自然資源的儲量和利用方式?jīng)Q定著人類文明的
發(fā)展程度和可延續(xù)的限度。 20 世紀(jì)以來, 人類社會
進入資源大量消耗、 社會高速發(fā)展的時代, 地球重
要資源將逐漸面臨枯竭的危機, 資源不足、 能源短
缺和環(huán)境污染等問題威脅著人類在地球上的生存與
發(fā)展。 戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源對能源、 材料、 冶金、
化工、 制造業(yè)、 國防等行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要, 是全球
經(jīng)濟發(fā)展的重要約束, 其供需矛盾導(dǎo)致一系列全球
性問題。
太陽系擁有豐富的自然資源, 具有重要的開采
與利用價值。 太空資源開發(fā)不僅是可持續(xù)太空探索
的重要推動力, 而且有望催生太空新經(jīng)濟, 為解決
資源匱乏、 環(huán)境污染等全球性問題提供新的思路和
方法, 為地球可持續(xù)發(fā)展注入新動力。 太空資源開
發(fā)逐步實現(xiàn)商業(yè)化、 規(guī)模化并形成新產(chǎn)業(yè)體系后,
將有可能改變?nèi)�球原材料供�?yīng)和世界經(jīng)濟格局, 并
在科技、 經(jīng)濟、 社會、 安全和政治等方面產(chǎn)生重大
影響。 正如大航海時代創(chuàng)造的奇跡一樣, 以太空資
源開發(fā)為代表的 大航天時代 將有望拓展人類生存發(fā)展新空間, 可能
創(chuàng)造人類發(fā)展史的下一個重大跨越和奇跡, 帶來人類文明新的繁榮。
隨著宇航科技的快速發(fā)展, 人類已初步具備了整個太陽系的探測能
力, 太空探索活動逐步由探測階段進入到資源開發(fā)階段。 太空資源開發(fā)
逐漸成為世界航天強國的重點發(fā)展方向之一, 并吸引了多家商業(yè)航天公
司投 入 開 展 太 空 資 源 開 發(fā) 活 動。 美 國 國 家 航 空 航 天 局 ( National
Aeronautics and Space Administration, NASA) 阿爾忒彌斯計劃 (Artemis
Plan) 將原位資源利用 (In-Situ Resource Utilization, ISRU) 技術(shù)列為六
大優(yōu)先發(fā)展技術(shù)之一, 將在月球上演示驗證利用月球資源生產(chǎn)水、 燃料
和其他供應(yīng)品的技術(shù), 以及在月球上挖掘和建造的能力。 毅力號火星車
的火星氧氣原位資源利用實驗載荷 ( Mars OXygen ISRU Experiment,
MOXIE) 首次實現(xiàn)了利用火星大氣的二氧化碳資源制造出氧氣。 歐空局
(European Space Agency, ESA) 發(fā)布了太空資源戰(zhàn)略, 計劃在月球上演
示驗證太空資源利用的關(guān)鍵技術(shù)。 美國 NASA 于 2023 年 10 月發(fā)射了首個
金屬質(zhì)小行星靈神星 (Psyche) 探測任務(wù), 將了解金屬小行星的起源并
探索商業(yè)開采的可能性。
作者牽頭的研究論證團隊結(jié)合近 5 年來對太空資源開發(fā)領(lǐng)域戰(zhàn)略論
證、 關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及工程研制的研究實踐, 提出了太空資源開發(fā)的發(fā)
展設(shè)想, 初步形成了太空資源開發(fā)技術(shù)方向和發(fā)展路線圖。 2023 年 8 月,
中國宇航學(xué)會第一屆空間科學(xué)與試驗學(xué)術(shù)交流會在北京召開, 會議以
探索浩瀚宇宙、 開發(fā)太空資源 為主題, 對太陽系太空資源開發(fā)進行了
深入探討。 本書作者王巍院士在會上作了 《太空資源開發(fā)體系發(fā)展設(shè)想》
特邀報告, 闡述了太空資源開發(fā)的概念內(nèi)涵, 結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀和主要進
展, 提出了太陽系資源開發(fā)體系設(shè)想, 發(fā)起了 天工開物 太空資源開
發(fā)計劃倡議。
本書是在前期論證研究的基礎(chǔ)上, 進一步深化研究并歸納梳理的結(jié)
