Меню Рубрики

Добыча полезных ископаемых на других планетах

Человек — существо прожорливое и поистине всеядное. Этот Робин Бобин, изначально способный поглощать все, что движется, теперь играючи похрустывает металлами и минералами, запивая их нефтью. Такая диета неизбежно ведет к истощению земных недр. Полезные ископаемые конечны, а пересаживаться из автомобиля вновь на кобылу — ох, как не хочется! Что же делать? Пересесть на звездолеты и заняться истощением ресурсов небесных тел, конечно же.

Первым делом, нужно оговориться, что целесообразность добычи полезных ископаемых за пределами Земли упирается в вопрос себестоимости. Пока не изобрели технологию гиперпространственных прыжков по цене отправки фуры Москва — Нижневартовск, и конкретный ресурс еще в наличии под ногами шахтеров — устремлять взор в небеса не имеет смысла. В ближайшем будущем отправлять космических конкистадоров за золотом на Марс никто не намерен.

Для того, чтобы преодолеть притяжение планеты нужна уйма дорогущего топлива. Поэтому терзать большие небесные тела разумно только в трех случаях:

  • чтобы подзаправиться, наполнить «бензобак» на обратную дорогу к Земле или к другой планете (топливо);
  • чтобы добыть материалы для колонизации (здесь уже полный «суповой набор» — металлы, минералы, источники энергии и вода);
  • если ресурс настолько ценен/редок, что все-таки имеет смысл отправлять конкистадоров (гелий-3).

Первые два варианта хочет воплотить в жизнь Илон Маск на Марсе, чтобы значительно снизить вес ракеты BFR, а значит и стоимость полетов. Изобретатель предлагает заправлять их на обратном пути метаном. Метан возьмется из воды и углекислого газа, которого на красной планете 95 % атмосферы. С водой — «чуточку» сложнее. Судя по всему, Маск непрочь запустить процесс терраформирования планеты. Даже если сам не знает об этом. Дело в том, что в своем твиттере Маск заявил, что планирует защищать колонистов от космической радиации с помощью локальных генераторов магнитного поля.

Теоретически, если установить такой в точке Лагранжа L1, это защитит планету от солнечного ветра, позволит поднакопить атмосферу, растопить лед из углекислого газа в Северной полярной водяной шапке, создать парниковый эффект, растопить в полярных шапках уже водяные запасы, и… вуаля, Марс будет согрет, напоен и заполонен человеком. Теоретически. Илон Маск любит наобещать с три короба, но планы его, пусть и с запозданием, имеют свойство сбываться.

И это великий обещатель еще не обратил свой взгляд на Меркурий! Этот кандидат для колонизации и разграбления очень похож на Луну. Атмосфера предельно разряжена, вокруг оси вращается очень медленно и, предположительно, богат Гелием-3. Но если существенных отличий от старушки Луны нет, то зачем нам развивающийся флаг в этой космической провинции?

Все дело в том, что у Меркурия в рукаве есть несколько важных преимуществ. Близость солнца позволит не беспокоиться о недостатке энергии. Ледяные шапки на полюсах в сочетании с магнитным полем, снижающим радиацию на поверхности планеты, могут обеспечить более привлекательные условия для колонистов. А аналогичная Марсианской гравитация — даст возможность находиться на Меркурии, намного дольше, чем на Луне.

Несмотря на все достоинства и ценные ресурсы, пребывание на этой планете такое себе удовольствие. Близость к Солнцу и практически полное отсутствие атмосферы — звучит, как очень плохая туристическая брошюра. А как вам то, что один день длится как 59 земных? Представьте, что весь этот день — рабочий.

Еще одной планетой в теории пригодной для «захвата» является Венера. Горы, состоящие из свинца и висмута, схожесть по физическим характеристикам с Землей, гравитация и близость к Солнцу — просто неограненный алмаз, точнее не терраформированный. Если бы не несколько больших «НО». Сутки на Венере еще дольше Меркурианских, ее атмосфера состоит из углекислого газа, а температура поверхности достигает +467º С. Добавьте к этому облака из серной кислоты, и об этой планете можно будет написать еще одну часть божественной комедии.

