@probe 2015-07-28T07:32:10.000000Z 字数 5829 阅读 1888

小行星有利用价值吗？

星际移民局 知乎 小行星

注：星移君在这里讨论的小行星仅限于近地小行星，展望时间段为近未来。
注：这是一片事实与脑洞并存的回答，请注意区分。
注：本回答观点仅代表星移君个人观点，并与星际移民之书中的历史设定内容相一致，如果想了解更多关于星际移民局的设定内容，可以访问本菌的网站：http://interimm.org/ 和星际移民之书。喵～

目标——近地小行星

我们先来看看中文维基百科上关于小行星的定义：

小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的天体。

地球人都知道，98.5％的小行星都分布在火星与木星之间的主小行星带中，还有很多小行星分布在木日L3、L4点周围，被称为特洛伊群小行星。太阳系内已知小行星的分布情况如下图所示：

如果单独看轨道半径的话分布是这样的：

上面的几个间隙被称为柯克伍德间隙，是由于小行星与木星轨道共振引起的。

可以看到，大部分的小行星距离地球都十分遥远，比火星更难以到达，对于这些遥远的小行星来说，在近未来进行开发都是没有意义的。

因此，星移君认为，我们首先应该把目光转移到距地球较近的那些小行星，即近地小行星（Near Earth Asteroid，简称NEA）上面。和其他小行星相比，开发近地小行星显然难度更小、成本更低、技术上也较容易实现。

近地小行星通常指轨道与地球轨道相交的小行星，其轨道半径通常在0.983 AU ～ 1.3 AU之间。截止 2015 年 7 月 26 日，已知的近地小行星数量为 12819 颗，并且发现速度还在不断增长。已知的直径超过 1km 的近地小行星数量为 873 颗，但发现速度呈下降趋势，预估这类近地小行星数量为 981 颗。具体信息可以查看：http://neo.jpl.nasa.gov/stats/

根据轨道半径的不同，近地小行星还可以分为以下 3 类：

阿登型小行星，这一类小行星的平均轨道半径接近一个天文单位 (AU，日地距离)，而远日点大于地球的近日点（0.983AU），它们经常位于地球轨道内。

阿波罗型小行星，这一类小行星的平均轨道半径位于地球轨道外，近日点位于地球轨道内。

阿莫尔型小行星，这一类小行星轨道位于地球和火星间，近日点位于地球轨道外一点点 (1.017 - 1.3 AU)。阿莫尔小行星经常穿越火星轨道但不会穿越地球轨道。火星的两个天然卫星，火卫一和火卫二，似乎是被火星引力俘获的阿莫尔小行星。

不过这个分类对近地小行星的开发并不重要，因此我们并不进行区分。为了方便，下面不再对“小行星”与“近地小行星”进行区分。

扒一扒小行星上的资源

矿产资源

小行星上的资源主要是其矿产资源。

根据小行星的光谱不同，可以粗略地将其分为以下三类：

C 类小行星，约占小行星总数的 75 ％；
S 类小行星，约占小行星总数的 17 ％；
M 类小行星；

除此之外，还有更加具体的分类方法，但是却比较复杂且没有统一定论，因此采用上面比较简单的分类法。

在 NSS 发布的一篇论述小行星采矿的论文 Near-Earth Asteroid Mining 中提到了不同种类的小行星所含矿产资源的丰度情况：

从上面的表中我们可以发现：

C 类小行星具有更加丰富的水资源，岩土资源（诸如二氧化硅、氧化镁、氧化铁等）也比较丰富；
S 类小行星岩土资源更多（主要是二氧化硅）
M 类小行星金属资源更多（铁、镍等）

可能很多人更关心诸如铂之类的贵重金属。哈佛－史密松天体物理中心的研究人员 Martin Elvis 在 arxiv 发表的文章——《How Many Ore-Bearing Asteroids?》中，通过对地球上铁陨石中铱（Ir）含量的统计，推测出了小行星中铂族金属（Platinum Group Metals，简称PGMs）的含量。铂族金属主要分布在 M 类小行星中，具体含量的百分位数（Percentile）如下表：

ppm 指的是百万分之一，地球上好的铂矿含量在 2-6 ppm，也就是说，大约有 50～60% 的 M 类小行星比地球上铂矿的含量更为丰富。

所以我们就应该开发小行星上的铂族金属，并且拿到地球上来卖钱吗？其实不然。具体应该开发小行星的什么矿产资源将在下一节进行回答。

其他资源

除了矿产，小行星上独特的条件也能满足未来人类的一些奇奇怪怪的需求。比如有富豪想要去小行星上度假呀，还有人希望把自己葬在某颗小行星上啊，或者蓝星人想把某朗基努斯枪插在小行星上诸如此类。这类资源就不再赘述，大家自己脑洞大开就好。

