2013年（22）
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2013-08-20 10:17:15
据美国宇航局网站报道，在从前的100年间，全球人口从15亿爆炸性地增加到了今天超过70亿，相应的，人类对资源的需要也呈现了爆炸性的增长。为了满意这种增长的需求，除了要增强全社会的资源回收应用率之外，采矿业者们也必需前往一些前所未有的新疆域进行矿产资源的开发工作，比方开发深海大洋海底的矿产资源等等。
而在未来，只有经济上和技术上的阻碍被冲破，小行星或者将会成为人类开发矿产资源的下一个目的地。小行星是金属，岩石和尘埃的聚群体，有时候还含有一些冰和有机质，它们是太阳系在45亿年前构成初期遗留下来的产物。太阳系中有数以十万计的小行星，大小迥异，从直径数米到数百公里。体型较小的小行星数目要远远多于大型的小行星，但即使是一颗十分小的，仅相称于一幢屋子那么大的小行星也将价值数百万美元。
不同种类的小行星
小行星有不同的品种，根据它们的光谱型，个别可以划分为3个不同的群：其中表面较暗，富含碳质的C型小行星领有较高含量的水分，其中还含有一些含水的粘土矿物。尽管这类小行星在目前看来存在的经济价值有限，因为究竟地球上的水资源还是异样丰盛的。但是当我们在未来决议向全部太阳系扩大人类的生存空间时，这些小行星就将显得尤其重要。
美国亚利桑那大学图森分校科学家，美国宇航局打算中的小行星采样返回项目“OSIRIS-Rex”首席迷信家丹特·罗莱塔(Dante Lauretta)表示：“在太空时期，水将成为保持性命的要害因素，而要想将大批的水体送入太空将耗资宏大。”他说：“在目前的技巧程度下，要将大约1磅(约合0.9斤)重的载荷送入太空，将须要破费数千美元。因而我们盼望能依附底本就存在于太空中的水体来削减本钱。水的另一项主要功效是它可以被分解为氢气跟氧气，而这将可以被用作火箭燃料，从而进一步支撑发展小行星的太空摸索名目。最后，C型小行星的一大特色就是良多都含有许多有机质，包含很多有机碳，磷和其它可用作农业施肥的原料。”
表面反照率略微高一些，也因此稍稍显得晶莹一些的一类小行星主要由岩石组成。这就是S型小行星，这类小行星的水含量绝对低一些，但就目前的目光来看它们的经济价值则更高，因为这类小行星的成分中往往含有很大比例的金属，重要是铁，镍和钴。
不过，罗莱塔表示：“别忘了一些含量较低却不能被疏忽的金属种类，这些金属尽管含量比拟少，但是其经济价值不容小视，其中包括金，铂以及铑。”他说：“一颗小型的，直径约10米的典范S型小行星含有650吨金属，其中包括大约50公斤的罕见金属，如铂和金。”
根据罗莱塔的先容，还有一类光谱型为M型(即金属型)的小行星，其金属含量还要比普通的S型小行星高出10倍以上。
OSIRIS-Rex探测器
不过先别愉快的太早，因为就目前的技术水平而言，要想开展一次小行星开矿举动将会消耗数百万亿美元的巨额资金，是得失相当的。因此要想大幅度的削减成本，真正将这种主意变为事实，人们还将需要进一步的技术和思维翻新。
另外一项横在眼前的障碍则是我们对小行星所含矿产的勘探和分析的手腕和经验的匮乏。所幸这样的经验正在逐步累积的过程中——美国宇航局的“起源，光谱解译，资源勘察，平安以及风化层探测器”(OSIRIS-REx)探测器项目行将实施，该项目计划发射一艘飞船前往一颗小行星并采集其样品返回地面。
OSIRIS-Rex飞船按计划将于2016年9月发射升空，将于2018年10月到达小行星Bennu。在抵达目的地之后探测器将对这颗小行星开展具体考核，随后从其地表采集样品并带回地球。本次探测计划的宗旨是科学性的——小行星被广泛认为是太阳系早期遗留的产物，记载着有关太阳系出生和演变的重要信息，对其样品进行的剖析将有望帮助加深我们对行星造成和生命起源等重要问题的意识。除此之外探测器也将仔细测量太阳光对小行星Bennu的轨道造成的变化，这将帮助天文学家更好的了解太阳光压对小行星轨道造成的影响，提升轨道猜测精度，从而维护地球免遭小天体撞击的危险。
不过尽管本次探测筹划完整是出于科学目的，但罗莱塔以为，在项目实施期间获得的教训也将有助于将来小行星采矿方案的实施，不论到时候详细是由美国宇航局仍是由私营航天公司履行这样的开发项目。
在OSIRIS-Rex项目标取样阶段设计中，工程师们设置了三道保险——假如首次取样尝试失败，项目组还将有另外两次机遇可以补救，至少可以采集60克的样品，最多则可以采集2公斤。
进步的探测仪器
为了顺利达成目的，这艘飞船上设备了可以从轨道上探测小行星地表成分的仪器，这样就可以让地面把持小组有可能在进行首次取样尝试之前细心筛选最幻想的取样地点。
要想分析了解小行星地表某一区域成分的最好措施之一就是分析它反射的光。不同矿物成分会在光谱中显示不同的吸收，反射或辐射特点。应用专门的仪器设备，科学家们将有能力从光谱信号中辨认不同的地表矿物成分。
