無垠宇宙的深邃黑幕下，億萬星辰閃爍，看似遙不可及，實則蘊藏無盡寶藏。地球，我們賴以生存的家園，資源卻在人類的高速發展中逐漸吃緊。為了從太空中獲取寶貴資源，一場關乎生存與發展的星際資源賽已然打響。

　　近日，我國首台太空採礦機器人在中國礦業大學誕生。曾經只存於科幻作品里的太空採礦，或在不遠的未來成為現實。 新華報業全媒體記者 謝詩涵

　　仿生結構“抓”住疏鬆星壤

　　三隻輪足，三隻爪足，這個外觀彷彿六足“螃蟹”的機器人，正是中國礦業大學劉新華教授團隊所研發的多功能集成化太空採礦機器人。

　　劉新華告訴記者，由於月球距離地球最近，且資源豐富，一直以來被視為太空資源探測的前沿陣地。據估計，月球上的氦－3儲量（一種清潔、高效的核聚變燃料）可達數百萬噸，能夠滿足人類未來數萬年的能源需求。此外，月球還富含鐵、鈦、鋁等多種金屬礦產資源，具有極高的開發價值。

　　然而，太空採礦並非易事。月球、火星等天體表面環境惡劣，地形複雜多變，對採礦設備的要求極高。傳統的太空探索設備，如月球車和火星車，大多功能單一，難以勝任複雜的採礦任務。因此，開發一種高集成化、高可靠性的太空採礦機器人，是當前科技界的研究熱點。

　　自2018年起，劉新華團隊將目光鎖定月球及近地小行星資源探測。儘管傳統採礦機器人相關技術已經比較成熟，但如何在太空極端環境下進行採礦作業的難題尚未被攻破。

　　中國礦業大學機電工程學院副教授華德正解釋，月球表面重力加速度約為地球的六分之一，物體在月球所受重力顯著小於地球，近乎“失重”。此外，與地球土壤不同，月壤顆粒細小、質地疏鬆，這使得開採任務更為艱難。“為解決失重帶來的漂移等問題，我們類比節肢昆蟲，將機器人設計為六足，其中三足採用特殊的陣列式爪刺結構，並類比啄木鳥的攀附結構，增強其附著力和抓地力，使之不僅可以自由穿梭於疏鬆的月壤上，還可以在作業時牢牢扎入星壤深部，錨固住進行採樣。”

　　據介紹，這名“星際礦工”還配備了一套差動系統。通過懸架、離合器、差動器和張角調節器的協同工作，機器人可以根據當前的工作環境調整移動模組的結構形狀。目前，該機器人原型機已經向有關部門申請專利，並且通過了初審。

　　類比月球原位環境下的“魔鬼訓練”

　　2018年，美國“鼴鼠”火星探測器隨“洞察號”火星著陸器成功降落在火星表面，其主要任務是將鑽頭打入火星地表5米深的位置，從而測量火星內部的溫度。然而，由於火星土壤與預期的不同，無法為“鼴鼠”提供足夠的摩擦力，首只“星際鼴鼠”最終宣告“打洞”失敗。

　　這也讓團隊更深刻地意識到，面對月球低重力、極端溫差、超高真空、高輻射等嚴苛環境，太空採礦機器人還需要接受一系列“魔鬼訓練”。

　　“測試階段，我們為太空採礦機器人搭建了一個沙盤訓練場，一方面用沙土來類比月表的沙壤環境，另一方面設計懸吊機構，將機器人垂直懸吊起來以抵消它的部分重力，類比月球的1/6g重力環境。目前，無論是崎嶇不平的月球表面，還是布滿隕石坑的小行星地表，這款機器人都能保持平穩運行，對環境的適應性極高。”華德正說。

　　此外，一個合格的“星際礦工”還將接受深空極端環境星壤工程物理類比試驗系統的考驗。

　　在中國礦業大學深地工程智慧建造與健康運維全國重點實驗室內，記者見到了這一“龐然大物”。這套可以類比月球原位環境的試驗系統佔據了100多平方米的實驗室空間，而實際試驗空間僅為長度為半米、直徑為半米的圓柱形空間。

　　實驗室副教授李瑞林告訴記者，設備整體之所以那麼大，原因就在於月球環境交雜。“除了1/6g重力場，月球上白天可以達到130℃的高溫，晚上可以達到-180℃，甚至在極區可以達到-250℃的低溫。因此，想要類比其原位環境需要一系列複雜的附屬部件。”

　　李瑞林以類比中最難的低重力場舉例，通常類比失重狀態的方法有兩種，一種是讓高空中的飛機加速向下俯衝，另一種則是高空中自由落體，但這些方法的弊病就是持續時間很短。“而我們是利用磁懸浮的原理，借助超導磁體產生強磁場，材料磁化后使測試物懸浮起來。這樣的好處在於可以長時間使測試物處於懸浮狀態，構建低重力環境。”李瑞林介紹，此外團隊還通過液氮、真空泵等實現月球超低溫、超真空等環境的類比。

　　華德正表示，下一步團隊還將聯合新材料方面的專家，為“星際礦工”設計適合的骨架和外衣，使之更好地應對極端環境挑戰。

　　目標是實現太空資源原位利用

　　太空資源的開發是人類擺脫地球資源桎梏，邁向多星球文明的關鍵一步。

　　放眼國際，當下各國紛紛投身太空資源探測之中。美國NASA開展的“阿耳忒彌斯計劃”將月球南極水冰列為重點目標；中國“嫦娥工程”通過多次月壤採樣，驗證了月球稀土和氦－3的提取潛力；而就在今年初，SpaceX攜帶“奧丁”探測器探尋“2022 OB5”小行星是否具備被開採的潛力，挑戰太空採礦……據中研普華報告預計，到 2029年，中國商業航太市場規模將達4.8萬億元，深空探測、太空採礦等新場景貢獻率超30％。

　　李瑞林表示，目前，實驗室還在同步開展“月球資源特徵與儲層物性原位探測方法與裝備”“月球極區水冰資源溫控貫入開採與原位制氫方法與裝備”等多項研究，這些都是太空採礦領域的重點科研專案。“太空採礦機器人作為月面移動的載體，不僅可以實現礦產、水冰等不同資源的開採，未來也可以搭載不同的智能模組，為深空探測和星際旅行提供技術支援。”

　　在李瑞林看來，我們目前所採集到的太空礦產資源基本是帶回地球進行研究和利用，而太空資源開發的未來目標是實現資源的原位利用。比如，月球土壤可通過太空3D列印技術轉變為建築材料，支撐月球基地建設；火星大氣中的二氧化碳可轉化為甲烷燃料等。“隨著越來越多新技術的湧現，相信這些場景的實現將不再遙遠。”