小行星...呃...能好怎？

对于看起来资源丰富的小行星来说，能利用吗？好利用吗？又怎么利用呢？

一提到小行星采矿，可能大多数地球人的印象是将一颗小行星运回到地球，或者拖到近地轨道进行采集。先不论这样做的工程难度有多大，考虑到小行星巨大的质量和变轨所需要的 ΔV，无论从哪个意义上来看，将小行星整个运回地球都是得不偿失的。

如果不相信的话我们可以做个简单的计算，来看一看将一颗“铂矿小行星”拖到地球轨道进行开采能不能赚钱。

根据齐奥尔科夫斯基的火箭公式：

先不考虑前往小行星，假设飞船已经停泊在小行星轨道，要把它拖到近地轨道，所需要的 ΔV 至少是 3.8 km／s （关于哪些小行星更易到达后面还会深入讲解）。使用液氢液氧燃料的话，火箭发动机比冲设为 5 km/s。不考虑飞船结构质量的话，最终质量（m_f）即为小行星质量。假设我们的 M 类小行星直径为 100 m，密度 7000 kg／m^3。考虑成正方体的话其质量为 7*10^9 kg。

WolframAlpha上有一个便捷的小工具可以直接计算，得到初始质量（m_i）高达 1.5*10^10 kg，也就是说，燃料的质量比小行星还重一倍多，可以想象需要的飞船得有多大才能把小行星给拖动了吧？

所以说，就算你小行星铂矿含量高又怎么样，运回到地球上所需要的成本分分钟教你做人。

既然小行星上的铂都不可能在地球上赚钱，更别提什么铁、镍这些地球上烂大街的金属了吧？那么由此可以推出——小行星没有开发利用价值了吗？？

No～No～No，谁说小行星上的资源一定要运回蓝星表面的？用在广阔的太空中有何不可？

刚才本菌已经说了，C 类小行星上有较为丰富的水资源，如果我们能够把这些水提取出来，对于太空中的人类，这就是极为宝贵的资源。除此之外，如果用电解或者光解的方法将水分解成氢和氧，那太空中的燃料供应不就有着落了吗？

为什么要在太空中寻找燃料供应？这是因为地球君的引力势阱实在是太强了。如果不是很明白这一点的话可以看看下面由行星资源公司制作的视频。

行星资源公司：为什么我们要开采小行星？

所以说，能够在太空中补充燃料不仅仅是降低航天成本的关键所在，地球和火星之间的小行星还可能成为重要的“航行中转站”。

而对于未来必将发展的太空产业链来说，小行星简直就相当于矿场一般的存在，不仅能够供应水，还能够供应各种各样的矿产资源用于在太空中进行产品的制造。所以，谁控制了小行星，谁就控制了太空中的一切（严肃脸）。

总结起来，本菌认为，小行星上的铂就像是月球上的氦三一样可望却不可及，更多的只是 NASA 等一些航天机构用来吸(pian)引(pian)眼(jing)球(fei)的噱头罢了。而小行星真正的服务对象并不是你们蓝星人，而是广阔的太空市场（￣へ￣）。

小行星离我们有多远

对于近地小行星来说，有些比去月球更容易，但有些则比去火星需要耗费更多的燃料。

在关于小行星是否容易到达的问题上，Shoemaker 和 Helin 在 1978 年发表的论文《EARTH-APPROACHING ASTEROIDS AS TARGETS FOR EXPLORATION》就已经研究过。而 Asterank 这个网站也有小行星所需 ΔV （从近地轨道出发到会合）及其估值的列表，还有小行星轨道的 3D 动画哦(<ゝω·)☆

挑几个例子来给你们感受一下：

2010 UE51 是网站上统计的最容易到达的小行星，所需要的 ΔV 仅有 3.826 km/s。相比之下，降落在月球表面至少需要 5.67 km/s 的 ΔV，而到达火星表面则至少需要 9.51 km/s 的 ΔV（到达火星低轨道需要 5.71 km/s）。