另外，物质对光波的吸收和辐射所涵盖的波段要远远超越我们肉眼可能发觉的范畴，因此OSIRIS-Rex飞船上搭载了3台不同的光谱仪，波段完全涵盖了从X射线，可见光始终到红外线的规模。
OSIRIS-Rex飞船的可见光和红外光光谱仪(OVIRS)顾名思义，工作波段位于可见光和近红外波段。人类肉眼无法看到红外线，然而我们可以以热的情势感到到它。这台光谱仪将有才能探测到有机化合物成分，以及其它一局部矿物和化学成分。有机物中富含碳，科学家们对此特殊敏感，由于这是组成生命所需的症结组成成分,泡沫除尘器。科学组还盘算让飞船在某个富含有机物的区域尝试进行取样，从而得以开展有关早期太阳系有机化学方面的研讨，从而赞助揭开地球生命的来源之谜。罗莱塔表示：“OVIRS将帮助我们确认小行星表面有机化合物的分布状态，并据此领导取样选址。”
而另一台仪器：OSIRIS-Rex 热辐射光谱仪(OTES)则更深地进入了红外光的范畴，它将有能力探查小行星Bennu地表的矿物种类并测量小行星的温度分布。尤其是这台仪器有能力识别粘土矿物的信号，这样科学家们便可以据此绘制出小行星地表富水矿物的分布图。在地球上，海滩的沙子在阳光暴晒下很快就会升温，而当太阳落山后则敏捷冷，而比拟之下，人行道在凌晨阳光下升温的速度就要慢得多，但是晚上太阳落山后冷却的速度也要慢得多。同样的，通过红外波段测量小行星地表不同区域在白天和夜晚的升平和降温速度快慢，我们将可以了解其地表物质组成的很多有用信息。
另外一台携带的仪器是“风化层X射线成像光谱仪”，这台仪器将测量小行星的朝阳面上在阳光照射下微弱的X射线闪光，用这种方法可以测量一些元素，如铁，硅，硫和镁等的丰度。
OVIRS 和OTES 两台仪器将会协同工作，断定太阳光对小行星Bennu的轨道产生的影响。这种效应在地理上被称作“雅科夫斯基效应&rdquo,泡沫除尘器;，这是小行星的表面在吸收和辐射热量时对小行星自身产生的幽微推能源。这种力固然极其微弱，但在漫长的时光标准下仍将会对小天体的轨道产生影响。
OVIRS设备将丈量小行星Bennu地表的反照率。因为照耀到小行星地表的阳光只有两种成果，要么被反射，要么就是被吸收。因此这样的测量数据将辅助科学家们盘算有多少阳光被小行星名义接收并用于随后的热辐射进程。与此同时，OTES装备则将测量小行星的寰球温度散布图，查看哪个区域的热辐射量最大，这将给出雅可夫斯基效应答小行星本体发生推动力的方向。
不外，通过这些光谱学方法探测到的小行星地表矿物化学成分分布有一个重大的局限性，那就是它无奈懂得更深档次上的物质组成，其探测的地表深度仅有大约1.5毫米左右。而小行星的物质组成很有可能存在垂直方向上的变更，因此飞船相应设计了能获取必定深度上样品的采样机制：向小行星地表喷射氮气扬起地表物质，迫使其进入飞船的样品采集舱。
罗莱塔表现：“采取这种办法,，咱们将能够采集到地表之下5~6厘米深的物资样品。”只管这一深度听上去依然很浅，但这已经比光谱方式取得的数据在垂向深度上晋升了大概200倍。
罗莱塔说：“另外，尽管光谱学专家会告知我们说他们晓得那些成分是什么了，但是最后我们仍旧需要去实际取样验证这些结果。我们将会将样品取回来送入试验室进行分析，而后看看光谱学家们得到的结果毕竟有多靠谱。”
探测器携带的其它设备也将帮助进一步修改通过光谱方法取得的矿物分布图。依据OVIRS数据制造的化学分布图上最小的分辩率大约将会是20米左右，而OTES矿物学数据的辨别率为40米左右。而探测器搭载的彩色相机则可以失掉比这高得多的图像分辨率，精度优于1米，因此在矿物和化学分布图中不同区域的色彩不同极可能就表示这两处区域的成分之间存在差别。
和雷达类似，激光高度计会发射激光束并接受其从目标地表反射回的信号，这样便可以树立起地表的高程图像。与此同时测量地表对激光的反射亮度也将帮助断定其地表组成的物质成分，好比特别亮堂的地表就很有可能是金属含量较高的点。
奠定基础
尽管此次探测任务是一次纯洁的科学考察任务，但是其中所用到的设备和技术都将为未来实际开展小行星采矿项目奠定基本。
罗莱塔表示：“本次任务将是一次技术验证，那就是——我们是否有能力将一艘飞船送往一颗小行星，在那里采集样品并送回地球？”他说：“接下来，人们就要斟酌经济上的可行性。”
他说：“未来你可能会愿望增加到飞船设备库中的可能就是疾速进行化学分析的设备，这样你便可以迅速判定某处的矿物含量。目前我们还不方法承当将这种设备装置到飞船上的消费。那么除此之外，我们当初飞船上所搭载的便已经是任何一个想要谋划一次小行星飞行任务的人所需要的全套设备了。”
OSIRIS-Rex项目由美国亚利桑那大学领衔。美国宇航局戈达德空间飞翔核心供给义务的整体治理，体系工程，保险以及保障工作。洛克希德·马丁公司空间系统分公司负责飞船本体的建造工作。OSIRIS-Rex是美国宇航局新地平线规划旗下第三个得到实行的项目。
