戍天九思：中国要登月，吓坏了想称霸太空的美国

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　　4月24日，国家航天局副局长吴艳华宣布：探月工程四期今年正式启动工程研制，中国航天将坚持面向世界航天发展前沿、面向国家航天重大战略需求，陆续发射嫦娥六号、七号、八号探测器，开展任务关键技术攻关和国际月球科研站建设。其中嫦娥六号计划到月球背面采样，并正在论证构建环月球通信导航卫星星座。

　　这一消息的确惊到了美国国家航空航天局（NASA）局长比尔·纳尔逊，让他坐立不安。7月2日，德国《图片报》发表一篇名为“NASA老大拉响警报：中国人想要占领月球”的文章，纳尔逊“警告”称，“新的太空竞赛来了——这次是和中国。”

　　文章称，美国想再次将宇航员送上月球，但这样想的不止他们。NASA的首批宇航员计划于2025年前往月球，将首次有女性登上月球，并包括一名黑人宇航员。但中国的计划更进一步，并且要和俄罗斯合作。

　　为什么美国人对中国太空活动如此敏感？对中俄太空合作如此敏感？ 因为探月、探火不仅可以牵引大国核心军事能力建设和前沿科技发展，而且还有巨大的经济价值！比如，月球和火星上到底有什么地球上罕见的稀有金属？你不去，怎么知道？别人去了，知道了，也不会告诉你！

　　最近，笔者看了美国人写的《决战元素周期表》一书。从美国人的角度看金属、看文明、看世界，让我重新认识到稀有金属和稀土的战略价值，重新认识到探索月球、火星的战略价值。受此书的启发，笔者想从金属使用历史这个人类文明演变线索出发，对太空探索问题作些思考和探讨。

　　打仗就是打金属

　　2018年，美国自然资源战略专家、白宫智囊、稀有金属权威——大卫·S.亚伯拉罕，出版了一部专著《决战元素周期表》。

　　书名中的“决战”，是指人类如何对元素周期表上后半段的金属元素展开争夺。书中作者从人类战争的角度，梳理了武器升级的规律：谁能操纵更稀有的金属元素，谁就能获得更强的战力。作者介绍了多达几十种金属元素的神奇功能，让我们深深地体会到：人类的未来是建立在对稀有金属元素的开发和利用上的。

　　书中强调：一个种族使用元素周期表上元素的能力，直接能转化它的军事成就。

　　在文明早期，一群狼也算是文明的雏形，但狼能掌握的无非就是狼的各种器官、狼牙和狼爪，也就是一个生物体用自身的肉体所裹挟起来的元素，比如碳、氢、氧、氮、磷。因此，狼和其他动物一样，所掌握的元素都很有限。

　　此时，如果来了一群拿着石器的原始人，狼肯定打不过。表面上看是因为原始人拿着更先进的武器，但本质上是原始人手里拿着狼掌握不了的元素，这就是地壳里的各种硅酸盐，俗称石头。因为硅酸盐的硬度比起动物骨骼高得多，因此原始人比狼群厉害。

　　时代继续进步，此时，如果来了一群手持金属武器的文明人，手握石器的原始人一定打不过他们。书里讲了“赫梯人”征服中东的例子。

　　公元前6000年，有一个叫“赫梯人”的种族从高加索地区南下，进入今天的土耳其地区。赫梯人战斗力很强，很多上古史书把他们描写得成战神。为什么？因为赫梯人掌握了一种神秘技术。他们发现，把一种特殊的石头放在炭火上加热，就能得到另外一种极其坚固的东西。这就是铁元素，原子序号26。

　　铁元素是宇宙里超新星爆发的产物，需要报废一颗8倍以上太阳质量的恒星才行。凡是原子序号在26之后的元素，全都必须在超新星爆发中才能生产。当然，赫梯人不知道这些，他们只知道这东西很硬。他们打造的铁质武器和盾牌，就是当时地球上最高科技的武器。而同时期的阿拉伯人只有木质弓箭，当然打不过。赫梯人强大的本质是，他们能操纵元素周期表上排位更靠后的铁元素。

