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聊聊太阳系的可利用资源
聊聊太阳系的可利用资源

近地小行星

这个大家都比较陌生。但是可能它比月球的资源离我们还近一些,有可能是先被利用的。
这些小行星围绕太阳运转,轨道半径和地球相近。时不时还会来个撞一撞地球,来个大灭绝什么的。包括去年给毛熊来了一发,死伤不少人。
这些小行星经常路过地球附近,比较靠近地球的时候低于通讯卫星轨道(3.6万公里)。
有部分控制好方向,用很少的能量给他们减速,使他们成为地球或月球捕获成为地球或月球的卫星。

 

近地小行星的数量,大于100米长度的有2万个左右,这些是能够毁灭城市的,10米往上有10万个左右,还有有1000米的毁灭级有500个左右。这是轨道和地球很近的小行星。其中部分对地球有威胁,部分易于利用。
这些100米往上才比较容易观测,而且都是进20年才有足够的力量找出来的。这部分知识比较新,所以很多人都不太了解。
由于这些小行星中部分含有较多的贵金属,部分含有大比例的铁镍等。是非常有开发价值的。谷歌旗下有个planetary resource 和 另一家深空工业公司就开始筹备搞这个开发了。他们第一步就是俘获小行星。
就是“拉过来,再开发”。
由于在它们光临地球时考得很近,发射火箭上去的难度低于发射到月亮的难度,还可以缓慢减速使之被地球俘获成为卫星。用电推进器都可以。着难度低于从月球挖矿。因为从月球发射还需要大推力火箭。人类从月球挖个样品还可以,例如美国阿波罗计划以及中国的嫦娥五号。
比较大点的小行星俘获过来以后,挖完贵金属,还可以改造成太空港,基地什么的。

 

如果用100m*100m的太阳能电池板供电来给近地小行星减速,地球轨道辐照强度约1.3kw/平米。假设太阳能电池板效率为20%,那么10000平米的太阳能电池板供电功率为p=2.6兆瓦

由于小行星环太阳运行,太阳能电池板可以一直正对着太阳。一年有365*24*3600s=31536000s。10000平方米太阳能板一年产生能量为E=8.2*10∧13焦耳。

加速一公斤的物体到3km/s需要的能量是E=4.5*10∧6焦耳。一个一公斤的近地小行星减速3km/s时,控制好减速过程和方向。足可以俘获到地球轨道上了。10000吨的小行星用的能量也只是4.5*10∧13焦耳。


以上为高中物理以内的计算。能量估计用的是毛估法。有兴趣的同学可以自己算一算。例如2012DA14最靠近地球的时候速度大约是5.7km/s,距离地心约2.7万千米。

 

你光有电能有毛用啊,太空里面又不是地面,有电就能走能飞,又不是火箭,没有推进剂(工质)你一米也减速不了。
其实仔细想想,小行星本身的岩石不就可以用来作为推进剂吗?现在等离子体技术和电推进器技术这么发达,有个兆瓦级的太阳能电站,分分钟把辉石融化电离了用电推进器加速打出
其实这里面存在一个问题,就是用把小行星上面的岩石高温电离作为推进剂的话,连续工作一年,现在的材料其实是做不到的。有一种替代的办法,就是把岩石碾碎成微米级的的微粒,用静电发生器电离部分电子以后,用电推进器推进出去。这样做效果要差一些,但是对材料的要求很低,连续运行10年都可以做到
裂变堆也能供应一样多的能量,一公斤武器级铀放出的能量约为9*10∧13焦耳的能量。不过现在空间反应堆功率只有100kw左右,效率只有12%左右。如果把热量排到推进剂里面,效率可能会高一点。但也有限,可以作为辅助。 
至于岩石的挖掘和运送,用遥控或者半主的工业机械臂和机器人都可以做到
用这样的技术,我们人类可以低成本地俘获1到30万吨的近地小行星,放置的轨道最好的是通信卫星的静止轨道。这样可以比较方便的24小时无延迟控制遥控机器人对俘获的小行星进行改造和建设。
大功率的通信和广播设备可以往上面装,有岩层和的保护,免于颗粒和太阳的损伤,设备可以拥有很长的寿命,维修也十分方便。

 

