Добыча астероидов определяет будущие наши богатства

Что нужно сделать, чтобы добыча на астероидах стала реальностью и что нас ждет в будущем
Было сказано, что первые триллионеры в мире будут теми, кто заработает состояние на добыче полезных ископаемых … добыче астероидов! На протяжении многих лет такую ​​возможность предсказывали такие люди, как знаменитый футурист Питер Диамандис, астрофизик Нил де Грасс Тайсон и финансовая фирма Goldmann Sachs.

Хотя эта концепция была предметом научной фантастики на протяжении десятилетий, только в последние несколько лет она стала рассматриваться как серьезная возможность. Это привело к созданию фирм, занимающихся добычей астероидов, и принятию закона, признающего право компаний искать, заявлять и добывать ресурсы из космоса.

С появлением множества компаний, специально предназначенных для поиска, разведки и добычи астероидов, очевидно, что идея перемещается из области научной фантастики в мир научных фактов.

СВЯЗАННЫЕ: ВОДОСНАБЖЕНИЕ МИНЕРАЛОВ НА АСТЕРОИДЕ БЕННУ

Но каковы шансы, что кто-то создаст жизнеспособный бизнес по добыче астероидов? Когда это может стать неотъемлемой частью нашей экономики? Самое главное, можем ли мы это делать или даже должны ли это делать?

Что такое астероиды?
Чтобы ответить на этот вопрос, уместно немного освежить в памяти историю Солнечной системы. Примерно 4,6 миллиарда лет назад наше Солнце образовалось из газовой и пылевой туманности, в центре которой произошел гравитационный коллапс.

Согласно одной распространенной модели, после поглощения большей части материала солнечной туманности остальной газ и пыль образовали большой плоский диск вокруг экватора Солнца — околосолнечный аккреционный диск. В течение следующих нескольких эонов этот диск постепенно уплотнялся, образуя планеты.

Астероиды, согласно нашим нынешним астрономическим моделям, представляют собой материальные остатки образования Солнечной системы. В этом отношении астероиды и планеты, подобные Земле, образовались из одних и тех же исходных материалов.

На Земле гравитация втягивала большинство тяжелых элементов (таких как железо и никель) в ядро ​​во время ахейского эона — примерно три с половиной миллиарда лет назад. В результате этого процесса в коре осталось мало тяжелых металлов и более тяжелых элементов.

Одна модель предполагает, что во время периода тяжелых бомбардировок, примерно от 4,1 до 3,8 миллиарда лет назад, непропорционально большое количество астероидов столкнулось с планетами земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс).

Добыча на астероидах определяет будущее нашего богатства
Бенну и другие астероиды. Источник: НАСА.
Эти удары затем повторно наполнили бы истощенную кору металлами, такими как железо, никель, золото, кобальт, марганец, молибден, осмий, палладий, платина, рений, родий, рутений и вольфрам. Другие исследователи предполагают, что бомбардировка была постоянной в течение более длительного периода времени.

Зачем добывать астероиды?
Аргумент в пользу добычи астероидов прост: в Солнечной системе существует бесчисленное множество тел, которые могут содержать множество минералов, руд и летучих элементов, которые необходимы для экономики Земли.

Астероиды, как мы видели выше, считаются материалом, оставшимся после образования Солнечной системы. Таким образом, считается, что многие астероиды имеют состав, аналогичный составу Земли и других каменистых планет (Меркурия, Венеры и Марса).

В общей сложности считается, что только во внутренней Солнечной системе насчитывается более 150 миллионов астероидов, и это только те, которые имеют диаметр 100 метров (330 футов) и более.

Их можно разделить на три основные группы: C-тип, S-тип и M-тип, которые соответствуют астероидам, состоящим, соответственно, в основном из глины и силикатов, силикатов и никель-железо, а также металлов. Около 75% попадают в категорию C-типа; S-типы составляют 17%; в то время как M-тип и другие типы составляют остаток.

Считается, что эти последние две группы содержат большое количество минералов, включая золото, платину, кобальт, цинк, олово, свинец, индий, серебро, медь, железо и различные редкоземельные металлы. На протяжении тысячелетий эти металлы добывались из земной коры и были необходимы для экономического и технического прогресса.

Кроме того, считается, что существует множество астероидов и комет, содержащих водяной лед и другие летучие вещества (аммиак, метан и т. Д.). Водяной лед можно добывать для удовлетворения растущего спроса на пресную воду на Земле, от питья до орошения и санитарии.

