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起源太空苏萌:太空采矿比想象中离现实近多了

发表日期:14 October 2019

10月14日,起源太空宣布完成了来自经纬中国的天使轮、线性资本的天使+轮,共计5000万人民币融资。起源太空团队从2017年开始对太空资源开展了研究和商业化工作,是中国第一家致力于太空资源开采和利用的商业公司。

 

9月12日,长征四号乙火箭携带着资源1号02D星、京师1号卫星和金牛座纳星发射升空,并成功将三颗卫星送入了太阳同步轨道。金牛座纳星是其中最有特色的一颗,这颗卫星也搭载着“经纬系公司”起源太空主导的小型紫外光学望远镜。

 

这是国内首台3D打印的超轻结构大视场紫外光学望远镜,3D打印可以缩短卫星研制周期,大幅降低成本,优化结构,减轻重量。作为国内首颗紫外波段探测商业卫星,金牛座纳星的紫外载荷对地球大气层开展实时大视场监测,开展技术验证的同时,主要目标是实时监测小天体与大气层撞击事件,研究小天体成分特征,建立起源太空独有的太空资源数据库,同时日盲紫外的广域大气观测有着广泛的应用价值。卫星上天一个月以来各项指标均达到或超过预期,观测非常顺利已经传回大量数据资料。

 

发射空间探测望远镜,建立全波段对天对地联合探测网络,收集更为精确和多元的成像光谱巡天及对地观测数据,同时通过提供商业解决方案实现“资金造血”,是起源太空的第一步。

 

但起源太空的野心并不止于此,作为中国第一家也是唯一一家小行星采矿公司,他们致力于通过“找矿-探矿-占矿-采矿-返回”五个阶段,最终开发和利用小行星上丰富的太空矿产资源,在轨利用小天体丰富的水资源,为未来人类在太空的活动提供最重要的物质资料,未来目标打开如铂、钯等贵金属以及其他地球上稀有的资源,深刻影响人类工业文明的进程。

 

这件听起来非常“科幻的事情”背后站的是国际顶级配置的中国团队,起源太空的团队背景横跨空间科学、航天工程、矿物学、人工智能、大数据等领域,涵盖了国内最优秀的行星科学专家和资深的航天系统工程师,同时与美国、欧洲的专家学者紧密合作,站在行业发展最前沿。

 

起源太空的CEO苏萌,本科毕业于北京大学物理学院,在哈佛大学获得了天体物理学博士,麻省理工学院Pappalardo Fellow、美国航空航天局Einstein Fellow,也是香港大学空间科学实验室执行主任。他曾获得高能天体物理领域最高奖“Bruno Rossi Prize”,也是“银河系巨型气泡结构”发现人,其研究成果曾入选美国物理学会“世界十大物理学进展”及《天文学》杂志“年度十大天文学进展”。

 

联合创始人喻天弘则是小行星、陨石及数据专家,曾任壳牌石油钻井平台安全研发主管,在美国创办过自己的公司。他与苏萌是北大物理同班同学,毕业以后在美国克莱姆森大学获得天体物理博士学位。

 

经纬2019年投资了起源太空,在合伙人左凌烨看来:“深空资源利用是备受关注的议题,我国在这方面人才稀缺、时机紧迫。起源太空是目前国内进度最领先,最有希望实现‘找、探、落、采、返’的商业团队,创始人有全球顶级的科研背景,同时在商业层面有灵敏嗅觉,更具备突出的学习能力。对于整项事业的可行性,我们热切期待最终实现的矿藏开采及返回,更看好几年内就能带来巨大价值的独家数据、资源和衍生产出。经纬愿做起源太空这样高新技术初创公司最早、最坚定的支持者。”

 

借这次的发射,我们与起源太空CEO苏萌聊了聊。在他看来,太空采矿已经不再是科幻想象,而是正在逐步成为现实。人类开发太空资源的最大阻力不是技术和经济,而是人们普遍存在的心理障碍。

 

在太空经济这个万亿美元规模的增量市场中,整个太空探测领域可以借太空采矿发现新的市场和机会,这是一个巨大的舞台。今天全球做太空资源开采相关领域的商业公司全球已经有20多家,起源太空是唯一的中国公司——“大航海时代人类对地球上资源的获取与整合定义了一个大时代,未来太空资源将迅速会成为一个全新的机遇,这是一个百年未有的世界级的机遇和机会,我们不能等到其他国家都已经开始开采太空资源了才行动,那时候就来不及了。”

 

