒隕石群的整體元素組成，發現相對原始的類型，特別是CO球粒隕石，可能具有資源開采價值。其他碳質球粒隕石群，例如CM、CI和CR，在特定的技術和任務條件下也可能具有潛力，前提是隕石和返回樣品能夠代表其母體。遙感技術，特別是反射光譜和熱紅外光譜，將繼續在小行星采礦目標的初步評估和優先排序中發揮關鍵作用。

根據我們的研究結果，我們提出以下主要結論：

• 原始的、未分化的、可能屬于K光譜類型的小行星應被優先考慮進行詳細研究和潛在開采。這種分類基于反射光譜，其顯示出與CO球粒隕石類似的特征性橄欖石和尖晶石吸收帶。
• 如果目標資源是水，則應勘探受水蝕變的小行星。這些小行星很可能是CI、CM和CR球粒隕石的母體，而這些球粒隕石通常含有OH基團。近紅外光譜中的吸收特征。然而，隕石證據表明，這些天體內部的水蝕變可能存在空間異質性，因此需要進行原位研究。
• 確定CO和CR球粒隕石的母體應是當務之急。這些隕石群不僅具有重要的科學價值，而且對于未來的資源開采任務而言也具有經濟可行性。
• 隨著地球人口持續增長并向清潔能源技術轉型，對銅（Cu）、鈷（Co）、鎳（Ni）和錳（Mn）等關鍵元素的需求預計將會增加。這種不斷增長的需求已經加劇了地緣政治緊張局勢。未來，太空資源獲取或許有助于緩解這些壓力。
• 我們發現，稀土元素（尤其是鑭系元素）的總量與球粒隕石群的巖石學類型相關。CV 和 CM 球粒隕石群似乎含有較高豐度的稀土元素。
• 對碳質球粒隕石進行全面的地球化學研究對于識別有前景的太空采礦目標至關重要。然而，這項工作必須與新的樣品返回任務相結合，以驗證其母體的身份。鑒于觀測到的碳質球粒隕石群內部成分的異質性，還需要開展詳細的原位探測任務，以定位和表征適合開采的原始區域。
• 太空采礦的發展將高度依賴于自主機器人技術、原位資源利用和遙感地球化學探測技術的進步。這些技術必須適應低重力和結構復雜的小行星環境的獨特條件。原位資源利用也是未來長期月球和火星任務的關鍵推動因素，能夠減少對地球補給的依賴。
• 展望未來，將環境和倫理準則納入太空資源利用至關重要，以避免重蹈地球資源開采不可持續的覆轍。從一開始就應優先考慮建立清晰的監管框架和透明的運行標準。
• 最后，小行星采礦的規模和復雜性需要國際合作。合作框架將有助于確保公平獲取、和平利用太空資源，并共享太空資源活動的科學和經濟效益。

除了經濟和科學動機之外，更好地了解小行星的成分對于行星防御戰略也至關重要，尤其是在模擬撞擊情景和設計有效的偏轉技術方面。對小行星資源的探索與行星科學、可持續發展、人類探索和行星防御等多個長期目標密切相關。地球化學知識、技術創新和國際治理的成功整合將決定我們以負責任和有效的方式探索太陽系的能力。

盡管如此，小行星采礦的夢想以及它所帶來的“后稀缺”未來依然存在。除了需要更多的基礎設施和技術發展之外，還需要進一步研究以確定小型小行星的化學成分。

在最近的一項研究中，由西班牙國家研究委員會空間科學研究所（ICE-CSIC）的研究人員領導的團隊分析了C型（富碳）小行星的樣本，這類小行星占已知小行星總數的75%。他們的研究結果表明，這些小行星可能是重要的原材料來源，為未來的資源開發提供了機遇。

美國宇航局南極館藏碳質球粒隕石薄片的反射光圖像。

碳質球粒隕石（C球粒隕石）定期墜落地球，但科學家很少能將其回收研究。除了僅占所有隕石的5%之外，它們脆弱的特性也導致它們經常碎裂并遺失。迄今為止，回收的大多數碳質球粒隕石都發現于沙漠地區，包括撒哈拉沙漠和南極洲。由Trigo-Rodriguez領導的西班牙國家研究委員會地球物理研究所（ICE-CSIC）小行星、彗星和隕石研究小組，致力于研究小行星和彗星的物理化學性質，同時也是美國宇航局南極隕石收藏的國際保管庫。