Летучие материалы также могут использоваться в качестве источника химического топлива, такого как гидразин, что облегчает дальнейшие исследования и добычу полезных ископаемых. Фактически, Planetary Resources указывает на то, что в Солнечной системе находится примерно 2,2 триллиона американских тонн (2 триллиона метрических тонн) водяного льда.

Конечно, возникает очевидный вопрос: не будет ли заниматься всем этим майнингом слишком дорого? Почему бы просто не продолжать полагаться на Землю в поисках источников драгоценных металлов и ресурсов и просто не научиться лучше их использовать?

Проще говоря, у нас заканчиваются ресурсы. Чтобы было ясно, научиться использовать наши ресурсы лучше и более рационально — всегда самая важная идея. И хотя это точно Верно то, что добыча полезных ископаемых на Земле намного дешевле, чем полет в космос, но, возможно, это не так до бесконечности.

Добыча на астероидах определяет будущее нашего богатства
Роботизированная миссия по извлечению валуна с астероида. Источник: НАСА.
Помимо того факта, что инопланетные полезные ископаемые и льды будут иметь значительную ценность для экономики Земли, есть также способ, которым растущее потребление ведет к медленному истощению наших запасов.

Фактически, по некоторым оценкам, вполне возможно, что на нашей планете в ближайшие 50-60 лет закончатся ключевые элементы, необходимые для современной промышленности и производства продуктов питания. Уже одно это является неплохим стимулом, чтобы попытаться задействовать, казалось бы, неисчерпаемый запас элементов, находящихся за пределами мира.

Кроме того, есть много преимуществ в расширении ресурсной базы человечества за пределами Земли. Здесь, на Земле, добыча полезных ископаемых наносит значительный ущерб окружающей среде. Фактически, в зависимости от используемых методов, это может привести к эрозии, провалам грунта, разрушению среды обитания и уничтожению местных животных и растений.

Также существует опасность токсичных стоков и загрязнения почвы, грунтовых и поверхностных вод, что представляет опасность для людей, а также для дикой природы и окружающей среды. Что касается плавки, механической обработки и производства, наносимый окружающей среде ущерб хорошо задокументирован.

В сочетании с производством электроэнергии эти промышленные процессы являются одними из основных источников загрязнения воздуха и воды. Переместив это бремя за пределы мира, человечество могло бы резко снизить воздействие, которое такая добыча полезных ископаемых оказывает на окружающую среду.

Добыча на астероидах определяет будущее нашего богатства
Художник изображает роботизированный космический корабль, вращающийся вокруг астероида Психея. Источник: НАСА.
Методы
Прежде чем можно будет начать добычу астероидов, необходимо провести «поиск астероидов». Короче говоря, астероиды сначала нужно будет идентифицировать, каталогизировать и оценивать на предмет ценности их полезных ископаемых и ресурсов.

В 2012 году НАСА запустило проект под названием Robotic Asteroid Prospector (RAP), предназначенный для оценки возможности добычи астероидов. Они определили четыре разных класса полета с астероидами, которые были бы возможны с использованием обычных технологий (или того, что уже находится в процессе разработки).

К ним относятся разведка, добыча / извлечение, переработка и транспортировка. Поисковые работы, первый логический шаг, включают изучение и идентификацию астероидов, которые могут принести хорошую экономическую прибыль.

Краткое описание того, как будет работать разведка, можно найти в Дорожной карте космических поселений (3-е изд. 2018 г.), подготовленной Национальным космическим обществом (NSS). Как говорится в Части 5: Добыча на астероидах и орбитальные космические поселения:

«Телескопические наблюдения первоначально идентифицируют астероиды как объекты, сближающиеся с Землей (ОСЗ), угрожающие Земле ОСЗ, астероиды главного пояса и другие орбитальные группировки. Первоначальные полеты роботов к астероидам NEO, представляющим коммерческий интерес, подтвердят размер и состав различных типов астероидов как каменистых, металлических или углеродистых и определят фактическое содержание минералов на каждом из них ».

«Зонды также оценят структуру астероидов как очевидные« груды обломков »из рыхлых фрагментов или состоящие из твердой, неразрушенной породы и металла. Некоторые миссии могут возвращать реальные образцы материала астероидов для анализа. Вся эта информация поможет правительствам в планировании планетарной защиты от угрожающих ОСЗ и поможет горнодобывающим компаниям решить, на каких астероидах сосредоточиться ».