果。 第 1 章從太空資源開發(fā)的概念內(nèi)涵和資源類型出發(fā), 分析了太空資
源開發(fā)的經(jīng)濟價值和戰(zhàn)略意義。 第 2 章簡要介紹了太陽系資源探測與開
發(fā)相關(guān)的航天任務(wù)和商業(yè)航天發(fā)展的現(xiàn)狀。 第 3 章以模塊化、 產(chǎn)業(yè)化、
效益化為目標(biāo), 圍繞原位、 無人、 中繼等核心特征, 提出并系統(tǒng)闡述了
太陽系的資源開發(fā)體系設(shè)想。 第 4 章提出并系統(tǒng)闡述了月球、 近地小天
體等近地天體資源開發(fā)體系的構(gòu)建思路、 系統(tǒng)構(gòu)成、 方案框架等方面的
具體思考與設(shè)想, 并進行了初步的效益評估。 第 5 章提出并系統(tǒng)闡述了
火星資源開發(fā)體系和主帶小行星采礦體系方案的構(gòu)建思路、 系統(tǒng)構(gòu)成、
方案框架等方面的具體思考與設(shè)想, 并進行了初步的效益評估。 第 6 章
重點分析研究了地球空間進出、 深空軌道運輸、 太空在軌補給、 深空通
信中繼等若干太空資源運輸關(guān)鍵技術(shù)的原理方法與技術(shù)現(xiàn)狀, 提出了可
探索的技術(shù)路徑和技術(shù)方案。 第 7 章重點分析研究了太空資源勘探、 資
源開采、 無人自主等若干太空資源勘查開采關(guān)鍵技術(shù)的原理方法與技術(shù)
現(xiàn)狀, 提出了可探索的技術(shù)路徑和技術(shù)方案。 第 8 章重點研究分析了太
空推進劑原位制備、 太空冶煉、 太空制造、 太空建造和深空能源等若干
太空資源加工利用關(guān)鍵技術(shù)的原理方法與技術(shù)現(xiàn)狀, 提出了可探索的技
術(shù)路徑和技術(shù)方案。 最后, 第 9 章結(jié)合技術(shù)發(fā)展預(yù)測和分析, 進一步闡
釋了 天工開物 計劃和全太陽系資源開發(fā)的發(fā)展路線圖, 探討了太空
資源開發(fā)給人類社會帶來的重大影響。
太空資源開發(fā)屬新興科技前沿方向, 涉及面寬, 學(xué)科交叉性強, 目
前尚缺乏系統(tǒng)性、 學(xué)術(shù)性的論著和專業(yè)教材。 本書是國內(nèi)該領(lǐng)域第一部
系統(tǒng)性的學(xué)術(shù)專著, 是作者團隊近年來科研工作的總結(jié), 可供從事太空
資源研究的科技工作者, 航天科技、 行星科學(xué)、 采礦工程等領(lǐng)域的科研
和工程技術(shù)人員, 以及感興趣的讀者作為參考資料。 希望本書的出版起
到拋磚引玉的作用, 能夠激發(fā)該領(lǐng)域更為廣泛的研討、 探索和更為深入
的研究、 攻關(guān), 進一步促進該領(lǐng)域相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 為未來太空資
源補給站、 地外天體采礦站、 太空資源加工站等新概念空間設(shè)施的論證
設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)提供參考思路。 太空資源開發(fā)涉及領(lǐng)域廣泛, 不僅
包括各類新技術(shù), 還面臨政治經(jīng)濟、 法律法規(guī)、 國際關(guān)系等新問題, 因
作者專業(yè)所限, 本書僅重點討論太空資源開發(fā)的相關(guān)技術(shù)問題。
本書得到航天領(lǐng)域多位專家的關(guān)心和幫助, 特別是得到首批 共和
國勛章、 兩彈一星 功勛獎?wù)芦@得者孫家棟院士的鼓勵和指導(dǎo), 孫老
總還欣然為本書作序, 在此謹表深深的敬意和謝忱! 同時, 衷心感謝中
國空間技術(shù)研究院范含林研究員、 邱家穩(wěn)研究員、 宋堅研究員與中山大
學(xué)吳志剛教授等專家在本書撰寫和審稿過程中提出的寶貴意見和建議。
衷心感謝北京理工大學(xué)喬棟教授、 李翔宇博士, 北京航空航天大學(xué)徐明
教授等相關(guān)團隊在深空軌道分析方面提供的幫助。 衷心感謝與作者一同
工作的同事, 他們參與了本書部分內(nèi)容的研討和研究工作。 此外, 本書
也借鑒、 參考了國內(nèi)外同行的研究工作成果, 在此一并表示由衷的謝意。
由于作者水平有限, 錯誤和不妥之處在所難免, 敬請讀者批評指正。
作 者
2024 年 10 月