还有800公里的轨道也可以,优点是运输成本低。缺点是通信没这么方便。改造建设完毕以后是可以推进到高轨道的。耗的能量也不少就是了。

这种俘获于静止轨道的万吨级小行星,可以改造成太空军事基地,对战争进行指挥,也可以作为母舰,发射超高速导弹和战机攻击敌人,动能弹也不错,有足够的太阳能电池板的话,直接用微波蒸发掉敌人的首都都可做到。或者用反射镜聚光,直接用高温消灭敌人。但是我真的不希望它出现。这个东西太过强大,必然导致严重的内耗以及随之而来的强权。

 

月球:
由于 月球开发到一定程度可以住人的。南北极有水,捕获彗星或部分小行星也可以获得水。在月球表面可以挖深坑建立玻璃温室作为农场,晚上可以盖上保温壳,用另一面太阳能发电,电网送电过来,用日光灯培育植物。
由于日夜温差大,辐射射线太厉害,大部分建筑可以依托于现有的熔岩洞建造,甚至可以在地面一下建造穿透月球的地铁,大量的工业设施,生活设施和矿洞都可以依托于地铁来布局。
月球整体工业水平发展到一定程度以后,就可以建造大规模的地面建筑。
除了生存空间和优越的航天条件。以及没有地震,地下水,塌方,熔岩等而比较好开采的矿物。
月球最重要的还是月壤中富含的便于核聚变的能源,氦三。
这东西可能是人类未来几千年的储备能源了。
配个图吧,这样看起来舒服一些

 

月壳由多种主要元素组成,包括:铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝 月球有丰富的矿藏,据介绍,月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型,第一种是富含铁、钛的月海玄武岩;第二种是斜长岩,富含钾、稀土和磷等,主要分布在月球高地;第三种主要是由0.1~1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物,其中6种矿物是地球没有的。
月球的矿产资源极为丰富,地球上最常见的17种元素,在月球上比比皆是。以铁为例,仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁,而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富,而且便于开采和冶炼。据悉,月球上的铁主要是氧化铁,只要把氧和铁分开就行;此外,科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层,铝的含量也十分丰富。

 

月球土壤中还含有丰富的氦3,利用氘和氦3进行的氦聚变可作为核电站的能源,这种聚变不产生中子,安全无污染,是容易控制的核聚变,不仅可用于地面核电站,而且特别适合宇宙航行。据悉,月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3,可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从目前的分析看,由于月球的氦3蕴藏量大,对于未来能源比较紧缺的地球来说,无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。
月球表面分布着22个主要的月海,除东海、莫斯科海和智海位于月球的背面(背向地球的一面)外,其他19个月海都分布在月球的正面(面向地球的一面)。在这些月海中存在着大量的月海玄武岩,22个海中所填充的玄武岩体积约1010千米,而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。若假设月海玄武岩中钛铁矿含量为8%,或者说二氧化钛含量为4.2%,则月海玄武岩中钛铁矿的总资源量约为1.3×1015~1.9×1015,尽管这种估算带着很大的推测性与不确定性,但可以肯定的是月海玄武岩中丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的最重要的矿产资源之一。
克里普岩是月球高地三大岩石类型之一,因富含钾、稀土元素和磷而得名。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风爆洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖,克里普岩混合并形成高灶和铀物质,其厚度估计有10~20千米。风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225亿至450亿吨。克里普岩中所蕴藏的丰富的钍、轴也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源之一。
此外,月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源。

 

由于月球的逃逸速度只有2.4千米每秒。一个一千吨的运输船,载500吨的燃料就足够离开月球了。土星五号那么大,可以有1500吨载重,非常好了。
如果能够在月球上永昼区建立工业基地。路线是居住/遥控机器人,挖矿,冶金,机床,火箭。
但是这条路任重道远。虽然得月球者得天下。扔个石头到地球都可以接近第二宇宙速度。地球打月球,成本非常高,而且月球没大气,粒子武器和激光武器可以高效的防御导弹,居高临下,是最好的军事据点,前提是建立起工业基地,不需要地球补给
但是投入太高,一整条产业链啊,而且大国互相制衡,大家都不答应对方这么干。
核聚变可控还做不到,开发月球矿物成本比地球高多了。
光作为导弹基地没啥意义。
这个以后是一个方向吧。
由于辐射和保温等因素。基地最好是利用天然地下洞穴来建造,这洞穴月球上有的。
在基地附近的永昼区,可能还要挖地铁连接极区陨石坑来获得足够的水。
如图,是探测器拍下的月球洞穴,可能是早期岩浆熔岩流出的孔洞。