Добыча на астероидах определяет будущее нашего богатства
Многоцелевой космический корабль (MMSEV) в качестве марсохода или космического корабля. Источник: НАСА.
Следующий шаг, собственно добыча астероидов, потребует создания значительного количества инфраструктуры на низкой околоземной орбите (НОО) и за ее пределами для поддержки операций.

Для начала потребуется построить флот горных роботов и самосвалов, способных извлекать руду и ресурсы из околоземных объектов (ОСЗ) и доставлять их обратно на Землю.

Наиболее рентабельный способ сделать это, вероятно, будет строить их в космосе, что могло бы происходить на сборочных платформах, где автоматизированные роботы могли бы строить и ремонтировать горнодобывающие и транспортные суда.

Также потребуется серия орбитальных платформ, на которых суда могут стыковаться, выгружать руду и другие ресурсы и заправляться топливом. Как только добыча полезных ископаемых выйдет за пределы NEO, эти платформы также потребуют дальнейшего развития.

В конце концов, такие платформы, вероятно, придется устанавливать на орбитах вокруг Луны, Марса и в поясе астероидов или там, где ведутся горные работы. Также было бы разумно построить литейные цеха там, где идет добыча, чтобы полезные ископаемые можно было перерабатывать в космосе.

Строительство и обслуживание этой инфраструктуры будет включать процесс, известный как использование ресурсов на месте (ISRU). Это включает использование материалов местного производства для производства таких предметов первой необходимости, как топливо, компоненты для орбитальных платформ, кислород и даже строительные материалы.

Это не только упростило бы операции по добыче полезных ископаемых, но и привело бы к значительному снижению затрат.

Добыча на астероидах определяет будущее нашего богатства
Впечатление художника от миссии по добыче астероидов к околоземному астероиду. Источник: НАСА.
После завершения разведки и создания инфраструктуры можно начинать процесс добычи полезных ископаемых. Есть несколько возможных техник, которые можно использовать, от самых простых до очень футуристических.

К ним относятся наземная добыча полезных ископаемых, когда полезные ископаемые могут быть удалены с помощью космического корабля с помощью совков, сетей и авгуров. Шахтная добыча — еще одна возможность, когда космический корабль, оснащенный буровыми установками, бурит астероиды для извлечения материалов внутри.

Другая идея — ловить астероиды сетями, а затем буксировать их ближе к Земле. Попав на лунную или низкую околоземную орбиту (НОО), они могут быть добыты меньшими космическими аппаратами-экстракторами, которые затем будут транспортировать ресурсы на орбитальные платформы.

Паровая установка — еще один метод, предложенный для добычи астероидов. В этом случае роботизированный космический корабль будет собирать кислород из водяного льда для производства топлива, что дает им некоторую степень самодостаточности и теоретическую способность к добыче полезных ископаемых бесконечно долго.

Еще один возможный метод — это нагрев астероидов с последующим сбором руды или льда по мере их таяния, равно как и химическая диссоциация. На верхнем конце технологического дерева находится процесс использования самовоспроизводящихся роботов для сбора ресурсов.

Эта концепция была впервые исследована в исследовании НАСА 1980 года под названием «Расширенная автоматизация космических миссий», в котором предлагалось создать автоматизированный завод на Луне. Эта фабрика будет использовать местные ресурсы для создания своей копии, в то время как более сложные компоненты будут импортированы с Земли.

В течение многих лет предприятия смогут расти в геометрической прогрессии и смогут добывать и перерабатывать минеральные руды, гелий-3 и другие ресурсы. Эту же концепцию можно применить и к добыче на астероидах.

Подобно добыче астероидов на паровых двигателях, самовоспроизводящиеся космические корабли будут использовать ISRU для производства большего количества копий самих себя. Эти копии будут собирать больше копий и так далее.

Как показали последующие исследования, разработки в области робототехники, миниатюризации и нанотехнологий могут когда-нибудь обеспечить полностью самодостаточный процесс добычи полезных ископаемых. Согласно исследованиям, проведенным в 2012 и 2016 годах, замкнутая цепочка поставок с использованием самовоспроизводящихся роботов может быть создана всего за несколько десятилетий.