开采太空水资源，NASA希望不用挖井

科技日报记者 胡定坤

Transastra公司“迷你蜜蜂”演示任务（构想图）。图片来源：Transastra公司网站

人类到哪里都离不开水，太空中也不例外。现在，空间站中宇航员的饮用水仍然产自地球，使用火箭运送补给，运费比成本高得多。从地球运水，显然无法满足路远、人多的月球基地等未来太空设施的运转需求。

科学家说，月球、小行星等天体上有丰富的水资源，那里的水既能为宇航员提供生命支持，又可以分解成氢和氧，作为燃料给路过的航天器“加油”。

可是，太空中的水该怎样开采？是不是要把地球上的机器运过去打口井？美国国家航空航天局（NASA）打算怎样解决这一难题？

用好太阳能，月球融水冰

今年，美国Transastra公司和科罗拉多矿业学院的乔治·索沃斯领导的研究小组各有一个旨在开采月球水资源的项目，已获得NASA创新先进概念（NIAC）计划的资助，该计划旨在刺激开发有可能改变“游戏规则”的新兴航天技术。

Transastra公司的项目名为“月球极地推进剂开采前哨站（LPMO）”，其获得NIAC的一阶段资助，开始早期概念研究。LPMO或许能为开发月球极地陨石坑中巨大的水冰储备，提供一个可行的方案。

陨石坑中之所以有大量的水冰，是因为那里地势低洼，终日不见太阳，温度极低。但是，陨石坑的边缘却是终日阳光普照。事实上，这些坑并不深，从底部到顶部只有100米左右。因此，Transastra公司的研究团队设想在陨石坑中建立采水基地，插上很多百米高的桅杆，顶部安装太阳能电池阵列，为基地提供无穷无尽的能源。由于月球表面的重力很小，不必担心电池将桅杆压弯。

具体的采水则由电动漫游车完成。它们在冰面来回漫步，向下发射由无线电、微波和红外线组合而成的特殊射线，通过辐射使水冰蒸发，同时用冷凝方法回收。研究人员认为，漫游车可由NASA巨大的“空间发射系统”（SLS）火箭或“蓝色起源”公司的新格伦火箭发射，重量在2—5吨之间，每年能开采相当于自身质量20—100倍的水。

Transastra公司研究人员认为，LPMO将大大降低建立和维护一个巨大的月球极地基地的成本，该前哨站可以作为美国月球产业化的滩头阵地，首要就是建设“月球旅馆”，开展太空旅游。

如果说LPMO需要将太阳能转变为电能再转化为辐射，索沃斯的项目则是直接利用太阳光的热量。今年6月，他在NASA未来空间行动（FISO）工作组的一次演讲阐述了他的“热采水”方案，即在月球极地陨石坑边缘安装定日镜（跟踪太阳运动的镜子），将太阳光反射到水冰上装有光学设备的聚热装置顶部，使水冰蒸发进而回收。

索沃斯团队相信，这一概念具有巨大的潜力，有望从月球永久阴影区域提取生产推进剂的工业用水。

罩住小行星，蒸馏内部水

除了开采月球水冰，Transastra公司还有一个从小行星上取水的项目，也获得了NIAC资助，其原理与索沃斯团队提出的方案类似，即利用集中的阳光使水从小行星中蒸发。

不同的是，该项目需要太空飞船直接将小行星捕获，然后用特殊的“罩子”把它包起来，之后引导阳光集中照射小行星的某些部位，通过强烈的热量使其表面的岩石剥落，内藏的水冰迅速蒸发，同时被冷凝回收。

该项目已经进入第三阶段，也就是要完成演示任务的所有准备。Transastra公司计划在21世纪20年代早期开展演示任务，即向近地轨道发射一个250公斤左右的、代号“迷你蜜蜂”的概念飞行器，同时将一颗很小的模拟小行星送入太空，供“迷你蜜蜂”开展采水实验。Transastra公司披露，完成“迷你蜜蜂”演示任务需要大约1000万美元。如果成功，其将推出更大的“蜜蜂”和“蜂王”飞行器。“蜂王”的目标是能够捕获40米直径的小行星并“蒸馏取水”。

不过，捕获小行星是“蜜蜂”系列飞行器面临的最大技术难题，其计划使用充气的“罩子”直接包住小行星，而小行星很可能会旋转，因此飞行器在捕获之前必须与其同步旋转，捕获之后再用支柱固定小行星，使它慢慢消旋。因此，旋转非常慢的小行星是理想的目标。

太空中的水资源有多重要？Transastra公司创始人兼首席执行官乔尔·塞塞尔说：“水将成为太空工业化的石油。”

然而，从NASA资助的这些项目看，要想得到太空水，打井或许不如太阳能好用。

文章来源：《水资源与水工程学报》 网址: http://www.szyysgcxb.cn/zonghexinwen/2021/1030/1026.html