隨著地球資源的日益枯竭，人類的目光逐漸投向了太空，尤其是蘊(yùn)藏豐富礦產(chǎn)資源的月球、火星、近地小行星等。太空采礦，這個(gè)以往在科幻小說和電影中出現(xiàn)的場(chǎng)景，正在逐步走向現(xiàn)實(shí)。
前不久，我國首臺(tái)太空采礦機(jī)器人在中國礦業(yè)大學(xué)誕生。一起去看看未來的“星際礦工”是什么樣↓↓↓
國內(nèi)首個(gè)“星際礦工”誕生
中國礦業(yè)大學(xué)劉新華教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多功能太空采礦機(jī)器人，與時(shí)下火爆的人形機(jī)器人以及機(jī)器狗等不同，太空采礦機(jī)器人的基本形態(tài)為六足模式，有三個(gè)輪足和三個(gè)爪足。劉新華教授告訴記者，之所以這樣設(shè)計(jì)，主要是為了適應(yīng)太空中的微重力環(huán)境。
太空采礦機(jī)器人要在地外星體上完成地質(zhì)勘探和礦物采集任務(wù)，鉆探屬于必備技能。在地球重力環(huán)境下，機(jī)器人本身的重量就足以支撐鉆頭鉆進(jìn)，而月球重力只有地球的六分之一，小行星上大多是低微重力，如何讓鉆頭順利鉆進(jìn)星體表面就成了大問題。
為了解決失重帶來的漂移，科研團(tuán)隊(duì)想到了模擬昆蟲的爪刺結(jié)構(gòu)，于是，為太空采礦機(jī)器人設(shè)計(jì)了特殊的爪刺足。
中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授 劉新華：這屬于一個(gè)陣列式的爪刺，微重力環(huán)境下，它的附著能力更強(qiáng)，抓地能力更強(qiáng)。在微重力環(huán)境下能夠讓它固定住進(jìn)行采樣，還能夠根據(jù)地形進(jìn)行移動(dòng)。
不僅能適應(yīng)太空的微重力環(huán)境，“采用仿生六足移動(dòng)結(jié)構(gòu)”，機(jī)器人足末端有車輪和錨固結(jié)構(gòu)兩種配置，也讓它可以在小行星坑洼不平的地面上行走。目前，太空采礦機(jī)器人原型機(jī)已經(jīng)向有關(guān)部門申請(qǐng)專利，并且通過了初審。
中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授 劉新華：我們實(shí)現(xiàn)了這種微重力的等效實(shí)驗(yàn)，這個(gè)機(jī)器人在模擬月壤的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)行走、錨固，甚至采樣。
“星際礦工”的“十八般武藝”
如何練成
太空采礦機(jī)器人要在太空星體上完成探礦采礦工作，不僅要面對(duì)微重力的問題，還要面對(duì)極端溫差、真空、太空輻射以及重量體積限制等一系列難題。如何讓機(jī)器人練就“十八般武藝”？劉新華教授團(tuán)隊(duì)給太空采礦機(jī)器人搭建了一個(gè)特殊的“訓(xùn)練場(chǎng)”。
中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授 華德正：我們搭建這個(gè)環(huán)境主要考慮兩個(gè)方面，一個(gè)方面就是模擬近地小行星表面的風(fēng)化程度，主要是以沙壤為主。另一塊就是微重力環(huán)境，我們?cè)O(shè)計(jì)的這種懸吊機(jī)構(gòu)，通過垂直的懸吊抵消它的重力，實(shí)現(xiàn)微重力的變化。
團(tuán)隊(duì)成員介紹，經(jīng)過在沙盤上不斷訓(xùn)練，目前，通過六足差動(dòng)系統(tǒng)懸架、離合器等協(xié)同工作，太空采礦機(jī)器人已經(jīng)可以根據(jù)工作環(huán)境調(diào)整自身結(jié)構(gòu)形狀，適應(yīng)地外星體的復(fù)雜地表環(huán)境。
要掌握更多勘探的絕活，太空采礦機(jī)器人還需要到中國礦業(yè)大學(xué)深地工程智能建造與健康運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“進(jìn)階訓(xùn)練”，這里可以精準(zhǔn)模擬月球表面極端環(huán)境。
