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哈佛博士回国入局小行星采矿,即将发射小行星采矿机器人

“银河系中心的黑洞在几百万年前刚吃了一顿饭,吃完饭打了一个饱嗝,这个饱嗝就是费米气泡。” 作为费米气泡的发现者之一,哈佛天体物理学博士、中国第一家小行星采矿公司起源太空创始人苏萌,这样解释他的发现。

图 | 苏萌(来源:受访者)

几千年来,人类对银河系的认知就是一个盘状星系,由于身处其中,我们看到的就是夜空中肉眼可见的横跨天际的一条白色的光带。

但当苏萌和他的同事们使用高能量伽马射线电磁波段去观测银河系时,看到一个震惊学界的发现 ―― 银河系的银盘两侧非常对称的分布着两个巨大的 “气泡状” 结构 ,这也是人类迄今为止认知到的银河系最大的结构―― “费米气泡”。

图 | 费米气泡(来源:NASA)

费米气泡的形状是极其宏大的哑铃形结构 ―― 两个巨大的气泡从银河系中心延伸出去,分别位于银河系旋臂面的上方和下方,每个气泡高度大约有三万光年。

费米气泡也是经过全球几十家科研机构、近千名科学家近 20 年的共同努力,使用造价十亿美金的费米伽马射线大面积望远镜,发现的迄今为止最重要天文现象,没有之一。

(来源:Pixabay)

具体来说,我们身处的银河系中心有一个巨型的黑洞,它上次 “吃” 东西的瞬间估计是几百万年之前,因此我们错过了它 “吃播”过程 。

但是费米气泡告诉我们,银河系中心的巨型黑洞 Sgr A * (人马座 A*)在几百万年前,一下子进食了大约几千个太阳那么多质量的物质。

苏萌说,费米气泡的发现可给认识宇宙中星系的形成演化、以及宇宙中多种尺度的起源问题可以带来帮助。

基于该成果,他获得全世界高能天体物理领域最高成就 Bruno Rossi Prize,也是近 40 年来全世界最年轻的获得者和华人唯一获得者,并借此入选全球十大物理学进展、十大天文学进展。

在美九年,和导师见证太空采矿的兴起

苏萌是山西太原人,当年通过参加全国高中物理竞赛保送至北京大学物理学院,本科毕业时几乎修完了物理学院全部的本硕课程。

毕业后,苏萌去哈佛读直博,到哈佛的第二周,他后来的导师之一 Martin Elvis(研究了 20 多年小行星采矿、该领域全世界最资深科学家)问他是否有兴趣做小行星采矿。

刚到美国的苏萌“蒙”了,在当时并不了解该领域的苏萌看来,这应该是科幻小说里面的场景。没想到就是这一问,让苏萌与他的导师一起参与见证了整个太空采矿行业的兴起,并埋下了创立一家太空采矿公司的种子。

博士毕业后,他从哈佛大学来到查尔斯河对岸的、麻省理工学院开展博士后研究,期间他曾参与过南极极点望远镜、费米太空望远镜等多个国际合作项目。

这些大型项目,由来自数十个机构的数百名国际科研人员参与,但只有苏萌一位是中国人,而中国一直还没有开展太空天文望远镜的项目。2010 年开始,他开始思考如何在国外的经验基础上发展中国自己有特色的太空望远镜。

有一次,他应邀访问紫金山天文台,遇到了现任中国科学院国家天文台台长常进,当时常进正在用南极高空气球进行研究,苏萌觉得费米望远镜有很大的改进空间,并且中国在此方面也有机会得到突破。

两人一拍即合,原来常进早已经开始琢磨如何在中国推进第一个以天文观测为目标导向的探测卫星。

2011 年,暗物质粒子探测卫星通过中国科学院空间科学先导专项正式立项,此后苏萌也一直在中美两地频繁往返,推进中国空间天文探索的相关项目,多的时候每年十几次。

图 | 暗物质粒子探测卫星工程(来源:中国科学院)

苏萌认为,未来人类一定会到太空去,利用太空中的资源是必由之路,天文学是否能有跨越式的发展,是否能改变人类认知宇宙的速度,也取决于人类有无能力对太空资源进行商业化开发。

目前,太空资源利用也成为不少国家的战略。因此对于创业,他认为也不仅个人的选择,也是时代的诉求。

迈入太空 2.0 时代

2009 年,世界第一家小行星采矿公司 “PR”(Planetary Resources) 诞生,该公司由电影导演詹姆斯・卡梅隆、联合谷歌创始人 Lary Page 等出资成立,当时对于做小行星采矿来说,大家能预料到肯定很贵,但究竟怎么做、要花多少钱还在摸索中。

过去十年间,全世界做小行星采矿的公司,已经摸索出一条可行的路线,并且已有公司转做整个产业链的某个细分环节。

2015 年,美国就小行星采矿进行立法,其他国家也意识到小行星采矿有着极大的国家战略价值。后面几年,欧洲、澳洲和日本也陆续立法,目前全球有几十家商业航天公司在从事太空资源相关的业务。其中,日本尤其着重发展深空探测,特别是小行星探测上已在很多方面领先全球。

