10年后,到天上采矿去

甲子光年2021-04-12
据说是未来最有钱途的职业,就像从前的煤老板一样。

编者按:本文来自微信公众号“甲子光年”(ID:jazzyear),作者:刘景丰、李智颖,编辑:杨杨 ,36氪经授权发布。

1903 年,俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出了一个在当时震惊世人的想法——探索小行星。这位后来成为苏联火箭之父的科学家,第一次激发了人们对太空资源的向往。

但真正挖到第一铲太空资源的却是美国人——1969年7月21日,美国宇航员阿姆斯特朗代表人类第一次登上了月球。当时,站在月球上的阿姆斯特朗,除了踩下一个大脚印,说了一句“这是我个人的一小步,却是人类的一大步”外,还收集了月球土壤和岩石带回地球。

这是人类第一次从外太空采集矿产。

阿波罗11号登月后宇航员走出舱外取土

阿姆斯特朗不会想到,这些从月球带回来的土壤,除了一部分被用于科研外,还有一些日后被拍出了天价——一克月壤420多万美元,堪比世界上最稀有的缅甸红宝石的价格。

这比在地球上苦苦挖矿寻宝要诱人得多——红宝石数量稀少,极难获取,而外太空的矿产则取之无尽,前提是能把采矿设备送到太空并安全带回矿产。

难怪有人说,未来最有钱途的职业将是太空采矿——就像几十年前的“煤老板”。

巨大的诱惑吸引着数量众多的商业冒险家。从2012年行星资源公司(Planetary Resources)公开其太空采矿计划后,一群群超级富豪、天文学家争先恐后地扑向太空采矿。

尽管2019年的一波行业低潮让部分太空采矿公司梦想破灭,但挺过低潮的“幸存者”又加快了步伐。今年3月,日本初创公司Astroscale在哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场成功发射首颗用磁铁清理太空垃圾的卫星ELSA-d;今年4月底,中国商业航天初创公司起源太空也将发射一颗名为NEO-01的太空采矿机器人原型机,并计划在2025年实现首次小行星商业开采行为;而欧洲ClearSpace公司则计划2025年承接ESA(欧空局)的一项太空垃圾清理项目。

从名字上看,清理太空垃圾和太空采矿并非一回事,但实际上这是一种技术的两种应用,太空采矿技术的初级应用便是清理太空垃圾。

在齐奥尔科夫斯基提出探索小行星近百年之后,太空采矿正在由想象变成现实,而且已经走到了商业化的边缘。

不过在投身这场新造富运动前,有必要了解下太空挖矿的以下现实:

它是亿万富翁的新游戏,极度烧钱;

太空采矿基于航空航天技术,商业航天2010年进入发展快车道,是太空采矿热起来的必要条件;

除了仰望星空的梦想,太空采矿还有更现实的诉求,它可能会颠覆地球现有的工业体系;

已经有不少国家立法鼓励和支持本国商业公司参与“太空矿业”竞争;

真要实现去天上采矿,可能还需要20年的探索,现阶段可能的商业化路径是“清理太空垃圾”。

1.太空采矿:下一场造富运动

太空采矿热几年前就在上演。 

2012年4月24日,一家名为行星资源的公司,在西雅图飞行博物馆召开新闻发布会,宣布以几颗小行星为目标,对其水资源和贵重金属进行勘探和开采。公司宣称,这项开发将为地球创造“数以亿计的GDP”。 

行星资源公司成立于2009年,这时候它已经隐身运作了三年。 

尽管如此,行星资源的太空采矿消息一出,还是让众人惊讶。第一次听这样的计划,相信很多人会以为这简直天方夜谭,甚至还会把它当作“骗子项目”。 

但公司背后的股东名单可能会让人更震惊:既有谷歌首席执行官拉里·佩奇与董事会主席埃里克·施密特,Word之父、微软前首席软件架构师查尔斯·西蒙尼,Sherpalo创建者、谷歌董事局成员西姆亚姆,佩罗集团董事局主席罗斯·佩洛特等身家亿万的企业名流,也有科幻片《阿凡达》的导演詹姆斯·卡梅隆 (《阿凡达》上映时行星资源公司刚成立), 还有一群前NASA科学家…… 

