当我们人类开始太空探索之旅时，最常讨论的挑战之一是如何从地球获取生命所需的资源。通常，这被认为是水和氧气两种物质，但幸运的是，氧气可以通过分解水分子来提供，因此我们在太空中可以找到的最重要的资源是水。

通过将太阳照射到月球上我们可以从月球上获取大量的水

在太空资源的语言中，水通常被称为“不稳定的”，它一直是月球、火星和其他地方的许多就地资源利用计划的焦点。其中一些计划是经过深思熟虑的，另一些则不是。其中一个特别之处在2019年被选为NASA先进概念研究所(NIAC)资助的一部分时显示出了一些希望，在这里我们将仔细研究它。

这一概念发表在题为“冷太阳系天体上冰的热采矿”的报告中，但以下简称“热采矿”，是太空资源专家、科罗拉多矿业学院(CSM)机械工程教授GeorgeSowers的创意。对于小时候玩过放大镜的人来说，其基本概念非常简单和熟悉。

如果您使用巨型镜子或其他技术将阳光照射到特定位置，该位置就会升温。如果加热一个含有冰的区域，并且该区域处于真空中，则冰会升华成水蒸气并开始从被加热的表面释放。然后可以使用冷阱或类似机制捕获水蒸气，然后收集水用于勘探活动，例如饮用、呼吸，甚至为火箭提供燃料。

因此，热采矿理念的基本系统架构很简单，由三个主要组成部分组成。首先是一面大镜子(称为定日镜)，用于将阳光引导到另一个世界的特定区域。第二个是一个巨大的帐篷，可以捕获升华水，第三个是一个冷阱/传输系统，可以捕获从地表逸出的水。

这一切都不是巨大的技术飞跃——我们不需要开发奇特的技术来制造这三个组件。然而，它们以前从未被用于此用途，因此值得花一些时间来消除它们的风险。这正是Sowers博士和他的团队在NIAC报告中所做的事情。

首先，他们研究了该系统可能有用的潜在领域。四个超凡脱俗的天体名列前茅：火星，那里存在水冰已被反复证明;谷神星，其表面喷出水蒸气;以及两颗主带小行星——24Themis和65Cybele，由于其反射率，这两颗小行星都被认为被冰覆盖。它们都位于太阳系内部，这使得它们成为使用这种技术进行探索和资源开采任务相对容易的目标。

UT视频描述了月球上水的重要性。

但最有希望启动人类太空资源利用的地方是月球。Sower博士和他的团队的第二项任务是开发一种用于月球永久阴影区域的架构，这些区域被认为包含了我们最近的邻居6000亿公斤水的大部分。

在这种热采矿技术方面，月球比24Themis等小行星有一些优势。一是有足够的重力来使用标准漫游车将冰运送到需要的地方。另一个原因是缺乏大气层，可能会降低将太阳热能传输到矿场的效率。而且，它更接近。

不过，它的邻近性并不会改变整体架构——无论矿场位于何处，三个主要组件仍然是必要的。因此，Sower博士团队的第三个任务是对他们开发的架构进行一些概念验证测试。

他们收集了月球风化层模拟物，并手动刮下冰条，然后将其变成球并混合到风化层中。他们将这种混合物的一个版本(具有不同的冰浓度)放入由液氮浴冷却的真空室中。接下来，他们应用来自模拟重定向阳光的灯的热源，测量样品由此产生的重量损失，并用它来计算升华了多少水。

在进行这些实验时，他们遇到了两个有趣的问题——一个与他们的测试设置有关，但另一个可能阻碍月球上的实际使用。

CSM的测试装置相对较小，液氮冷却系统相对靠近应该升华的样品。因此，本应加热样品的灯产生的大部分热量反而加热了液氮，液氮起到了散热器的作用。在月球上，这种情况不会发生，因为整个身体都很冷，样品下方没有导热材料可以吸收大部分用于加热水的能量。因此，CSM正在建造一个更大的测试室，试图限制这个问题对其实验的影响。

但另一个问题更棘手——在相对较短的时间后，热采矿方法在风化层顶部形成了一层干燥层，作为水的热屏障，水可能被困在更深处。不仅到达风化层较低层的热量较少，而且干燥层基本上熔化成蒸汽屏障，使得水几乎不可能升华到帐篷中并收集在冷阱中。

这些困难当然不是不可克服的，而且可以说报告中最重要的方面之一表明了他们为什么确实介意克服这些困难——商业案例。Sower博士的团队估计，在月球PSR中进行规模合理的热采矿作业的总开发成本约为8亿美元，另外还有6.13亿美元的产品成本。它还包括每年约8000万美元的运营成本。

这些成本带来了一些相当大的好处——特别是如果它节省了将水从地球运送到任何早期月球输出的成本。根据报告的计算，如果系统运营商纯粹向商业来源(即试图在月球上进行其他经济活动的来源)销售，内部回报率(IRR——衡量项目盈利能力的一种衡量标准)估计为8%。这比许多金融家认为的投资级别要低一些，特别是对于一个公认的风险项目来说。然而，假设美国宇航局或其他国家航天机构成为支持其月球业务的客户。在这种情况下，IRR会跃升至约16%，明显接近金融家可能感兴趣的水平。

索尔斯博士承认，商业案例是整个提案中风险最高的部分之一，因为它需要需求，但目前不存在需求，因为几乎没有月球作业需要水。随着美国宇航局的阿尔忒弥斯任务，这种情况必将在未来十年内发生变化，但尚不清楚它是否会提供足够的需求以使该技术在经济上可行。

其他风险也比比皆是，包括月球上水总量和位置的不确定性。毫无疑问，PSR中有一些，但可能距离地表不够近，可以通过热采矿收集这些物质，以支持人类的长期居住，而水和其他“挥发物”必须从小行星带的谷神星或其他地方运来。如果是这样的话，仍然有人认为潜在的热采矿技术可能有用，只是可能无法盈利。

目前，整个系统仅处于规划阶段，该技术似乎还没有获得二期NIAC，也不清楚过去几年取得了哪些进展。然而，该技术已获得专利，CSM在其技术转让网站上提供该技术的许可。随着技术的进步，月球采矿的想法将变得越来越有吸引力。因此，这项技术最终很有可能实现，即使可能需要一段时间。