正如NASA在非常著名《致Mary Jucunda修女的一封信》中所提到的,太空探索不仅仅给人类提供一面审视自己的镜子,它还能给我们带来全新的技术,全新的挑战和进取精神,以及面对严峻现实问题时依然乐观自信的心态。以下,是来自苏萌博士的分享,Enjoy:

 

为什么要去太空采矿,
太空采矿离我们有多遥远

 

太空采矿对于很多人来说,是一件看起来非常科幻的事情,其实这件事情比大家想象中要离我们近多了。原因是大家不了解,也就无法在脑海中构建出一个图像,不熟悉让人们保持了一个遥远的距离感和未来感

 

麻省理工学院文章曾估计,在地球上新开发一座新的稀土金属矿约需10亿美金。相比较而言, 在不远的将来把一颗体积较小的小行星带回地球,需要的成本不相上下。2017年,高盛的研究报告指出太空经济这个不为公众所熟知的领域,未来20年间其行业规模有望达到数万亿美元。

 

△2017年7月20日,小行星2011 UW-158与地球擦肩而过(图据起源太空)

 

铂族金属广泛应用于催化剂和高端电子元件,是航天、航空、汽车产业及高科技领域不可或缺的关键金属,2018年钯金价格4个月内暴涨46%,超过了黄金的价格。而地球周围小行星中有着近似无限的铂族金属资源,比如2017年7月20日与地球擦肩而过的小行星2011 UW-158,其主要成分是铁、镍、钴、铂、水,仅其中所含估测的铂金含量就达到5.8万吨,大约价值1.7万亿美元,而地球每年能开采的铂金大概只在200吨左右。

 

阻止我们走向太空采矿的最大阻碍,不是技术和经济,而可能是心理障碍。今天全球做小行星采矿相关领域的商业公司已经有20多家,分布在美国、欧洲和日本等国家,在刚过去的8月份美国就又成立了一家新的小行星采矿公司Planetoid Mines。

起源太空是其中唯一的中国公司。

 

△2019年10月,苏萌在卢森堡参加太空资源研讨会

 

资源是一切文明追逐的最核心要素,
太空资源采集是地球文明发展必经之路

 

从完整的路线图来说,完成太空资源采集,起源太空划定的技术路线图有5个阶段:找矿-探矿-占矿-采矿-返回,每一个阶段都可以不同程度地对商业、技术乃至众多相关产业产生重要影响。

 

首先是“找”,通过发射多谱段的探测卫星,起源太空将建立全世界最全的小行星资源数据库,覆盖超过50万颗小行星数据和2万颗近地小行星的轨道、成分、物理状态、开采价值与难度风险等一系列数据。2020年底,起源太空预期会完成全电磁波段的卫星探测网络与地面匹配设备的建设部署,这个构建也是全世界独一无二的。

 

“找”的目的是画出“太空藏宝图”,一方面我们明年对近地小行星探测的组网,能够最有效地寻找更多近地小天体,然后进一步判断它的组份,这是一个反复优化、细化和深化的过程。这其实跟地球采矿是一样的,如果你对一块大陆是无知的,你不知道那里有矿,怎么去开采?你肯定要慢慢的一步一步勘察每一个区块到底有什么东西,进行各种不同层次的成像和物质成分的分析,收集大量数据帮助你分析矿物的位置、规模、成分等等。太空采矿业一样,到哪里采性价比最好,“低垂的果实”在哪里是一个瓶颈问题。

 

今天,人类已经研发成熟了大部分太空采矿的技术环节,关键要解决的问题是如何跑通一个循环,然后不断优化采矿的过程,并且从小到大工业化,并不断迭代降低时间成本、开采成本等等。

 

目前已知的小行星数据主要是地基望远镜的光学波段数据,以及少量空间望远镜的红外波段数据,缺乏大量详实的多波段光谱数据以推断小行星的物质组成,判断商业价值。

 

但我们可以做到多个波段全面地收集数据,这个工作前期做得越扎实,后期抵近探测结果就越准确,效率就越高,风险也就更低,这跟大型石油公司矿产公司发展逻辑是类似的。除了技术优势之外,用最高性价比的方式去降低开采小行星的风险,也是我们现在最大的优势。我们即将发射的卫星包括:

 

▌红外卫星探测项目,未来全球第一颗在轨运行的商业化红外望远镜

 

正在与国内某上市公司洽谈提供技术验证与数据分析平台的服务,并可能为国内外高校提供共享望远镜时间的服务。红外探测卫星对地遥感部分将提供全球甲烷温室气体探测能力,并在特殊遥感服务场景提供唯一的定向光谱监测数据。