Если далеко лететь не хочется (или пока не можется), не стоит забывать, что прямо над нашими головами прозябает втуне целый кладезь одного из самых перспективных и чистых источников энергии. На это обращал внимание Стивен Хоккинг, да и многие страны, в то числе Россия, давно уже засматриваются на лунные залежи гелия-3, который на Земле практически не встречается, а вот в лунном грунте его — хоть бери лукошко, да ходи подбирай. Потенциал гелия-3 сложно переоценить: если добиться поддержания температуры в реакторе порядка миллиарда градусов (что на данный момент невозможно), то реакция термоядерного синтеза этого изотопа с дейтерием даст количество энергии в 9 млн раз большее, чем сжигание аналогичного кол-ва нефти. Кроме того, при такой реакции радиационный вред минимален, а выделяемые в ее ходе протоны можно легко поймать и использовать для дополнительной генерации энергии.

Полны нетронутых богатств и спутники газовых гигантов. К примеру, на спутник Сатурна — Титан, можно отправиться за топливом. Нефть и горючие газы образуют на его поверхности целые озера. Правда, сомнительно, что ценность привезенного с Титана горючего, покроет затраты на «бензин», необходимый на дорогу туда и обратно.

А если на Земле когда-нибудь наступит водяной кризис, всего-то и нужно, что слетать с ведрами до спутника Юпитера — Европы. Объем жидкого океана, сокрытого под её ледяной коркой, в два раза превышает объем мирового океана Земли. Ученые допускают возможность существования на Европе жизни, так что можно еще и удочки захватить.

Но самые перспективные в ближайшем будущем источники ресурсов — астероиды. Эти небесные тела богаты водой и минералами. Также в них содержится множество металлов – железо, никель, золото, родий и редкоземельные металлы. Все эти сокровища легко могут годами обеспечивать как марсианских колонистов (до пояса астероидов от Марса — рукой подать, ну почти как в магазин за водой сбегать… в космических масштабах, конечно), так и землян.

Самое привлекательное качество астероидов, выгодно отличающее их от планет и спутников — они почти не имеют притяжения. Следовательно, колоссальные затраты топлива на преодоление гравитации снижаются чуть ли не в два раза, и себестоимость добычи материалов падает соответственно. Кто знает, быть может уже через пару — тройку лет условный Никифор Митрофаныч будет обыденно и скучая отправляться на вахту не в Сургут, а на пролетающий мимо Земли Эрос 433…

источник

Запас полезных ископаемых, извлекаемых из земной коры, истощается. Для растущего населения планеты это серьезная угроза, предотвратить которую поможет освоение космических недр.

Насколько оно реально и как скоро начнется, рассказывает Юлия Мильшина, ведущий эксперт Форсайт-центра ИСИЭЗ НИУ ВШЭ, одна из авторов нового трендлеттера «Будущее добычи металлов», пишет iq.hse.ru.

1. Что можно добыть?

Освоение космических недр — это добыча полезных ископаемых на астероидах, планетах, кометах и других небесных телах Солнечной системы. Согласно исследованию астрофизиков из Гарварда, сегодня для добычи ископаемых пригодны 10 астероидов, сближающихся с Землей.

Космические объекты содержат железо, никель, магний, кобальт, титан, драгоценные и редкоземельные металлы (рений, иридий, платина и др.), минералы, из которых можно получать воду, кислород, водород.

2. Это выгодно?

Потенциальные масштабы горного дела в космосе исчисляются триллионами долларов. Например, стоимость:

— ресурсов в поясе астероидов — $700 квинтиллионов или $100 млрд на каждого жителя Земли;
— среднего платинового (богатого платиной) астероида — около $3 трлн;
— небесного тела с замороженной водой – около $5 триллионов;
— железной руды на астероиде (16) Психея, космический аппарат для изучения которого отправится в 2022 году, — $10 трлн;
— полезных ископаемых астероида UW-158, содержащего около 100 млн тонн платины, – до $5,4 трлн.

3. Как работать в невесомости?

Предлагаются несколько технологий:

— разработка месторождений открытым способом (к примеру, материал соскребается с поверхности с помощью ковша или шнека);
— добыча в шахтах (при невозможности открытого способа необходимо строительство шахт и транспортных систем для доставки руды на поверхность и в центр обработки);
— сбор металлов с поверхности с помощью магнитов (космические объекты с высоким содержанием металлов покрыты рыхлыми породами, которые могут быть собраны с помощью специальных магнитов);
— добыча с помощью теплового воздействия (воды и различных летучих соединений газов, таких как водород, на ядрах выродившихся комет);
— биодобыча (использование микроорганизмов для извлечения металлов из горных пород или рудников).