中國礦業(yè)大學(xué)深地工程智能建造與健康運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授 李瑞林：這個(gè)設(shè)備主要是將月球的原位環(huán)境模擬出來。六分之一G重力場(chǎng)，超高真空的環(huán)境。月球上白天可以達(dá)到130℃的高溫，晚上可以達(dá)到-180℃，甚至在極區(qū)可以達(dá)到-250℃的低溫。
不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)月球小重力場(chǎng)等極端環(huán)境的長時(shí)間、高精度模擬，這一裝置中正在開展的兩個(gè)研究，“月球資源特征與儲(chǔ)層物性原位探測(cè)方法與裝備”“月球極區(qū)水冰資源溫控貫入開采與原位制氫方法與裝備”，也都是太空采礦研究的重點(diǎn)科研項(xiàng)目。
中國礦業(yè)大學(xué)深地工程智能建造與健康運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授 李瑞林：將環(huán)境模擬出來以后，我們?cè)俨捎煤驮氯佬再|(zhì)相似的模擬月壤，將月球地層的特性高保真重現(xiàn)出來。實(shí)際上它就是跟月球上基本一致的狀態(tài)。這時(shí)候我們?cè)偃プ鰧?shí)驗(yàn)，實(shí)際上跟月球上的數(shù)據(jù)是接近的。
人類有望試驗(yàn)性開采
近地星體上的太空資源
開發(fā)太空資源不僅是科技競爭的制高點(diǎn)，更承載著未來人類文明可持續(xù)發(fā)展的希望。專家介紹，基于現(xiàn)有的空間科學(xué)技術(shù)、航空航天技術(shù)以及采礦技術(shù)等，人類有望在幾十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)性開采近地星體上的太空資源。
專家介紹，在有限的地球資源最終將面臨枯竭困境的威脅下，人類走向太空是必然選擇。月球作為地球唯一的天然衛(wèi)星，同時(shí)具有距地球相對(duì)較近的優(yōu)勢(shì)和豐富的資源，目前對(duì)月球資源的探索研究全球關(guān)注度最高，科研投入也最大。
中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院教授 李懷展：月亮表面的氦-3，它可以作為核燃料，還有月球背面水冰資源。
月球資源或成人類最先開發(fā)利用的
太空資源
專家介紹，20世紀(jì)50年代末以來，全球成功登月并開展探測(cè)任務(wù)的月球探測(cè)器和載人飛船已有80多個(gè)，積累了豐富的月球探測(cè)相關(guān)資料。目前中國、美國、俄羅斯等國都制定了載人登月計(jì)劃，月球資源極有可能成為人類最先開發(fā)利用的太空資源。
此外，太陽系中數(shù)量眾多的小行星也蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，其中近地小行星運(yùn)行軌道距離地球較近，同樣開發(fā)利用相對(duì)便利，目前已初步掌握有1500多顆近地小行星具有非常高的開采價(jià)值和可采性。
中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院教授 李懷展：小行星主要是稀土資源，還有就是鐵、鎳、鈷這種金屬。通過前期的探測(cè)，這些資源是確定存在的。
人類在與太空采礦有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)上
取得大量成果
據(jù)了解，目前全球科技界在地外天體鉆孔技術(shù)、太空中原位資源利用等與太空采礦有關(guān)的多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上取得了大量成果。太空3D打印技術(shù)等一大批新興技術(shù)涌現(xiàn)，也讓我們對(duì)在太空制造組裝采礦裝備和利用太空資源充滿期待。
中國礦業(yè)大學(xué)深地工程智能建造與健康運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授 李瑞林：向外太空發(fā)展是人類社會(huì)未來發(fā)展非常重要的一個(gè)階段，是人類文明發(fā)展非常重要的一個(gè)階段。去外星球發(fā)展，第一步就是資源，要解決資源的問題。所以這就是我們國家也包括我們自己做研究，重點(diǎn)在聚焦太空采礦，或者說月球資源的原位開采利用放在首位的原因。
（總臺(tái)央視記者 潘虹旭 代欽夫）
編輯 陳艷婷