 

▌紫外卫星,紫外波段小行星探测卫星

 

这将是国际首颗长时间商业化对小行星观测紫外探测设备,极大补充传统光学红外卫星探测能力,在军民两用应用场景有巨大市场前景。

 

我们明年还会通过发射龙虾眼X射线探测卫星, 并成为起源太空竞争国家航天局小行星探测项目的重要技术支持,这也是国际首颗大视场X射线探测卫星。阿联酋大学对该卫星数据表示了浓厚的兴趣,并正在与欧洲航天局、卢森堡航天局商讨共享卫星合作。

 

多波段的探测卫星是我们在“找”这个环节确立的价值,起源太空这些卫星的探测能力和能够收集到的数据量和数据价值是世界唯一的,我们可以共享数据也可以提供完整的解决方案。这次发射的金牛座纳星搭载的紫外探测器是中国的第一颗商业公司的紫外探测器,是很有亮点的一台太空望远镜。

 

按照计划,起源太空会在2021年发射航天器对小行星进行抵近探测,落实“探”这个步骤,与此同时同时推进探、落、采这三个步骤;预计在2025年完成小行星全球首次商业开采行为。

 

太空采矿,人类文明
或将实现从1.0到2.0的跨越

 

地表的重金属资源非常有限,频繁地开采也会带来各种问题,诸如环境污染、资源枯竭的问题,所以从外太空寻求资源是非常现实的需求和人类发展必经的道路。随着地球上矿产资源开采难度越来越大,太空采矿的价值有三:

 

▌深远影响地球现有工业体系

 

地球的重金属绝大部分在地球形成之初都沉淀到地心,地球表面大都是碳、硅这种比较轻的物质,因此人类的工业体系也基本是基于这些轻元素来构建的。重元素都在地心里面,对于人类来说开采成本很高。但天上就不同了,天上的重金属资源几乎是无限的,比如地球上目前开采的铂金属就是亿万年的地球演化史上天上的小行星“砸”下来的。

 

如果有一天我们能直接开采太空中的重金属资源,势必会对人类新的工业体系有深远影响。试想一下,如果类似铂系金属能成为常规金属的话,对工业发展是颠覆性的。另外大量金属在地球上以氧化物形态存在,开采提炼的过程产生大量的污染物,对环境造成不可避免的污染与破坏,太空资源则完全不同,没有地球上复杂的物理化学环境,开采方式的不同避免了提炼过程的成本与代价。

 

▌推进人类太空工业的发展

 

水,是非常重要的太空能源,不仅是人类活动的基础,也是太空化学燃料的来源等。人类已经在小行星上探测到了水的成分。如果这些水能够被定位以及高效开发,我们可以用水电解成氢和氧,补充氢氧发动机的燃料;普通矿石也可以在轨冶炼和在轨制造,对于空间站的运营、载人深空探索和太空基地的建设都会非常有帮助。

 

国家航天局四月份发布了中国小行星探测计划,其他国家对于小行星资源的探索也已经领先于我们。如果人类要走出去,走向更远的太空,一定会依赖太空资源的就地开采和利用,就好像你出去旅行不可能带着你全部的干粮,太空补给能力决定了人类走向远方的脚步。

 

人类的经济圈扩张到太阳系,这件说起来很科幻的事情,其实已经进入到我们的能力范围了。历史给了我们一个机遇,文明跨越1.0向2.0迈进。这是1967年前苏联天体物理学家卡达谢夫对文明发展阶段的定义。

 

文明1.0是我们局限在宿主行星上利用和开采所在星球(地球)的资源;2.0时代,文明会进化到可以开发宿主恒星及其行星系统的资源,Elon Musk也多次在演讲中提到戴森球这个概念,就是文明进化到2.0阶段的体现。

 

▌地球防御

 

7月25日,有一颗直径约为57米至130米,代号为“2019 OK”的小行星,与地球“擦肩而过”,最近时距离地球只有73000千米,相当于五分之一的地月距离。这样大小的小行星与地球撞击,足以毁灭一个城市。

 

事实上,每天有100万吨天上的物质通过各种形式“撞击地球”。最为大众所知的一次,发生在6500万年前,造成了恐龙灭绝。距离我们生活的时代最近且影响最大的一次发生在2013年,一颗小行星在俄罗斯距离地面十几千米的高度爆炸解体,导致超过1500人受伤,造成上千万美元的损失。这颗行星要比”2019 OK“小得多,进入大气层的直径大约为15-17米。