4. И что с этим делать?

Природный материал можно доставлять для переработки на Землю, либо перерабатывать на месте. Если удастся реализовать идею по выводу объектов на околоземную орбиту с оптимальными условиями гравитации, реальностью станет организация постоянной добычи.

Для освоения внеземных недр потребуются роботизированные станции и космическая инфраструктура. Уже появляются проекты орбитальных фабрик, т.е. производства продуктов в космосе. Первым устройством для такой работы стал 3D-принтер, созданный компанией Made In Space (США).

5. Кто имеет право на добычу в космосе?

Основа космического международного права — Договор о космосе (подписан в 1967 году СССР, США и Великобританией, сегодня участников уже более 100). Согласно документу, небесные тела не могут быть частной или национальной собственностью. Условия добычи на них не оговариваются.

Первый закон, регулирующий такую деятельность, принят в Соединенных Штатах Америки в 2015 году (US Commercial Space Launch Competitiveness Act). Одна из его статей гласит: «Гражданин США, занимающийся коммерческой добычей ресурсов на астероиде или других космических ресурсов, имеет право на любой полученный астероидный или другой космический ресурс, в том числе право владеть, перевозить, использовать и продавать его в соответствии с действующим законодательством, включая международные обязательства США».

В Европе юридическим центром зарождающейся индустрии стал Люксембург. В 2017-м здесь вступил в силу закон, легализующий собственность компаний на извлеченные ими космические ресурсы. Чтобы действовать в правовом поле, шахтеры небесных тел должны иметь офис в этой стране и получить письменное разрешение правительства.

6. Кто-то уже освоил горное дело на околоземных объектах?

Пока нет. Первые компании, разрабатывающие подобные технологии, появились совсем недавно:
2009 год — ARKYD Astronautics (в 2012-м переименована в Planetary Resources);
2010 год — Moon Express;
2013 год — Deep Space Industries (DSI).

Большинство космических миссий, нацеленных на разработку полезных ископаемых в космосе сегодня, — американские, европейские, японские, китайские, индийские.

Россия в 2025 году планирует запуск автоматической межпланетной станции «Фобос-Грунт 2», предназначенной для доставки на Землю образцов грунта с Фобоса — естественного спутника Марса.

Пока развитие отечественных технологий находится на уровне «заделов»: речь идет о наличии базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, необходимых для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

7. Когда появятся внеземные шахты?

Драйверами индустрии называют снижение стоимости коммерческих космических запусков за счет использования многоразовых ракет, развитие фотоники и робототехники.

Количество международных патентных заявок растет (в 2008–2017 годах – с 124 до 339), новые технологии делают возможной добычу полезных ископаемых в космосе уже в ближайшие десятилетия.

Сразу несколько важных событий планируется на 2020 год:

— запуск космических аппаратов Arkyd-301 (Planetary Resources, США) для подробной оценки рудоносности целевых астероидов и сбора информации о будущей разработке шахт;
— создание роботизированной станции на Южном полюсе Луны для гелия-3 (Moon Express, США);
— возвращение на Землю аппарата Hayabusa2 (JAXA, Япония) с образцами грунта астероида (162173) Рюгу.

— В 2023 году ожидается доставка для исследования образца грунта с астероида (101955) Бенну (миссия NASA OSIRIS-REx, стартовавшая в 2016-м).
— В 2026-м — плановое прибытие на астероид (16) Психея аппарата миссии Psyche (NASA, США).
— 2030-е — прогнозируется начало коммерческой добычи полезных ископаемых на Луне и астероидах.
— 2040-е — появление космических орбитальных фабрик.

источник

Год 2038-й. Спустя 18 месяцев жизни и работы на поверхности Марса команда из шести исследователей садится обратно в космический аппарат и возвращается на Землю. На планете не осталось ни одной живой души, но работа здесь не останавливается ни на минуту. Автономные роботы продолжают добычу полезных ископаемых и доставляют их для переработки на фабрику химического синтеза, которая была построена за несколько лет до того, как на Марс впервые ступила нога человека. Фабрика производит из местных ресурсов воду, кислород, а также ракетное топливо, рутинно подготавливая запасы для следующей экспедиции, которая прибудет сюда через два года.