　　随着人类的科技进步，铁元素也普及了，成了地球人的武器，甚至成了战争的代名词。在一个大家都用钢铁打仗的时代，你要想高人一等，就必须掌握元素周期表后面那些罕见的元素。

　　比如，1918年，巴黎市区炮弹突然从天而降，一下炸死了几百人。整个巴黎人都蒙了，因为离巴黎最近的德军阵地也在100多公里开外，而当时大炮的射程只有十几公里。按理说，德军的炮弹根本打不过来。原来是德军使用了一种新式武器，绰号就叫“巴黎大炮”，射程达到了当时让人震惊的130多公里。

　　德军之所以能造出这种大炮，因为他们的炮管里加了一种叫“钼”的元素。这种钼合金炮管的强度和耐热程度都有了极大提升，炮管能造得很大很长，所以，炮弹打得更远。

　　在二战期间，各国坦克的炮管里都添加各种稀有金属，这已经成了标配。如果不是合金炮管，肯定打不过别人。二战初期，德军坦克所向披靡，很大原因就是德国科学家掌握了更先进的合金技术。

　　但是，真正终结二战的，还是两种排位更靠后的金属——著名的钚和铀。这是美国两颗原子弹的原料，属于放射性金属。原子弹的威力超过了任何一种人类热兵器武器。甚至可以说，二战的终结者其实是两种金属。

　　到了21世纪，人类的高科技武器就更依赖稀有金属。比如，美军的 M1A2 主战坦克有先进的火控系统，这能让它在战场上先敌发现、先敌开火，因为它的火控系统里加了稀土金属“钇”，该坦克的夜视仪里也加了“锗”“镧”元素。现代潜艇和战舰，都需要在钛金属里加入金属“铼”元素，来强化舰体。美军著名的“宙斯盾”系统核心部分的 SPY-1 相控雷达里，也含有各种稀土元素。

　　最典型的例子是美国的 F-35 战斗机，作者说：F-35飞过了整个元素周期表。飞机的螺母和螺栓都加入“铍”，雷达的信号加强需要金属“镓”，电容里需要金属“钽”。一架 F-35 战斗机，总共需要使用400千克的稀土。

　　2021年初，中国自主研制的2200MPa特种钢成功量产。这源于香港大学黄明欣和北京科技大学罗海文的研究成果——《D&P钢中高位错密度引起高延性》，2017年08月24日在《科学》杂志上发表。这种新型特种钢具有极佳的强度和延展性，分别达到2200Mpa和16%。不对比不知道，普通民船用250Mpa钢材，军舰用300Mpa钢材，大型航母用800Mpa以上钢材，深海潜艇用1100Mpa以上钢材。

　　中国2200MPa特种钢量产，意味着中国打破美日垄断、能生产出完美满足绝大多数场景的特种钢。而且它有两大优点：一是成本低。这种超级钢含有10％的锰、0.47％的碳、2%的铝、0.7%的钒，这些都是常见的不是太昂贵的金属元素。二是容易规模化生产。可通过普通的热轧、冷轧、热处理等工艺生产，无须特殊加工工艺。

　　美国材料学博士拉蒂夫少将曾说：“如果没有某些稀有金属，人类武器会退回20世纪六七十年代的水平。”

　　纵观生物的进化史和人类的战争史，我们能清晰看到，从牙齿到石头，从铁质武器再到 F-35，这是一个在人类、在元素周期表里升级的过程。我们手中的金属元素越靠后，我们的战力就越强。因此说，打仗就是打金属。