这群富可敌国、头脑精明的精英领袖们,会为了行骗而编出这样的故事吗?答案可能是另外一种——太空挖矿是一场更大的造富运动。 

现代工业对资源消耗量越来越大,一些资源已日趋枯竭。BBC曾做过一份报告,地球上的铟是ITO靶材、半导体材料的重要元素,但地壳剩余开采年限只剩十几年;铂是重要的催化剂,但地壳中极为稀少,剩余开采年限也不到20年;就连人们常见的银剩余开采年限也只有20余年。 

从更宏大的视角看,过去百年的工业革命依靠的是煤、铁等地表资源,而新一代科技发展依赖的稀有重金属则主要沉淀到地心,开采难度极大。但天上就不同了,那里资源极其丰富:小行星富含大量的金属资源,甚至有预测某些星球几乎遍布黄金、钻石……完美解决地球资源稀缺的问题。地球上目前开采的铂金属就是在亿万年的地球演化史中被小行星“砸”下来的。 

换句话说,如果能够大量获取太空资源,很可能会颠覆地球现有的工业体系,重塑科技实力。这或许说明了,为什么越是科技富豪越对外太空感兴趣。 

在行星资源后,陆续有十余家新兴公司加入到“太空采矿天团”中。其中包括开发出3D打印机的3DSystems公司、深空工业公司,日本的Astroscale在中国成立的起源太空。 

公司一拥而入,资本也跟着进来了。行星资源获得了接近5000万美元的融资,日本月球探索初创公司ispace先后融资超过1.2亿美金,Astroscale共融资超过1.9亿美金,中国的起源太空也在成立后不久获得5000万元天使轮融资。 

第一波太空挖矿热,就这样轰轰烈烈地展开了。 

2.为什么没和登月一起热起来?

即使是这波热潮,距离阿姆斯特朗踏足月球也已经过去了40多年。在人类取回月壤和岩石后,为什么没有将目光从月球转向更多的小行星? 

所谓太空挖矿,主要是在月球和小行星上开采矿产资源。完成太空资源采集,要分成五个阶段:找矿-探矿-落矿-采矿-用矿。每个阶段都有对应的航空航天技术。 

太空采矿,首先需要的是可对小行星地质材料进行分析的望远镜;其次需要有能够捕捉、控制天体的能力。比如外太空没有引力,当一个机器人去捕捉一个天体时,很可能自己先被弹开;且高速飞行的星体如同一颗炮弹,如何使采矿机器人既能不被天体击中又能改变其运行轨迹,这需要很多工程化的开发和验证。而这并不是一蹴而就的事情。 

技术发展需要一个进程,也导致了很长一段时间内,航天活动的成本极高。 

1969年阿波罗11号搭载三名宇航员完成登月计划,光鲜的背后,是这项太空活动准备了近8年、总耗资为400多亿美元。仅为这次载人登月准备的测试活动就有数十次 (其中包括阿波罗1~10号的10次测试) 。 

即使后来的航天飞机,平均每次的发射成本也高达15亿美元。而且太空采矿还有对矿产价值的鉴定等问题,这可不是一个普通公司和富豪会轻易去做的尝试。因为哪怕一次失败,就有可能使其陷入破产的境地。 

2010年之后,随着美国商业航天进入黄金时期,这一状况已大幅度改变。NASA (美国国家航空航天局) 开始与波音、SpaceX、蓝色起源、内华达山脉等商业航天公司合作,并通过输送订单扶持创业公司。 

商业航天的最大优势,就是大大降低了往返太空的成本。以SpaceX的可重复使用的重型火箭猎鹰9号为例,其单次 (首次) 发射的价格为6200万美元,多次复用的发射价甚至低至3500万美元/次,这比同样可重复使用的航天飞机的发射成本低了95%。 

这为日后商业开发太空资源奠定了基础。太空采矿热之所以不是40年前发生,还有一个重要的原因,40年前这个梦想并没有市场。实际上人们对地球资源环境的担忧也是最近二十年多的事,在资源环境尚不短缺的时候,太空挖矿是一个十足的疯子想法。 

3.真在天上挖矿,还得15年?

但太空采矿,真的很容易吗? 