 

 

水星。

 

这货看起来和月球有点像,离阳5800万公里左右,由于自转太慢了,要几多月才能转一圈,所以冰火两重天,白天500度,晚上-200。所以要开发它只有两极小部分地区可以建立矿区,但是可以往里边挖洞。
由于里太阳系中心很近,贵金属重金属含量极高,80%都是矿物。不是贵金属就是铁镍什么的,两极晒不到太阳的地方还有少量的水。其实在水星极区附近用太阳能热发电供电,然后采矿并作为飞船工厂还是有那么点可能的。生活区应该在地下。

 

这个是水星两极温度低和含有水冰的证据由于水星的自转轴倾角非常小,接近于零(更准确的说是不到1度),因此在水星的极区存在很多永久阴影区。科学家们在数十年前便开始猜测在这些永久阴影区内可能存在水冰。
  1991年,这一想法得到了一项重要证据,当时世界上最强大的射电望远镜——设在波多黎各岛上的阿雷西博射电天线向水星发射的雷达波,在其反射信号上发现这颗行星的极区存在一些反射率高的异乎寻常的“亮区”。这些亮区的雷达波反射率非常高,其特性和水冰非常相似。除此之外,很多这种明亮反射区的位置和1970年代美国水手10号探测器拍摄的水星地表大型陨击坑的位置相对应。不过科学家们一直无法确定这些亮区的位置和极区的那些永久阴影区位置是否同样相互吻合。
  但是,随着信使号抵达水星,这一切疑惑都烟消云散了。信使号探测器搭载的水星双成像系统在2011年和2012年年初拍摄的图像证明,那些强烈反射雷达波的亮区的确都位于水星南北两极的永久阴影区内。
  而来自信使号的最新数据确认了水星北极永久阴影区内沉积物质的主要成分确是水冰。在其中一些最寒冷的区域,水冰直接暴露于地表。而在一些稍稍温暖一些的区域,似乎有一些稍显暗色的物质覆盖着水冰表面。
  信使号使用中子能谱设备测量雷达反射亮区的氢原子丰度。通过这些测量数据就可以推算出冰的富集量。劳伦斯表示:“这些中子数据显示在水星极区的高雷达反射区域存在一层平均厚度约为数十厘米的富氢物质层,其上方还覆盖有一层10~20厘米厚的表层,这层表层中的氢含量则相对较低。”他指出:“这层覆盖在下方的富氢层的氢含量比例和纯净的水体相当。”

 

另一颗行星金星几乎没有可利用资源,大气富含有毒的硫,气压是地球90倍,温度500度左右,所以基本没什么希望开发了,千年内基本不要想了。
这是一颗垃圾行星,除了俘获小行星来建造环绕空间站作为中转站,应该没有其他用途的。

 

太阳附近

比如水星轨道,每平米的能量密度是12kw。假如人类找到了很好的能量储存方式,那么开一艘能量采集船来这里采集能量就是一件效益非常好的事情了。这附近的射线和粒子流对太阳能电池板伤害很大,所以只能用蒸汽轮机这类热发电方式来进行光变电,然后储藏。
等到人类真正开始研究虫洞,跳跃,星门这些技术的时候,假如有那么一天。
我们只能建造类似戴森球这样的设备来获得足够的功率,没有比130万公里直径的超级聚变堆的功率更大的了。
这些设备所需的材料,水星就可以提供大部分了。

 

 

火星半径是地球的一半,一天和地球一样长,一年和地球2年一样长,重力是地球的四成,大气目前只有地球的1%,但是在加压的大温室里种植作物来获得氧气和粮食,人类就能生存在温室里。这个比任何一个地外天体都要优越,至少目前是这样的。
温度是最大的问题,赤道为例,夏季白天20度,晚上-80度,冬季白天-50度 ,晚上-110度。
所以加压温室大棚必须建在大坑里,只有夏季和靠近夏季的日子里才能种植。晚上要盖上保温用的顶棚,并加温保护作物。
如果聚变堆一下子出不来的话,只能用太阳能电池板结合电推进把火卫二推到静止轨道,安装大面积反射镜来给局部地区加热,并在地面上采集聚集过得太阳能,为人类提供工农业所需的能量。

 