　　点石成金的稀有金属

　　第一种：利用稀有金属制备合金。今天，人类使用稀有金属元素最简单、最普遍的方法，就是制造合金。

　　比如，金属铝有两大优点：导电性好，质量轻。但是，太软易变形，熔点低、只有600多度。如何扬长避短？答案就是：合金。比如，往铝里添加0.2—0.3%的稀有金属“钪”。注意，这个比例就和我们做饭放盐的比例差不多。但是，新形成的钪铝合金就大变样了：高温强度、结构稳定性、焊接性能、抗腐蚀性、避免脆化等等全面提升。同时保留了铝轻、导电性好、价格便宜等特点。因此，钪铝合金是人类最前沿的材料，在飞机、航天工业里都有大用。而让铝金属完成蜕变升级的就是那么一点微量的稀有金属钪，这就是为什么有人把稀有金属比作工业维生素。

　　还有“金属铌”。汽车工业有一个永恒的难题，就是在不降低汽车安全性的前提下减轻汽车的重量。答案就是使用稀有金属——铌。只要在1吨钢材里加入100克金属铌，就是一个蚕豆那么大的铌，就能让钢材的强度大幅提升，1吨钢材能当2吨用。现在，大家都在为 “节能减排”发愁，如果汽车工业能大量使用含铌合金，环保难题就可能被转化成金属铌的供给问题。

　　为什么合金如此神奇呢？合金变强原理是什么？原来纯金属的内部原子排列是比较规整的。就好像一张很均匀的纸，每层原子层之间相互滑动比较容易，专业名词叫“金属原子的流动性很好”。一种金属的流动性越好，它的物理属性就越软。但是，在添加了其它金属元素之后，相当于在原来的纯净物里添加了杂质，这就增加了金属原子结构的不均匀性，就好像在一张纸里加入了很多植物纤维，这张纸就会变得更强韧，金属的“流动性”就降低了。同时，金属的热导性、导电性、磁性等都会发生变化，就好像变成了另一种金属。因此，有科学家把合金称为“亚元素”。

　　第二种：用“镝”制造永磁体。一般磁铁的磁场会慢慢变弱，但永磁体的磁场变弱非常慢。人类很有前途的两个工业方向都需要永磁体，一个是风力发电，一个是电动汽车。很多人以为，电动汽车是靠电动机驱动的，其实是靠永磁体。如果电动汽车用电动机来驱动，汽车在拐弯时，就无法实现两边轮子的转速不一样，也就转不了弯。因此，目前最主流的解决方案是用永磁体来驱动车轮。

　　而要造永磁体，必须用到金属镝。人们发现，在一种叫“钕铁硼系永磁体”中加入金属镝，就能极大地增强磁体的磁性。这是目前人类找到的增强磁性最好的稀有金属。

　　因此，只要人类希望实现“动能和电能之间的转换”，就会大量需要金属镝。于是，有人说：人类和未来之间有一个窄窄的瓶颈，这个瓶颈就是金属镝。

　　第三种：金属铌的亲生物应用。还有一种更厉害的金属：铌（Nb）。它的功能非常强大，可用来制备合金、制造超导体。而铌最独特的属性就是它的亲生物性。

　　一般来说，有机物和金属之间是相互排斥的。人体很容易对金属过敏，如有的人戴眼镜，眼镜的金属架会把耳朵弄得很痒，这就是皮肤对金属过敏。为什么戴纯金纯银的首饰不过敏？因为金银是少有的人体皮肤不过敏金属，而金属铌对人体的友好程度远远超过金银。

　　用术语说，铌有很好的“抗生理腐蚀性”和“生物相容性”，说白了就是不生锈、不排异，也不和人体里的各种体液发生作用。更神奇的是肌肉居然能够在铌条上生长，就像在真正的骨头上生长一样。于是，有人给铌起了一个外号，叫“金属肉”。