要知道,这项诱人的计划,目前尚没有一家商业航天创业公司完成了太空采矿的技术和商业验证。 

会有公司撞墙,这是预料中的事情。只是没想到,太空采矿公司的失败会来得如此迅速,其中最吸引人的案例,就是股东背景华丽的行星资源。 

2016年,行星资源公司为其Arkyd太空望远镜发起的众筹项目未能成功。该公司总裁兼首席执行官Chris Lewicki当时表示,他们非常不幸地发现,Arkyd项目并没有像预期中那样得到更多企业及政府部门后续的资金支持。 

“不幸”还不止这些。2018年该公司在发射第三颗卫星时因融资失败陷入资金困境,最终导致其被一家区块链公司收购。 

两个月后,曾和NASA签署两份小行星采矿商业化和工业性探索合同的深空工业公司,被Bradford Space收购。第一代小行星采矿公司大多数止步于此。 

如果回到故事原点,宇宙中有无穷尽的资源,只要抢先一步就能免费占为己有,相比地球上资源正在枯竭,这的确是个好主意。但为什么有的公司就讲不下去了呢?行星资源和深空工业未能坚持下来的很大原因,是“他们铺的摊子太大了”。 

“太空采矿的技术是可行的,行星资源和NASA都论证过,技术原理不是障碍。”起源太空副总裁杨成文告诉「甲子光年」。太空挖矿听起来炫酷,但其背后还是基于现有的航空航天技术。 

问题是商业化开采不仅要求有技术,还要求能获利。 

尽管这两家企业背后有NASA提供资金和资源支持,但由于长期烧钱做基础性研发,缺乏里程碑性的进展,最终耗光了投资人的耐心。 

太空探索是一个名副其实的烧钱活动。业内人士说,仅仅是建一座航天器测试实验室,光基础设施投入就要数千万元人民币。 

每一阶段,都有不同的技术要求,且需要大量持续的资金投入。 

2012年美国加州理工学院曾做过一项研究,2025年左右将一颗500吨重的小行星拖到月球轨道,成本需要26亿美元。 

但从绕月轨道到地球,仍有不小地难度。 

因为周期漫长、投入巨大,短期难以商业化落地,过去的太空采矿公司活下去并不是个容易的事。即使曾一度引领太空采矿产业的行星资源也在2015年承认,小行星开采仍需20年左右的时间进行前期探索和实践。 

4.挖矿之前,先做太空清道夫

前人踩过的坑,成为后人的经验。 

为了活下去,太空采矿公司首先要学会的就是如何节流。在吸取了前行者的教训和经验后,为了控制成本,后来的太空采矿公司开始尝试轻资产运营。起源太空副总裁杨成文对「甲子光年」说,前期起源太空不自建航天器测试实验室,而是以合作的方式使用基础设施,尽量把资金用到项目上。 

其次还在尝试开源。这就需要太空采矿公司在不同的阶段有对应的商业模式,形成规模化收入。 

在“找矿-探矿”阶段,需要通过发射多谱段的空间探测卫星,形成小行星资源数据库。这一步起源太空已经慢慢在实现了。2020年7月25日,在太原卫星发射中心,长征四号乙运载火箭以一箭三星的方式将包括龙虾眼X射线探测卫星在内的三颗卫星成功送入轨道。 

龙虾眼X射线探测卫星配备了自主研发的龙虾眼聚焦X射线探测器与高精度小型载荷平台,将完成若干重要的空间X射线探测实验。该项目由起源太空公司和南京大学合作发起。 

起源太空新的望远镜“仰望一号空间光学/紫外望远镜”也将在今年上半年发射。杨成文称,这将是我国首个可见光与紫外波段的太空望远镜,预计实现百米级近地小行星观测及资源探测,“不光能发现新的小行星,还能够分析小行星风化及成分。” 

而在此之前,依靠之前多个探测卫星的相关数据等服务,2020年起源太空已实现数百万的收入。但这一商业模式仍有待考验。 

下一步是“落矿”。目前这一环节已进入技术验证阶段。比如起源太空将在今年4月底发射一枚代号为“NEO-01”的太空采矿机器人原型机,为开展小行星采矿做技术验证。与此前日本发射的用磁铁清理太空垃圾的卫星ELSA-d不同,“NEO-01”通过自带的一个网状捕手,在太空模拟小天体捕获控制、智能飞行器识别与控制。完成该步骤后,机器人通过自带电推进系统,带着捕获的模拟小天体目标在大气层中一起烧毁。 