比较苦逼的另一点是,火星不像地球有磁场,高能宇宙射线会直达地面,对生物体的RNA 和DNA造成不可修复的损伤。所以,建筑还是挖洞吧,地洞山洞都可以,农场要求在一起,所以还是地洞好,天然的地洞更好。这样才能避免高能宇宙射线的伤害。
所以说,如果不是被逼的,谁想去移民外星啊,日子太苦逼了。

 

下面讲讲小行星带吧。这个大家也比较熟悉。
小行星带由规模以上小行星约50万颗以上组成,还有一颗矮行星——谷神星。其中二百公里以上有26颗。
这里是最好的采矿区域,相当于半个水星那么大的行星在这里破碎成几十万块大的和无数小的。然后我们可以开着飞船在里面找矿,富含贵金属,富含辐射元素的小行星都必然存在,开着飞船过去,一个个做记号编号勘探,收获必定十分可观。可开采矿物可能大于地球的可开采量 。

 

其中的谷神星据说含水量很高,可是火星轨道往外水真心到处都是,不稀缺,金属反而丰度很低。
所以有一颗小行星——灵神星,可能反而是价值最高的。
灵神星长200公里左右,.重金属含量高于90%,主要是铁和镍,质量达到2亿亿吨即2.19*10^19kg。
这个东西可以造很多艘歼星舰,或者是星球大战里面的超级堡垒。
这颗小行星很可能是太阳系演化过程中某颗矮行星甚至行星的星核。后来再相互撞击吞噬中成为失败者。

 

木星卫星和木星环

从木星往外,这边的星球包括大卫星,还有柯伊伯带的几个矮行星,还有外围奥尔特云未发现的天体。
主要元素都是轻元素,星球表面铁以上的重元素会极度稀缺。木星星核里面肯定集中了外围大部分重元素。
这意味着,哪怕在外围的小天体上面,包括木星卫星木星环等等,铁往上的金属都极为稀少了。
按照规律,氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖,钠镁铝硅磷,硫氯氩钾钙,钪钛钒铬锰,铁。
这个顺序一看,镁铝硅钪钛钒铬锰这些人类科技树上面点得比较多的金属在这边木星环和小卫星上面应该还能提炼出来一些。
水冰会很常见。硅酸盐辉石也很常见。木星几个卫星深处高压温升可能有液态水的海洋。
甲烷和氢气到处都是,氦气不少,特别是土卫六-泰坦上面,大片大片的甲烷湖,水可能在甲烷海深处,可能是结冰状态了。

 

木星这几颗卫星,固态的应该是二氧化硅和氧化钙,液态的多是甲烷海。由于木星本身可能是有一个固态的核和高压的氢海组成的。时不时还有个大风暴什么的。加上很高的逃逸速度,人类基本无法利用木星的资源比如氢气海。
事实上,四个大卫星上面的已经有足够的水可以电解获得氢气了。木星卫星上面的氦3可能也是非常丰富的。建立木星卫星基地前提是人类能够实现可控核聚变。否则是没有足够的能源在这个冰冷的世界建立聚居地的。
所以开发的重点还是木星的67个卫星和木星环里面的矿物。

 

 

土卫六

比月球大比水星小,有浓厚的大气,地面压力约等于地球压力的1.5倍。98%以上是氮气,剩下部分大多的碳氢化合物,就是各种烷烃。
地面有大片的甲烷湖,其它大部分地面涂着厚厚的类似于沥青之类的托林。有各种层次的组分不同的厚厚的冰层。某个深度应该有水冰,靠近核心的地方应该有大量硅酸盐,可能还有地下的液态水的海洋。
但是由于离太阳10个天文单位左右,就是地球离太阳的10倍这么远,光照只有地球的百分之一,非常微弱。极度寒冷阴暗。
旅行到这里还有开发这里都很不容易。
这里极度缺乏能源和金属。
要开发这里估计也是很久以后了。土星和木星类似,卫星就一个特别大的,其它都最多就1500公里的直径,就不讲了。

 

 

所以,除非是外星人入侵了,还是太阳系之外黄道面航行过来的,比如三体中的故事。才会把土星,天王星,海王星和冥王星作为防御体系的一部分。否则真心没什么大用处啊。
哪怕有一天我们要入侵开发其他恒星系统,这里些个行星矮行星除了用来建立起物资补给站,还有什么其他用途呢?

出处:科幻公众号

栏目:伦理
2016-04-17 (

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