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小行星与流星不同，后者是直径不到1米的岩石。小行星是直径大于1米的岩石，其中有数亿颗直径大于100米，总数加起来可能有几十亿颗。最大的被命名为谷神星（Ceres），它是如此之大，直径约1000千米，其质量占到整个小行星带的近1/3，现在甚至像冥王星一样被归类为矮行星[2] 。接下来的11颗最大的小行星占小行星带总质量的另外1/3。剩下的几十亿颗，实际上就是碎屑，占总质量的1/3。科幻电影中常见的画面是在小行星带冒险飞行，躲避左右两边的巨石。事实上，太空很大，这些小行星在三维空间中大多相隔几十万千米。你得是个多差劲的飞行员才能撞到它们？然而，小行星带中第八大小行星的林神星（Sylvia）有两颗小“卫星”——林卫二（Remus）和林卫一（Romulus）环绕着它运行，分别距林神星700千米和1300千米。在小行星带中，唯一一个通常用肉眼就能看到的天体是灶神星（Vesta），它的大小只有谷神星的一半，但距离地球更近，反射的阳光也更强。
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小行星也不同于彗星，彗星是在太阳系边缘形成的、离太阳远得多的“肮脏的冰球”。[3] 有些彗星的轨道可能是高度偏心的大椭圆轨道，使其以大约100年的周期相对接近地球。当它们接近太阳时，冰和挥发性气体会燃烧掉，在太阳风的吹拂下形成了肉眼可见的彗尾。我将在第7章详细讨论彗星。如果未来几个世纪我们在外太阳系殖民，它们将派上用场。
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小行星可能没有月球或火星那么有吸引力，但它们仍然是宝贵的资源。许多小行星含有价值数万亿美元的贵金属，如黄金和铂金。因为它们只有很弱的引力场，所以在它们上面着陆或离开只需要很少的能量，就像与ISS对接一样。如果我们将触角扩大到太阳系，小行星采矿可以发挥重要作用。单是它们所含的水就让其无比珍贵，更不用说那里的金子。就这一点而言，许多科学家认为小行星比月球更适合采矿。事实上，在支持月球和支持小行星的人之间存在着一场持续不断的激烈争论，似乎两者之间只能有一个选择。在我看来，这两种类型的采矿方案都有挑战和回报，我们现在真的不能说哪个更好（换句话说，现在不要相信任何商业投资的鬼话）。
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小行星有三种主要类型：C型、S型和M型。它们都很有价值。C型属于碳质，主要成分是碳。这种类型在小行星中占大多数，约75%，它们位于小行星带较远的边缘，离木星比离火星近。由于离太阳远，它们的温度更低，水也没有被蒸发到太空中。水被冻结在冰里，其中10%的质量可能是水冰。许多C型小行星还含有磷。科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）将磷称为“生命的瓶颈”，因为一个星球上磷的数量决定了这个星球能够支持多少生命。火星上几乎没有磷，所以火星上的人类可能需要进口磷……从C型小行星进口。我们也可以在地球上使用这些磷。某些C型小行星还含有氨，可以为火星提供急需的氮。火星似乎的确有大量的水以地下冰的形式存在，足以支持人类的生存。如果将冰冷的C型小行星拖到火星稀薄的大气层中，对其施加控制使它掠过火星大气层顶部，那么就会释放出大量的水蒸气和氧气，这可能有助于形成适宜居住的火星大气层。谷神星和灶神星都是C型小行星，但它们太大了，移动起来也太危险。
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S型小行星属于硅质或石质，富含石英和花岗岩等硅酸盐。硅酸盐是水泥、陶瓷、玻璃以及我们称之为土壤的基本成分。S型小行星还含有镍、铁和贵金属。这类小行星占小行星总数的近20%。可以开采这些金属用于太空建筑，如太阳能电池板和航天器。M型小行星富含金属，这类小行星占小行星总数的5%。“M”可以当之无愧地代表金钱。这类小行星中有某些含有价值数万亿美元的铂、金、钛以及人们梦寐以求的其他金属。小行星16号灵神星（Psyche）是最大的M型小行星之一，直径约200千米，被认为含有价值1万万亿美元的铁、镍和金。[4] 这个价格估计有点愚蠢，因为价格是由稀缺性决定的，把号灵神星拉回地球，会让市场崩溃。然而，如果把这颗小行星弄回地球的成本低于地球上这些金属的价格，就会赚大钱。私营企业正瞄准M型小行星上的铂族金属：铱、锇、钯、铂、钌和铑。这些金属在地球工业中可用作催化剂。而它们在地壳中很罕见，事实上，地球上那可怜的一点点也来源于小行星撞击。
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请注意，这些基本分类——C型、S型和M型——是在一个多世纪之前划分的。现代观测已经对分类系统进行了扩展，并发现这一早期分类系统有重叠的部分。[5]
