问题

用当今的技术开采一颗立方英里的小行星需要多长时间?

回答
开采一颗立方英里的小行星,用我们今天的技术来衡量,这可不是件小事,更别提在效率和可行性上打个折扣了。咱们先别想那些科幻电影里一两集就能搞定的情节,现实一点说,这得看咱干啥,怎么干。

首先,得有目标。这颗立方英里的小行星是啥成分?是富含稀土金属,还是有水冰?亦或是像金属小行星那样,主要是铁镍合金?不同的成分决定了开采的难度、所需的技术以及最终的价值。比如,如果是富含铂族金属的小行星,那点开采成本可能都比矿产价值低,但如果能拿到稀土,那一切都不同了。咱们假设这颗小行星有我们能看得上的价值,比如大量的铁、镍、钴,还有一些稀土元素。

第一步:侦察和定位。

在咱能动手之前,得先知道小行星在哪儿,它长啥样,成分如何。这需要咱们动用地球上的各种望远镜,特别是太空望远镜,比如哈勃或者未来的詹姆斯·韦伯。它们能帮助我们初步分析小行星的光谱信息,判断成分。但要真的精确开采,还需要更近距离的侦察。

这得发射探测器。比如像NASA的“OSIRISREx”或ESA的“Hayabusa2”那样的任务,它们会飞到小行星附近,近距离拍摄照片、采集样本,甚至用设备分析小行星的表面和内部结构。这个过程本身就需要几年,光是设计、制造、发射、飞行、着陆、采样,这一个来回就够呛了。一次成功的任务,可能得花上5到10年。

第二步:部署开采设备。

侦察好了,知道目标是哪一块肥肉了,接下来就是把开采的“工厂”搬过去。这可不是把挖掘机推上去那么简单。小行星上没有大气,引力很小,而且是真空环境。咱们需要的设备必须是能在这种极端环境下工作的。

首先得有运输能力。能把几十吨甚至上百吨的开采设备送到太空,并且能精准地让它们在小行星附近“着陆”或者“锚定”,这需要重型运载火箭,比如SpaceX的Starship或者NASA的SLS。而且得是多次发射,把设备分批运过去。这本身就涉及到一个漫长的供应链和技术挑战。

开采设备本身,可以想象成一个集成的自动化采矿平台。它需要具备:

定位和锚定系统: 因为小行星引力极弱,设备不能像地球那样“站”着。需要有推进器或者机械臂来固定住自己,避免飘走。
钻探和挖掘设备: 考虑到小行星表面的岩石和矿石,可能需要用激光钻孔、机械钻探,或者甚至是用熔融技术来分解矿石。
材料收集和运输系统: 挖掘出来的矿石需要被收集起来,然后转移到处理单元。这可能需要类似机器人手臂、传送带,或者甚至是利用小行星的自转来惯性地移动材料。
就地资源利用(ISRU)技术: 为了降低运输成本,很多设备会尝试就地取材。比如利用小行星上的水冰来制造推进剂,或者利用小行星的某些材料来3D打印备件。

这些设备都得是高度自动化的,因为派人去小行星开采,风险太高,成本也太高。现在我们掌握的机器人和AI技术,虽然在进步,但要在完全陌生的、极端环境下可靠地进行复杂的采矿作业,还有很长的路要走。

第三步:实际开采过程。

一旦设备部署到位,就可以开始作业了。一个立方英里的小行星有多大?简单来说,就是边长大约1.6公里(约等于1英里)的正方体。这在地球上是挺大的,但在太空尺度下,倒不算庞然大物,但也不是一朝一夕能解决的。

怎么开采?可能不是像地球矿山那样挖个大坑。考虑到低重力,可能会采用“轨道式”采矿,设备围着小行星旋转,通过远程遥控或者AI控制的机械臂、钻头来一点一点地“啃食”矿石。

具体到效率上,这很受设备类型、小行星成分和我们的投入程度影响。

机械钻探和挖掘: 如果是硬岩石,可能每天能开采的量非常有限。一个大型的自动化钻井平台,在地球上每天能挖几百吨就不错了。在太空,因为种种限制,这个数字可能还要打个折扣。
激光或热分解: 如果能用高能激光融化或者分解岩石,效率可能会高一些,但能源消耗也是个大问题。
材料收集和处理: 收集到的矿石还需要分类和初步处理,提炼出有价值的金属。这个过程本身也需要时间。