Эта роботизированная фабрика никакая не научная фантастика. Это проект, над которым в настоящий момент трудятся сразу несколько научных команд аэрокосмического агентства NASA. Одна из них, Swamp Works, работает в Космическом центре Кеннеди во Флориде. Официально разрабатываемая ими установка называется «системой утилизации ресурсов in situ» (ISRU), однако люди, которые над ней работают привыкли называть ее пылеулавливающей фабрикой, потому что она перерабатывает обычную пыль в ракетное топливо. Эта система однажды позволит людям жить и работать на Марсе, а также возвращаться при необходимости обратно на Землю.

Зачем вообще что-то синтезировать на Марсе? Почему просто не привезти все необходимое туда с Земли? Проблема в стоимости этого удовольствия. По некоторым оценкам доставка одного килограмма полезной нагрузки (например, топлива) с Земли на Марс — то есть, вывод этого килограмма на низкую околоземную орбиту, отправку его к Марсу, замедление космического аппарата при выходе на орбиту планеты и наконец безопасную посадку на поверхность – потребуется сжечь 225 килограммов ракетного топлива. Соотношение 225:1 – та еще эффективность. При этом те же цифры будут характерны при использовании любого космического корабля. То есть, для доставки той же тонны воды, кислорода или технического оборудования на Красную планету потребуется сжечь 225 тонн ракетного топлива. Единственный способ избавить себя от такой затратной арифметики – собственное производство воды, кислорода или того же топлива на месте.

Сразу несколько исследовательских и инженерных групп в NASA работают над решением различных аспектов этой проблемы. Например, команда Swamp Works из Космического центра Кеннеди недавно начала сборку всех отдельных модулей системы добычи полезных ископаемых. Установка представляет собой ранний прототип, но сочетает в себе все детали, которые будут необходимы для работы пылеулавливающей фабрики.

Долгосрочный план NASA направлен на колонизацию Марса, но сейчас агентство сконцентрировало все свои силы и внимание на Луне. Таким образом проверка большей части разрабатываемого оборудования будет проводиться сперва на лунной поверхности, что в свою очередь позволит решить все возможные проблемы, чтобы избежать их в будущем при использовании установки на Марсе.

Пыль и грязь на внеземном космическом теле принято называть реголитом. В общем смысле речь идет о вулканической породе, которая за несколько миллионов лет под воздействием различных погодных условий превратилась в мелкий порошок. На Марсе под слоем коррозийных минералов железа, которые дают планете ее знаменитый красноватый оттенок, лежит толстый слой кремниевых и кислородных структур, соединенных с железом, алюминием и магнием. Добыча этих материалов представляет собой очень сложную задачу, поскольку запасы и концентрация этих веществ может варьироваться от одной области планеты к другой. К сожалению, эта задача усложняется еще и низкой гравитацией Марса – копать в таких условиях, используя преимущество массы гораздо сложнее. На Земле для добычи полезных ископаемых мы обычно используем большие машины. Их размеры и вес позволяют прилагать достаточно усилий для того, чтобы «вгрызаться» в грунт. Везти на Марс такую роскошь будет совершенно непозволительно. Помните проблему стоимости? С каждым граммом, который будет отправлен на Марс, цена всего запуска будет постоянно возрастать. Поэтому в NASA работают над тем, как производить добычу минералов на Красной планете с использованием легковесного оборудования.

Читайте также:  Полезные ископаемые 4 класс урок

Космический экскаватор. NASA разрабатывает роботизированный экскаватор с двумя противоположными барабанными ковшами, вращающимися в противоположном друг от друга направлении. Такой подход позволит машине работать в условиях низкой гравитации и исключит необходимость в приложении больших усилий

Знакомьтесь, RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot) – автономный добытчик, разработанный с единственной целью – копать реголит в условиях низкой гравитации. При разработке RASSOR (читается как «рейзор» — от английского «лезвие») инженеры NASA уделили особое внимание его системе силовых приводов. Последние состоят из моторов, редукторов и других механизмов, составляющих основную массу всей установки. Здесь используются бескаркасные двигатели, электромагнитные тормоза, а также, среди прочих вещей, 3D-напечатанные титановые корпуса – все для того, чтобы минимизировать общий вес и объем конструкции. Как итог, система обладает примерно в половину меньшей массой, по сравнению другими приводами, имеющими аналогичные технические характеристики.