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这里的要点是，我们在太空中生活所需要的一切在小行星上都有。而且事实上，我们已经在开采小行星了，因为我们在地球上开采的许多金属都来自小行星。地球上天然储藏的这些金属大多埋藏在可开采的地壳之下。在地球还处于熔融状态的年轻时期，地心引力将包括钴、金、镍、银、钨等许多亲铁元素拉向地核。较重的物质沉下去；较轻的物质，如氢、碳、氮和氧，则往上浮起来。我们在地表附近开采的矿物，大部分是亿万年来坠毁在地球上的东西。在太空中开采小行星的另一个好处是，这些物质都已经被分离出来了。有些小行星除了纯粹的金属内核外什么都没有，其外部碎片都已经随着岁月消失。大多数小行星从未经历过熔融状态，所以贵金属不会沉降到它们的核心。一些小行星表面，金的含量似乎高达0.7ppm（百万分之），而地壳中金的含量只有0.001ppm（其中大多数是含金量大的小行星碰撞后留下的）。铂金含量可能高达63.8ppm，而地球上只有0.005ppm。[6]
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 [:1700036983]
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 新型黄金——水
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如果这些资源中有些听起来很普通——水、氨、铁等，那么你要记住：地球上有价值的东西与太空中有价值的东西是不同的。水要多少钱？在地球上1加仑水大约是10美分，而在ISS上是1万美元。有些小行星资源在太空中会显得十分珍贵，而且有利可图，比如水；还有其他一些小行星资源，比如地球上供应短缺的那些资源，在地球上也是很值钱的。还有一些与小行星有关的奇异物质，比如蓝丝黛尔石[7] ，比钻石还坚硬，是C型小行星撞击地球，或者说得更安全一点，是在撞向月球时形成的。
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关于到哪里“挖掘”我们知道得越来越多了，于是一些公司开始研发小行星开采技术。由于携带采矿设备去往这些小行星费用昂贵，因此这个“哪里”至关重要——在这种情况下指的是到哪颗小行星。这就是政府的用武之地，而且我们有基于地球的类似经验可以学习。纵观人类历史，各国政府都曾资助过探险活动，以此获取本国境内所需的资源。1804～1806年，受美国总统托马斯·杰斐逊的委托，刘易斯和克拉克远征队穿越美国西部到达太平洋，花费约5万美元（相当于今天的数百万美元）。探险队不仅绘制了 刚从法国人手中获得的新领土的地图，还收集了有关木材、矿产和一个成长中国家所需要的其他资源的大量信息。也是出于这种原因，当代政府机构正在积极探索小行星，并利用望远镜和太空探测器进行深空勘探，通过解读小行星的反射光以及释放气体的光谱，来确定它们的物质含量。从理论上来说，了解小行星的潜在价值将促进商业开发。
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对小行星的所有“探险”都是机器人完成的，其中很重要的一次是NASA于2016年发射的OSIRIS-REx［Origins，Spectral Interpretation，Resource Identification，Security，Regolith Explorer（起源、光谱解释、资源识别、安全、土壤探索者）］任务。OSIRIS-REx于2018年12月抵达小行星101955号“贝努”（Bennu），并将于2023年9月携带样本返回地球供研究分析。做这些事情需要时间。OSIRIS-REx花了两年时间才到达贝努——这是一颗约500米宽的C型小行星，其宽度相当于一座摩天大楼的高度。[8] 又花了两年时间在5千米高的轨道上围绕小行星运行，以确定着陆地点和采样地点；然后，航天器仅着陆几秒钟，采集了不到2千克的样本，就离开小行星踏上了两年的返回地球之旅。[9]
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贝努是1999年发现的一颗近地小行星，每隔6年（在地球和火星之间）靠近地球一次。它被认为是一颗具有潜在危险的小行星（PHA），因为它有一天可能会撞上地球。NASA选择它进行探索主要是出于科学原因。贝努相对来说比较近，足够大，有研究价值，而且它包含了太阳系起源时的原始碳质物质。这项任务也是采矿领域的一项工程实践：如何绕轨道运行、着陆、挖掘并离开小行星。如果这些近地小行星离我们太近，让我们感到不安全，也许有一天我们能把它推离我们的轨道——或者把它转移到月球轨道上，等我们有空的时候再开发。[10]