1999 JU3 也是一颗不可不提的小行星，这货的轨道基本和地球和火星的轨道相切，ΔV 也只要 4.664 km/s。如果时机刚刚好的话，乘坐这颗小行星去火星也不是不可能的哦～

此外，还有一些轨道更奇葩的小行星，比如 2002 AA29 这颗：

基本就贴着地球的好吗(╯°□°）╯︵ ┻━┻

不过实际上他的轨道倾角有 10 多度，因此所需 ΔV 大了不少，为 6.799 km/s

而从地球君的视角来看，这颗小行星是这样转的：

由于轨道周期与地球的十分接近，因此在某一段时期内，这颗小行星就好像在一个不规则的轨道上绕着地球转一样，看起来就像是地球的卫星。这种天体被称之为准卫星。

（月球：地球你又找小三了(ＴДＴ)，说好作守护彼此的天使呢？）

截止 2010 年，地球君的准卫星共发现了 5 颗，这些天体会在准卫星轨道上逗留数十年、数百年或更长的时间。

（月球：原来还找了不止一个(╯°□°）╯︵ ┻━┻）

咳咳，说正经的，这些准卫星（本质还是小行星）对于未来的开发利用有什么好处呢？我们知道，轨道周期的平方是与半长轴的三次方成正比的，对于不同轨道半长轴的小行星来说，其与地球的周期一般不同。也就是说，今年还离地球君比较近的你，明年可能就离它很远了，可能要转好几圈才能再次回到离地球君比较近的位置。这样的话，从地球补充物质，或者将产品运回到地球轨道就比较没有规律，这样可能会不利于小行星的开发。

而对于准卫星来说，在较长的一段时间里，它们像是在地球附近“徘徊”，这样就保证至少一年的一段时间里能与地球互通有无。

（月球：我每天都有发射窗口，这一点上还是比较比较欣慰→_→）

目前可公开情报——小行星采矿相关公司

行星资源公司

就像说到太空 3D 打印就必须得说太空制造公司（Made in Space）一样，谈到小行星采矿，就不得不提到行星资源公司（Planetary Resources）。

行星资源公司成立于 2010 年，总部位于美国华盛顿州西雅图，其投资人包括了著名不存在网站的 CEO——拉里·佩奇和著名电影导演——詹姆斯·卡梅隆等等，其成立之初就赚足了观众的眼球。行星资源公司的想法就是开发小行星上的各种矿产资源，并且卖到需要这些资源的地方来赚钱。

Asteroids are the target to achieve this, by mining high concentrations of water and precious metals from the Near-Earth asteroids and delivering these resources to their point of need for an economic return.

在 2013 年，行星资源公司在众筹网站 Kickstarter 上发起了其建造的 Arkyd 望远镜的众筹。这个望远镜是用来寻找他们想要的小行星目标。不过 Arkyd 的发射出师不利，在 2014 年 10 月，轨道科学公司发射的 Antares 火箭升空后随即爆炸，其上的有效载荷就包括了 Arkyd 望远镜。不过这之后，行星资源公司又赶紧造了另一台 Arkyd，并于 2015 年 4 月 14 日搭乘 SpaceX 的猎鹰九号火箭顺利升空。

目前看来，行星资源公司才刚刚迈出其太空采矿的第一步，真的等到这条太空产业链起来还需要很长的路要走。在这里，星移君就不剧透了行星资源公司后来发生了什么→_→。

深空工业公司

相比行星资源公司，深空工业公司（Deep Space Industry），除了一个介绍视频（【深空工业公司】到宇宙挖矿去！）和他们的官网之外，并没有透露更多的信息，也并没有发现什么大的动作。不管有关小行星采矿的那几张随处可见的 CG 图都是他们制作的......

比如......

目前可公开情报——小行星探索相关任务

JAXA——隼鸟与隼鸟二号

JAXA 的隼鸟号探测器采集了小行星 25143 Itokawa 的样本，并将其送回了地球。隼鸟号 2003 年发射升空，2005 年在小行星上着陆，原计划于 2007 年返回地球，但由于怀疑探测器的燃料泄漏，延后至 2010 年才得以返回地球。

经历了漫长的七年太空漂浮之后，在即将坠毁地球大气层的那一刻，她最终回忘了蓝星一眼，随后投入他的怀抱......

而于2014 年 12 月 3 日发射的隼鸟二号，其探测目标就是本菌在上面提到的 1999 JU3。就在最近， JAXA 在举行一个 1999 JU3 的征名活动，有兴趣的可以看一看：https://ssl.tksc.jaxa.jp/isaskoho/event/index_j.html，说不定就被选上了→_→。

隼鸟二号计划于 2018 年到达小行星并采集样本后，再于 2020 年返回地球。隼鸟二号与隼鸟号规格几乎相同。

NASA——小行星重定向任务（Asteroid Redirect Mission）

根据 NASA 官网上的解释:

What Is NASA's Asteroid Redirect Mission?
NASA is developing a first-ever robotic mission to visit a large near-Earth asteroid, collect a multi-ton boulder from its surface, and redirect it into a stable orbit around the moon. Once it’s there, astronauts will explore it and return with samples in the 2020s. This Asteroid Redirect Mission (ARM) is part of NASA’s plan to advance the new technologies and spaceflight experience needed for a human mission to the Martian system in the 2030s.

也就是说，ARM 任务是先派探测器从小行星表面取回数吨重的岩石，将其放到稳定的月球轨道，再派宇航员前去探索并且采集回样品。这个计划是为了 2030 年代的火星载人任务做准备的。

所以说，也不好再吐槽 NASA 君什么了，但愿国会不会给这个计划断钱吧→_→