 

之所以公众知道“2019 OK”是因为现在我们获取信息的途径更多了。这颗小行星,人类是没有提前监测到的。为什么监测不到呢?因为它是从太阳方向过来的,太阳比较亮,它又相对比较小,100米对于人类来说很大,但是在太空里只是沧海一粟。

 

如果我们有空间轨道的卫星在一个合适的角度,其实是可以提前监测到的。所以提升对近地小行星的观测能力,对于地球防御是至关重要一环,我们明年发的红外望远镜就能肩负起这样的重任。

 

人类现在在太空中没有专门去监测小行星的望远镜,美国曾经有过但退役了。天上的望远镜确实是寿命有限也比较贵,起源太空发射的望远镜是针对性的、只看小行星的,整体设备成本上就能便宜很多。

 

太空采矿是一个商业行为,但在我们离这个商业目标越来越近的同时,我们的技术部署同时能够在小行星防御方面起到重要作用。这是关乎整个人类文明存亡的事情,起源太空发展商业诉求的同时也承担着很大的社会责任。

 

给我印象很深的是第一次到经纬和左凌烨(注:经纬中国合伙人)交流的时候,我不需要向他解释太多基础知识背景,大家的交流非常顺畅,就像遇到了知音,他把下一个会都推迟了,后来的决策和推进也非常迅速。从商业价值到技术价值再到更深远的意义,其实大家对商业航天的发展都是长期看好的。

 

产业发展、商业价值、技术价值
是呼唤太空探索向前走的炮火

 

我在哈佛大学时的导师 Martin Elvis,就是小行星采矿这个领域最权威的科学家之一。在哈佛读研究生的第一个星期,我收到的研究题目就是“小行星采矿”。也是从那时的研究起,我心里植下了未来开采太空资源的梦想。

 

从学者到创立起源太空,对我来说是既是对行业未来发展机遇的清晰判断,也是我所从事的这个领域必须要有人去完成的突破。既是必须要有人做,又是最适合我去做。我想每个人都会有人生的使命感和责任感,对我来说,这是一件必须要全力以赴的事。很多同事也特别认可我的选择,觉得我是最合适的那个“能上能下”的人,这也是我最大的特长。

 

△“费米气泡”苏萌是发现者之一,他因此获得高能天体领域最高奖、同时也是最年轻的获得者和唯一华人获得者。

 

十年前我发现了银河系一个全新的气泡状的结构,出人意料的发现让我在很年轻的时候就获得了美国天文学会在我们这个领域颁发的最高奖。迄今为止我依然是最年轻的获奖者,也是唯一的华人科学家。这让我在很早的时候就有机会去设计、影响、领导一些大的科学工程项目。

 

比如基于此前在美国南极天文台的经验,我曾作为项目经理负责在我国西藏阿里地区建造全球海拔最高的天文望远镜,参加中国首颗天文卫星暗物质粒子探测卫星等。这让我通过实际领导大项目团队,对体制的理解和中国发展大科学装置的迫切需要和时代机遇有了切身的体会,看到了中国发展太空前沿项目巨大的机遇。

 

但我很快发现了太空探测在今天这个时代遇到的一个瓶颈。今年是人类登月50周年纪念,50年前在强大的美国举国体制下人类完成了这个划时代的壮举。人们对后来50年太空探索的发展总体而言是失落的,以至于今天我们还在谈“重返月球”。

 

类似的,在哈勃望远镜之后,下一代太空望远镜James Webb Space Telescope的造价是100亿美金以上。光靠科学家以纯粹好奇心为目的的科学诉求的推动,是会很快遇到巨大的资金瓶颈的。没有商业回报而想推动一个行业的发展,一定会遇到这个问题。

 

这个问题的解决:一种,是通过各种方式去影响政府决策实际得到需要的大规模支持;一种是形成商业闭环、产业能力、自我造血能力,让领域的发展走向高效的互动循环发展的路线。比如最近的人工智能的发展就是一个很好的例子。

 

产业发展、商业价值、技术价值是真正推动科研发展的力量。

△苏萌(右一)四年前与今年Nobel 物理学奖获奖者Jim Peebles(左一)在纪念CMB发现50周年上的合影

 