　　如果人的头盖骨损伤了，最佳的替代物是铌片的人造头骨。铌丝，可用来缝合神经和肌腱。把铌做成纱状或网状的结构，可以用来补偿肌肉组织。如果人体骨折，用“铌合金”打造人造骨骼是最好的。你可能会说，人造骨骼不都是钛合金吗？是的。原因很简单，因为铌太少也太贵了，一般人用不起。

　　铌的亲生物性，是元素周期表中一种非常稀缺的特性。有人认为，人机合一是未来的趋势，那就更离不开铌。假设未来人类会在身体里连电线、安芯片，甚至装强化骨骼和造金属组织，铌一定是首选。可能到那时，铌将会超过钙和铁，成为人类含量第一的金属元素。

　　看来，稀有金属还真有用！许多用途还没有被发现和利用！那么，人类为什么不多多开采呢？问题就在于，地球上绝大部分的金属元素数量比较少，而且分布极其不均匀，稀有金属就更少。因此，稀有金属变得非常敏感而微妙，既是大国争夺的焦点，也是全球黑市交易的热点。

　　中国最丰富的资源是稀土金属。俄罗斯金属钯的储量全球第一，一个叫诺里尔斯克镍业的俄罗斯公司，控制了全球40%的钯金市场份额。巴西的金属“铌”储量最大，一个叫 CBMM 矿冶公司控制了世界总产量85%的供给。中国的应对办法是入股。2011年9月，中信、宝钢、鞍钢、首钢和太钢成立了中国铌业投资控股，以19.5亿美元收购了巴西矿冶公司15%股权。为什么巴西接受中国人的收购呢？根本的原因还是中国的铌钢需求量全球第一。书中还讲到，日本人中村繁夫掌握着日本50%的稀土金属的进出口供应，他一年的收入是350亿美元。

　　人类的未来在探索利用太空稀有金属

　　稀有金属，在地球上的储量十分有限，目前回收成本又远远大于开采成本，这几乎成了一个无解的世界难题。希望在哪里？就在太空！

　　原来金属是宇宙制造的，不像石油、煤炭等资源是地球上产生的。因为只有大质量恒星的死亡，才能生产元素周期表后面的金属。因此，宇宙中金属资源一点也不匮乏。

　　2015年，发生过一件大事，一颗名叫 2011UW158 的小行星擦着地球掠过，刚开始科学家担心的是会不会撞到地球。但是，仔细分析这颗小行星结构后，科学家惊呆了：它居然是一颗铂金小行星。它的直径220米，铂金含量可能多达9000万吨，价值高达5万亿美元，是当年苹果公司市值的10倍。如果要把它打成铂金戒指，7亿中国女性，每人能分到重量900克、15个铂金戒指。

　　当然，目前人类的科技水平还抓不住它。而太阳系里，有8大恒星、12万颗小行星，木星有64颗卫星，土星有30颗卫星，等等。毫无疑问，宇宙是稀有金属的超级大金矿，只是地球人没有涉足、没有发现。

　　金属既然是宇宙制造，当然向宇宙索取。这是人类的宿命，也可能是一切宇宙生物的宿命。目前，大国争相探索月球、火星根本动力也有这方面的原因。

　　2020年12月17日，中国嫦娥五号探测器首次在月球上取样返回，带回1731克月壤。中国带回的月壤完全不同美国带回的，不仅取样点不同，而且岩石形成的年代也不同。

　　嫦娥五号着陆的靠近风暴洋北端的吕姆克山脉的东侧，是13亿—19亿年前溶岩喷发形成的。阿波罗计划着陆点主要在月球赤道附近，带回的月壤大部分是35亿年前的岩石。

　　当然，嫦娥五号带回的月壤到底有什么？有没有发现罕见的稀有金属？毫无疑问，这是国家机密！嫦娥六号计划到月球背面采样，这是人类探测器从未涉足的地方，我们会有更多期待，说不定有重大发现。

　　这些年，中国的太空探索越走越快、越走越远，成果也越来越丰富！这让一心想独霸太空的美国人更加焦虑不安。