总装前后的起源太空NEO-01太空采矿机器人 

简单来说,“NEO-01”要在太空完成相关技术的验证,为后续真实采矿做准备。 

太空采矿模拟图 

这项能力在当下可用于太空垃圾清理。听上去清理垃圾一点也不炫酷,但这却是一项回报丰厚的任务。此前2018年,欧空局曾出资1520万欧元支持英国萨里大学一项对空间碎片主动清理技术的项目;2020年底,欧空局又豪掷8600万欧元 (约合 6.8亿人民币) ,购买了瑞士初创公司 ClearSpace (清洁太空) 的一项特殊服务——从轨道上清理一块太空垃圾。 

太空中的垃圾如果挡在正在运行卫星的轨道上,一旦两者相撞不仅会损毁该卫星使其无法继续工作,还会影响地面各种应用甚至国家安全。因此这些卫星运营主体在碰到类似情况时,一般都会斥巨资清理太空垃圾保护卫星正常运行。 

随着商业航天的发展,越来越多的卫星被送入太空,这些卫星的安全运行和达到使用寿命或损毁后的处理,给太空垃圾清理带来了巨大的市场空间。 

对太空采矿公司来说,清理太空垃圾只是目前为了活下去的“副业”,更大的梦想还是诱人的太空采矿。 

5.已经打响的太空资源争夺战

一个新的问题又产生了。太空采矿或许是未来,但现阶段的日子显然没那么好过,那为什么还有那么多公司、机构争前恐后地踏上冒险之旅? 

在商业化机构的竞争背后,是一股浓浓的焦虑:谁能在未来更多占有太空资源? 

一场太空资源的争夺战,已经先行打响。 

少有人知道的是,人们针对太空有一部“空间宪法”——1966年,美苏两国分别向联合国大会提出订立《外层空间条约》 (OST) 的建议,于次年10月生效并开放签字。 

该条约是国际空间法的基础,规定了从事航天活动所应遵守的10项基本原则,包括各国开展的空间活动必须是为全人类谋利益,各国不得依据先占等原则占有其已经发现的天体资源,主权国家不能对天体提出索取主权的声明,各国对于其实施的太空活动应承担相应的国家责任等。截至2017年初,有129个国家签署了该条约,其中105个国家已经批准并交存加入书。 

但这部条约仅仅约束了主权国家的行为,对商业公司开采、开发天体的行为却并未约束。也因为国际法规存在漏洞,有些国家在内部已经用法律鼓励商业公司开发利用太空资源。 

2015年,美国实施《商业航天发射竞争力法》,确认美国公民拥有从小行星上获取资源的所有权,并鼓励小行星资源的商业开发与利用。美国成为世界上首个明确认可私人拥有月球及其他天体上矿产权的国家。 

2017年,卢森堡通过了《探索与利用空间资源法》,明确太空资源可以为卢森堡注册实体所拥有。 

看上去,《外层空间条约》声明每个国家对外太空都有平等自由的探索利用权力,但实际上,“平等自由”只是表象——国家间由于经济、技术实力差异巨大,有实力者先占资源,落后者只能眼看着太空资源被先占者瓜分。 

所以,NASA早早就开始将目光瞄准太空资源探索,如2014年NASA与深空工业和行星资源公司的合作,并已在2020年10月实现登陆小行星“贝努 (Bennu) ”的计划,探测器按计划成功采集尘土样本后,预定在2023年9月24日返抵地球。 

此外很多成立不久的商业太空挖矿公司纷纷推出了太空资源采集计划——行星资源公司提出2020年前,在近地轨道上建立推进剂仓库,从地球附近的小行星提取水冰资源;深空工业提出在2015年发射一队小行星拦截飞船,用来在附近的小行星上寻找资源。由于此后这两家公司被收购,项目无疾而终。 

而作为欧洲第一个筹备“太空矿业”相关法律和监管条例的国家,卢森堡则针对境内合法注册的十家太空采矿公司,给与2.23亿美元的资金扶持。 

尽管中国目前还没有针对太空资源的相关法案,但也已经有商业公司行动起来了。比如起源太空,其计划在2025年实现首次小行星商业开采行为。 

然而,过去数百年的地球资源开采经验告诉人们:人类每一次资源的开采,必然伴随着利益的再分配、产业和话语权的重构。太空采矿显示出,人类的资源争夺已经从地球延伸到太空。 

科幻剧《苍穹浩瀚》 (The Expanse) 的大背景,是200年后,地球、火星和小行星带争夺着水、空气等,它们是比黄金更贵的资源。对比之下,太空采矿就像这个场景的预兆,未来比想象来得更快。 

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