Martin Elvis(哈佛大学史密松天体物理中心教授,小行星采矿领域最前沿的科学家,20多年致力于小行星采矿研究)、Max Tegmark(麻省理工学院物理系终身教授,世界知名AI智能领域教授,也是Elon Musk的导师)、Douglas Finkbeiner(哈佛大学唯一物理系天文系双料教授,Rossi Prize获得者)、John Kovac教授(曾入选美国《时代》杂志年度百大影响力人物)……都曾是我的导师,也都在积极在技术上支持起源太空的发展,他们都非常认可中国在未来太空资源开发过程中巨大的影响力和潜力。

 

走出地球,为什么能够走出去,走出去的价值在哪里?全球学界和产业界统一的共识是获取太空资源,它是真正可以给你带来巨大的生活场景变化的一个渠道。因为太空资源跟地球的所有资源比,简直不可同日而语。以前我们是不知道,现在我们知道了,并且有更好的定量的方式去判断获取这些信息与数据。

 

这不再是一个学术研究行业来自于好奇心的初衷,而是文明尺度急迫的可持续发展的文明共同体诉求。这宏大的事业也是我最大的内动力,我相信其中不可估量的商业价值和文明价值。

 

我们国家开展了一系列的有国际影响力的航天工程项目,包括著名的载人航天工程、探月工程等等。商业方式让我们找到了更好的更坚实的前进动力,更低成本、更针对性地、更可靠地将底层科学和前沿技术结合起来,实现最大的商业价值和学术价值。

 

以红外找矿卫星来做比较,起源太空的成本是国外公司的1/5,研发周期缩短了3/4,相机口径和分辨率还有观测波段都有大幅提高。同时,我们有中国落地发展的时代机遇,与航天国家队也有完整的产业链合作。

 

起源太空现在做的每一颗卫星不仅成本低,而且非常有特色。这个特色包括了科学特色、技术特色,让它本身的价值最大化,并且有能力让更多的人通过这个渠道去获取信息和数据。这在海外,是已经被验证的一个模式。

 

我们做的是增量市场,当你发展得好,整个航天工业都会有新的市场和机会,这在以前的中国是没有的。正如16世纪时航海船舶的质量和性能的提升为大航海时代开启奠定了基础,而真正开启大航海时代序幕的内在动力是西欧对于美洲、亚洲的香料瓷器等的渴望和贸易需求。

 

起源太空,
明明是一家在地球上创立的公司,
为什么要叫起源太空?

 

贝索斯的公司叫“蓝色起源(Blue Origin)”,这里的蓝色指的是地球,这个意向指向的是起源于地球,最终目的是脱离地球。

 

在我看来人类的科技文明发展历程在某种意义来讲,就是对一些最基本的起源问题的反复追问的过程,起源太空这个名字有几个方面的含义:

 

首先是跟太阳系起源有关,小行星上保存着太阳系最古老的信息,保留着很多太阳系形成之初的原始状态,比如小行星的化学成分,或者说我们想开采的太空资源,没有经历地球46亿年的反复演化的“大熔炉”。我们想知道太阳系的起源,广义的行星形成过程,我们生活的世界是哪里来的,可以通过研究小行星得到答案。

 

其次是生命的起源,生命是由有机物构成的,远古地球的环境其实并不适合产生有机物。那么很大的一个可能是,地球生命的起源也就是有机物是由小行星从天上“砸下来”的。所以从这个角度,如果我们从小行星找到很多复杂的有机物,对我们探究另外的生命,或者自身的起源都是有帮助的。小天体反复撞击地球,极大影响了地球漫长的演化历史,以及地球上物种演化的历程,众所周知的著名例子是6500万年前统治地球一亿多年恐龙的灭绝。

 

人类未来持续的发展的原动力依然是对起源问题充满欲望的回答过程, 这是我们在自然界赖以生存的原始好奇心的诉求,起源太空,人类起源于宇宙的这个小小的角落,走出地球局限,走向太空文明,会让我们的文明更有价值。

 

浪潮来的时候,不是所有人能看得到,而我们强烈感觉到历史正来到人类文明跨越1.0时代序幕开启的这一夜,我们有坚定的使命感要把握住这样的机会,我们想团结起来有同样判断和理想的人,在文明不可阻挡的前进过程中,建立相应于时代的商业。

 

人类在研究起源问题的过程中产生了我们的文明,产生了今天定义我们的科技,使得我们了解了我们身处的宇宙环境,有能力走向太空、走出一直以来定位我们的圈层而成为多星球物种,来到一个全新的时代。我们相信太空资源的开发利用是人类继续繁衍、突破今天已经面临的众多挑战的必由之路。

 

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