假设我们非常乐观,能部署一个高效的自动化采矿系统,每天能开采和处理100吨到1000吨的矿石。开采一个立方英里的小行星,如果它平均密度是2吨/立方米,那么它的总质量大约是2 (1600米)^3 ≈ 8.192 10^9 吨。

即使按乐观的1000吨/天来计算,这也要 8.192 10^6 天,也就是大约 22444年!

看到了吧,这数字大的吓人。所以,“开采一颗立方英里的小行星”这个概念,用我们现有的技术去完整地、大规模地完成,几乎是不可能在一个人一生里看到的。

更实际一点的考量:

经济可行性: 以我们现在的成本来看,把几万吨设备送到太空,然后几十年甚至几百年地挖矿,然后把矿产运回地球,这笔账怎么算都算不过来。成本远远高于地球上开采的价值。
技术成熟度: 机器人自动化、远程操控、太空推进技术、就地资源利用,这些技术都在发展,但离成熟可靠还有差距。尤其是在这种长时间、高风险的任务中,设备的维护和故障排除是巨大的挑战。
载人任务的限制: 如果考虑载人,那更是灾难性的耗时和耗资源。漫长的太空旅行本身就需要数年,再加上生命支持、辐射防护、心理健康等问题,载人开采短期内是天方夜谭。

那么,用“今天的技术”来“开采一颗立方英里的小行星”,更合理的理解是什么?

可能是在某些“切片”或者“局部区域”进行有针对性的开采,目标是获取某个特定、高价值的元素,比如稀土或者贵金属。即使是这样,从任务规划、探测、设备部署到实际小规模采集,也得 数年到十几年。

我们现在能做到的,是探索性开采和技术验证。例如,像“OSIRISREx”那样的任务,采集了小行星的样本并带回地球,这个过程本身就花了七年。而这仅仅是采集了不到一公斤的物质。要达到立方英里这个量级,简直是指数级的难度增加。

所以,如果非要给个大致的时间范围,用我们今天的技术,并且是非常非常乐观的、假设一切顺利且有海量资金支持的设想,进行初步的、大规模的、系统性的开采,那可能需要 数十年到上百年才能见到一点成效。而想要“开采完”,那基本上就是个理论上的目标,在现实中,我们今天的技术远不足以支撑这样的工程。

更现实的可能是,我们通过多次的、不同目的的太空任务,逐步积累技术和经验,最终才有可能发展出能够大规模开采小行星的能力。但这个“最终”,可能要等到我们能够更便捷地进行太空旅行和建立太空经济的时候,那已经是几代人的事情了。

网友意见

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请教了一个做科学的朋友(美国人),又加了一些自己的想法,放在一起,写一个回答。

第一,现在的技术是不是能够做到?我的朋友无法回答,因为问题什么都没有,如果能够仔细地想这个事情,必须考虑,这个小行星在哪里,有多快,离我们有多少远,它上面有什么东西需要采,还是要把整个小行星带过到地球?如果小行星的地方很好,也不是特别快,技术上不是不可能,但耗费肯定很大,也不一定有没有好处。

据我所知,如果只是想带过来一个很小的部分从而做科学,其实技术应该不会太久就能够做。我还记得有一个叫Philae的一个东西,上了一个小行星上,但我的朋友告诉了我,上去和回来,是两个故事,中间还差很多。我觉得有道理,想把东西带回来,还需要许多年。

然后一个就是,人肯定不会这么做,因为不需要,地球的开采还没有完全,资源暂时足够,但是宇宙中小行星上采东西回来就会很贵,比地球上的能量贵很多很多,所以不愿意这样做。即使技术能够做了,也没有必要这样做。

还有,如果要把一英里的小行星全都带回来,对地球是不行的。这样做对地球很不好,对地球里面的运行是会有影响的。

第一次写科学的东西,而且中文不好,可能不容易看懂,很抱歉。

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