在這項最新研究中，研究小組選取并鑒定了小行星樣本，隨后由卡斯蒂利亞-拉曼查大學的哈辛托·阿隆索-阿茲卡拉特教授利用質譜法對其進行了分析。這使得他們能夠確定六種最常見的C型球粒隕石的精確化學成分，從而為未來資源開采的可行性提供了寶貴信息。特里戈-羅德里格斯在西班牙國家研究委員會（CSIC）的新聞稿中表示：

這些隕石的科學價值在于，它們代表了小型、未分化的小行星，并為我們提供了有關其起源天體的化學成分和演化歷史的寶貴信息。在ICE-CSIC和IEEC，我們專注于開發實驗，以更好地了解這些小行星的特性，以及太空中的物理過程如何影響它們的性質和礦物組成。此次發表的研究成果正是我們團隊共同努力的結晶。

了解小行星的物質豐度至關重要，因為它們的成分高度不均勻。雖然通常將它們分為三類：C型（碳質）、M型（金屬）或S型（硅質），但小行星也可根據光譜特征和軌道進行分類。此外，小行星本質上是太陽系形成過程中遺留下來的物質，并深受其漫長演化歷史（約45億年）的影響。因此，了解小行星的精確成分對于確定不同資源（水、礦石等）的可能位置至關重要。

根據該團隊的研究結果，開采未分化小行星（被認為是球粒隕石的母體）遠非可行。該研究還發現，富含橄欖石和尖晶石帶的小行星可能是采礦作業的潛在目標。該團隊還指出，應選擇富含水且含水礦物濃度高的小行星。與此同時，他們強調，在實現采礦之前，需要進行更多的樣本返回任務來驗證母體天體的身份。

除了樣本返回任務所取得的進展之外，我們真正需要的是那些能夠在低重力條件下提取和收集這些材料所需的技術研發方面采取果斷措施的公司。這些材料的處理以及產生的廢物也會產生重大影響，這些影響需要量化并采取適當的緩解措施。

這將需要開發大規模的收集系統和微重力環境下的資源提取方法。“對于某些富含水的碳質小行星來說，提取水進行再利用似乎更可行，無論是作為燃料還是作為探索其他星球的主要資源，”特里戈-羅德里格斯說道。“這也有助于科學更深入地了解某些未來可能威脅我們生存的天體。從長遠來看，我們甚至可以開采并縮小潛在危險的小行星，使其不再構成威脅。”格雷博爾-托馬斯補充道：

在我們的潔凈室中，運用其他分析技術研究和篩選這類隕石是一件非常有趣的事情，尤其因為它們所含礦物和化學元素的豐富多樣性。然而，大多數小行星上珍貴元素的含量相對較低，因此，我們研究的目標是了解提取這些元素的可行性。這聽起來像是科幻小說，但三十年前首次計劃樣本返回任務時，也同樣如此。

總之，小行星采礦的益處巨大，這也是該課題在過去十年間備受關注的原因。除了貴金屬外，許多小行星還蘊藏著豐富的水冰，可用于制造深空任務所需的燃料以及飲用水和灌溉用水。這將減少對地球補給任務的依賴，使機器人和載人任務能夠實現更高的自給自足能力。通過將采礦和制造活動轉移到地月空間和主小行星帶，人類還可以減少這些產業對地球環境的影響。

盡管過去十年公眾對小行星采礦的熱情有所減退，但如今許多企業仍在研發必要的技術。同樣，美國宇航局（NASA）和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）等航天機構開展的樣本返回任務也揭示了小行星可能蘊藏的大量科學和物質財富。不久的將來，中國的“天問二號”探測器將與一顆近地小行星和一顆主小行星帶彗星交會。雖然太空資源開采產業的興起可能還需要數十年（甚至更久），但許多人已經準備好搶占先機。