開採太空水資源 NASA希望不用挖井

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人類到哪裏都離不開水，太空中也不例外。現在，空間站中宇航員的飲用水仍然產自地球，使用火箭運送補給，運費比成本高得多。從地球運水，顯然無法滿足路遠、人多的月球基地等未來太空設施的運轉需求。

科學家説，月球、小行星等天體上有豐富的水資源，那裏的水既能為宇航員提供生命支持，又可以分解成氫和氧，作為燃料給路過的航天器“加油”。

可是，太空中的水該怎樣開採？是不是要把地球上的機器運過去打口井？美國國家航空航天局（NASA）打算怎樣解決這一難題？

用好太陽能，月球融水冰

今年，美國Transastra公司和科羅拉多礦業學院的喬治·索沃斯領導的研究小組各有一個旨在開採月球水資源的項目，已獲得NASA創新先進概念（NIAC）計劃的資助，該計劃旨在刺激開發有可能改變“遊戲規則”的新興航天技術。

Transastra公司的項目名為“月球極地推進劑開採前哨站（LPMO）”，其獲得NIAC的一階段資助，開始早期概念研究。LPMO或許能為開發月球極地隕石坑中巨大的水冰儲備，提供一個可行的方案。

隕石坑中之所以有大量的水冰，是因為那裏地勢低窪，終日不見太陽，温度極低。但是，隕石坑的邊緣卻是終日陽光普照。事實上，這些坑並不深，從底部到頂部只有100米左右。因此，Transastra公司的研究團隊設想在隕石坑中建立採水基地，插上很多百米高的桅杆，頂部安裝太陽能電池陣列，為基地提供無窮無盡的能源。由於月球表面的重力很小，不必擔心電池將桅杆壓彎。

具體的採水則由電動漫遊車完成。它們在冰面來回漫步，向下發射由無線電、微波和紅外線組合而成的特殊射線，通過輻射使水冰蒸發，同時用冷凝方法回收。研究人員認為，漫遊車可由NASA巨大的“空間發射系統”（SLS）火箭或“藍色起源”公司的新格倫火箭發射，重量在2—5噸之間，每年能開採相當於自身質量20—100倍的水。

Transastra公司研究人員認為，LPMO將降低建立和維護一個巨大的月球極地基地的成本，該前哨站可以作為美國月球產業化的灘頭陣地，首要就是建設“月球旅館”，開展太空旅遊。

如果説LPMO需要將太陽能轉變為電能再轉化為輻射，索沃斯的項目則是直接利用太陽光的熱量。今年6月，他在NASA未來空間行動（FISO）工作組的一次演講闡述了他的“熱採水”方案，即在月球極地隕石坑邊緣安裝定日鏡（跟蹤太陽運動的鏡子），將太陽光反射到水冰上裝有光學設備的聚熱裝置頂部，使水冰蒸發進而回收。

索沃斯團隊相信，這一概念具有巨大的潛力，有望從月球永久陰影區域提取生產推進劑的工業用水。

罩住小行星，蒸餾內部水

除了開採月球水冰，Transastra公司還有一個從小行星上取水的項目，也獲得了NIAC資助，其原理與索沃斯團隊提出的方案類似，即利用集中的陽光使水從小行星中蒸發。

不同的是，該項目需要太空飛船直接將小行星捕獲，然後用特殊的“罩子”把它包起來，之後引導陽光集中照射小行星的某些部位，通過強烈的熱量使其表面的岩石剝落，內藏的水冰迅速蒸發，同時被冷凝回收。

該項目已經進入第三階段，也就是要完成演示任務的所有準備。Transastra公司計劃在21世紀20年代早期開展演示任務，即向近地軌道發射一個250公斤左右的、代號“迷你蜜蜂”的概念飛行器，同時將一顆很小的模擬小行星送入太空，供“迷你蜜蜂”開展采水實驗。Transastra公司披露，完成“迷你蜜蜂”演示任務需要大約1000萬美元。如果成功，其將推出更大的“蜜蜂”和“蜂王”飛行器。“蜂王”的目標是能夠捕獲40米直徑的小行星並“蒸餾取水”。

不過，捕獲小行星是“蜜蜂”系列飛行器面臨的最大技術難題，其計劃使用充氣的“罩子”直接包住小行星，而小行星很可能會旋轉，因此飛行器在捕獲之前必須與其同步旋轉，捕獲之後再用支柱固定小行星，使它慢慢消旋。因此，旋轉非常慢的小行星是理想的目標。

太空中的水資源有多重要？Transastra公司創始人兼首席執行官喬爾·塞塞爾説：“水將成為太空工業化的石油。”

然而，從NASA資助的這些項目看，要想得到太空水，打井或許不如太陽能好用。