另一方面,各国卫星的发射速度不断增加,导致太空积累了很多废弃垃圾,垃圾的运行速度很快,撞到其他卫星就有可能带来风险。这就好比高速路上开车,如果路面不干净就会有车毁人亡的风险,未来在太空中的人类活动也是一样。

图 | 太空碎片可能带来的影响(来源:受访者)

起源太空虽然并非清理太空垃圾的公司,但要想开采太空资源,就得把它运回到地月系统,然后再进行开采。这就需要对太空的天然物体进行控制,此外改变其天然状态也是该公司正在迅速建设的技术能力。从近地轨道来看,也可用类似技术去清除卫星在轨服务的垃圾。

图 | 该公司联合当代艺术家共同创作的太空艺术(来源:受访者)

苏萌把太空分为 1.0 时代和 2.0 时代,1.0 时代是传统的通信、导航、遥感等业务,卫星上天后对地拍摄照片,或者进行 GPS 等卫星定位并服务于地面。

而现在已逐步进入太空 2.0 时代,未来各国发射的卫星会越来越多,在轨卫星的增多,也诞生了巨大的卫星在轨服务市场,其中就包括越来越多的太空垃圾清理。

采访当天,苏萌刚完成一个嫦娥四期探月计划的答辩,他和团队已经深入参与到国家系统性的空间探测活动中。

相比日本的一家对标企业,苏萌说:“最核心的优势是我们在中国!” 中国有完整的航天产业链闭环,而且有几十年的深厚积累,而 2020 年疫情对于中国航天几乎没有影响。

NEO-01 太空采矿机器人发射在即

今年 4 月,起源太空即将发射 NEO-01 太空采矿机器人,6 月即将发射 “仰望一号” 光学 / 紫外望远镜,据介绍这也是中国第一台空间光学 / 紫外望远镜。

此次 NEO-01 太空采矿机器人上天的任务之一,是在太空中初步验证未来小行星采矿的技术,以及完成清理太空垃圾的能力展示。

图 | NEO-01 太空采矿机器人(来源:受访者)

在地面上,苏萌和团队做了大量的实验,在尽可能提高成功率的同时,他们也在尽可能地降低任务成本,据他透露整个任务的成本,不到国际同类公司的十分之一。

除了执行这个世界级太空任务的同时,该采矿机器人还携带了一台手机作为辅助大脑上天,届时手机可实现部分在轨控制和计算的功能。

上天过程中,还得把手机保护好,比如温度的控制、热的控制、电的控制,这样才能推进卫星进一步智能化。

图 | NEO-01 太空采矿机器人(来源:受访者)

期间,最重要的一步是设计出能承载特定功能的系统集成载荷的航天器,NEO-01 太空采矿机器人包括三个相机、一个手机、推进系统和主任务载荷。此外,在做子系统时,也要找到最好的参数指标,去实现相应的功能。

NEO-01 太空采矿机器人上天后,出于有趣,苏萌和团队在 NEO-01 上面装了一个 150° 大视场相机,预期每天都可传回很多图片。

未来拍摄的太空照片可以传回该公司地面小天体数据中心,拍摄的信息会转化成相关数据,从而构建出对天观测的数据库,此外他们也在研制专门算法去提取相应的信息。

图 | NEO-01 太空采矿机器人(来源:受访者)

谈及 NEO-01 太空采矿机器人的发射意义,苏萌说,要想在非常远的地方开采小行星,第一步就是实现在比较近的地方(近地轨道)开采一个小东西(模拟小目标)。这是国际上行业发展的共识,但是即便如此也是困难重重。

而只有在中国这样快速发展的大背景下,有了完善的航天产业链、国家相关技术的长期积累、迅速有效的疫情防控,才使得一切成为可能,这就是这个伟大时代赋予我们的时代机遇。

(来源:受访者)

不久之后,卢森堡将会召开全球太空资源的会议(疫情原因在线上召开),届时苏萌也将应邀发言介绍公司的发展。他认为,太空采矿不是一个黑科技行业,而是一个全新的巨大商业场景,因此需要各方面的顶尖人才参与。

一直以来,紫外波段的太空辐射无法穿过大气层,所以必须通过太空望远镜观测。据苏萌介绍,预计在 6 月发射的仰望一号空间光学 / 紫外望远镜,其主要优点是大视场,不仅能发现新的小行星,对天上突然发生的变化也很敏感,因此能看到很多发光运动物体。

图 | 仰望一号空间光学 / 紫外望远镜(来源:受访者)

中国发射的观测地球的卫星有很多,但是观测宇宙的并不多。因此仰望一号空间光学 / 紫外望远镜,用在科研和教学中,也可帮助培养更多科研学术人才,目前该公司也正在着手和高校建立联合人才培养实践基地。

他希望这些人才梯队的建设,可以为中国未来的大型太空天文基础设施的建设,如直径 2 米的中国空间站大型光学望远镜(CSST)贡献力量。

在此之前,苏萌和团队已具备运营龙虾眼 X 射线望远镜和八一 03 星望远镜的经验,仰望一号作为全球在轨运行的视场最大的天文望远镜,也将为中国天文事业的发展贡献民营航天力量。

苏萌说,到 2025 年他和团队将发射数十颗太空望远镜和更多的航天器, “参与国际竞争,在太空中展示中国企业能力”是他的目标之一。