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NASA的OSIRIS-REx并不是在小行星上着陆的第一部航天器。这一荣誉属于NASA的NEAR航天器，它于2001年降落在小行星433号爱神星（Eros）上。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）是第一个用“隼鸟号”探测器（Hayabusa probe）采集小行星样本的，“隼鸟号”探测器于2005年在小行星25143号“丝川”（Itokawa）上停留了大约30秒。采样并不像计划的那样顺利，直到2010年太空舱返回地球，JAXA才确定它取回了什么东西。这些样本并不是JAXA所希望的大块岩石，更像是尘埃；尽管如此，但这毕竟是从小行星上带回的第一个样本。JAXA还证明了离子推进器的作用。它是在小行星上以及围绕小行星进行精确机动的理想工具。2018年6月，“隼鸟2号”抵达小行星162173号龙宫（Ryugu），并进行了类似的实践。此次飞行搭载了4辆小行星表面微型漫游车，计划于2020年带样本返回。[11] 这些漫游车跟你见过的都不一样——没有轮子。龙宫上的重力非常小，车轮无法抓住地面。所以，这些漫游车看起来像盒子一样在小行星表面翻滚。这次任务可能会使日本成为小行星采矿的先锋。
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小行星162173号龙宫
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日本“隼鸟2号”探测器于2018年抵达龙宫，目标是让漫游车着陆，探索小行星表面，并将样本带回地球。龙宫富含铁、水以及其他资源，约有1千米宽。从右图可以看到“隼鸟2号”接近时在其表面投下的阴影。
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事情似乎自相矛盾。从我的描述看，在小行星上着陆就如同与ISS对接一样简单，而事实却证明这比在月球上着陆或采集样本还要困难。造成这一困难的原因有三个：小行星比月球远，与探测器的往返通信有几分钟延迟；小行星的表面坑洼不平，探测器需要消耗大量燃料进行快速绕飞才能找到最佳着陆点；这些任务的运行支出低得不能再低，与阿波罗时代“钱不是问题”的自由相去甚远。[12] 但是熟能生巧。
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2018年11月退役的NASA“曙光号”（Dawn）探测器使用离子推进技术进入并离开了灶神星和谷神星这两个天体的轨道，成为完成此举的第一枚探测器。此举很能说明一个问题：NASA引入新技术来服务其主要目的——空间科学，但同时也在为先进的太空探索做准备。我们在小行星采矿和火星旅行方面都需要离子推进技术。
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随着人类越来越擅长在小行星上着陆，私营企业也开始制订商业计划，打算原地开采这些岩石，再将其拖到离地球更近的地方，为其他公司或政府提供服务，使他们能够在太空工作。行星资源公司（Planetary Resources，Inc.）分别在2015年和2018年发射了两颗卫星以测试低成本的望远镜技术，用于天文学、地球观测以及发现和跟踪利润丰厚的小行星。2018年10月，行星资源公司被康瑟斯公司（ConsenSys）收购，后者是一家开发用于加密货币的区块链软件和工具的公司。该公司推测，加密货币可能被用于太空采矿投资，以及随后的矿物材料销售，最终取代地球上以政府为基础的金融机构。[13] 同样，深空工业公司（Deep Space Industries，DSI）也正在制订一项在太空赚钱的商业计划，最终通过建设一系列轨道加油站来销售从小行星上开采的水、氧或氢。然而，深空工业公司近期正在制造推进系统，让航天器能从近地轨道跳到高地球轨道，或者以更低的成本改变Δv 。此举将使人们可以开采更多的小行星。例如，在轨道上达到4.5千米/秒的Δv 时，你可以到达大约2.5%的近地天体。当Δv 提高到5.7千米/秒时，你就可以到达大约25%的近地天体。[14] 通过这种方式，深空工业公司正在一步步建立一个商业化的深空市场。
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哈佛-史密森尼天体物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的类星体专家马丁·埃尔维斯（Martin Elvis）近年来对小行星采矿产生了浓厚兴趣。他说，一颗直径约30米的小行星可能含有300吨的水。其中所含的氢可以为从近地轨道飞往火星的任务提供足够的燃料。一家私营企业或许可以为NASA或ESA的火箭提供高达10亿美元的燃料。[15] 许多专家推测，在月球上采矿虽然很具挑战性，但是有了这些燃料，开始会容易一些。一旦技术成熟，小行星就可以提供取之不尽的资源。私营企业在关注这些项目的同时，也在努力降低进入太空的成本，这是目前着手采矿的主要限制。
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