Для рытья RASSOR использует два оппозиционных барабанных ковша, каждый из которых оснащен несколькими зубьями для захвата материала. При движении аппарата барабанные ковши вращаются. Приводы, которые их удерживают, опускаются и барабаны, полые внутри, в буквальном смысле срезают верхний слой поверхностного реголита. Другими словами, комбайн производит забор лишь верхнего слоя материала, а не роет вглубь. Еще одной ключевой особенностью RASSOR является оппозитная конструкция – барабаны вращаются в разных направлениях. Это позволяет не применять большие усилия для забора грунта в условиях низкой гравитации.

Как только барабаны RASSOR заполняются, робот прекращает сбор и движется в сторону перерабатывающей фабрики. Для разгрузки реголита машина просто вращает барабаны в противоположном направлении – материал падает через те же отверстия в барабанах, через которые производился его сбор. Имеющая у фабрики своя роботизированная рука-подъемник собирает доставленный реголит и отправляет его на загрузочную ленту фабрики, которая в свою очередь доставляет материал в вакуумную печь. Там реголит будет разогреваться до высоких температур. Содержащиеся в материале молекулы воды будут выдуваться сухой газодувкой, а затем собираться с помощью охлаждающего термостата.

Вы возможно задаетесь вопросом: «а разве марсианский реголит изначально не сухой?». Сухой, но не везде. Все зависит от того, где и как глубоко вы будете копать. В некоторых областях планеты всего в нескольких сантиметрах под поверхностью имеются целые пласты водного льда. Еще ниже могут находиться сернокислая известь и песчаники, в которых может содержаться примерно до 8 процентов воды от общей массы массива.

После конденсации отработанный реголит выбрасывается обратно на поверхность, где RASSOR может его подобрать и отвезти в более удаленное от фабрики место. Эти «отходы» на самом деле представляют собой очень ценный материал, поскольку из него при помощи технологий 3D-печати, которые в настоящий момент также разрабатываются в NASA, можно будет создавать защитные сооружения для поселения, а также дороги и посадочные площадки.

Схема добычи полезных ископаемых на Марсе в картинках:

Разработка: Колесный робот производит забор реголита вращающимися ковшами с забороными отверстиями

Транспортировка: Вращающиеся в обратном направлении ковши-барабаны разгружают реголит в роботизированную руку фабрики

Переработка: Для извлечения воды из реголита его разогревают в печи, где происходит электролиз водорода и кислорода

Передача: После получения определенного объема вещества, другая роботизированная рука, оборудованная специальной защитной закрытой системой, загружает его на мобильный роботизированный танкер

Доставка: Танкер доставляет воду, кислород и метан к жилищу людей и выгружает их в резервуары длительного хранения

Использование и хранение: Астронавты будут использовать воду и кислород для дыхания, а также выращивания растений; топливо будет храниться в виде криогенных жидкостей для будущего использования

Вся вода, которая будет добываться из реголита, будет проходить тщательную очистку. Модуль очистки будет состоять из многофазной системы фильтрации, а также нескольких деионизирующих подложек.

Жидкость будет использоваться не только для питья. Она станет важнейшим компонентом для производства ракетного топлива. При расщеплении молекул H2O с помощью электролиза на молекулы водорода (H2) и кислорода (O2), а затем компрессии и превращении в жидкость, можно будет синтезировать топливо и окислитель, которые наиболее часто применяются в жидкостных ракетных двигателях.

Сложность заключается в том, что жидкий водород должен храниться при экстремально низких температурах. Для этого NASA хочет превращать водород в тот вид топлива, который будет проще всего хранить: метан (CH4). Это вещество можно получить при соединении водорода и углерода. Где добывать углерод на Марсе?

К счастью, на Красной планете его очень много. Марсианская атмосфера на 96 процентов состоит из молекул углекислого газа. Захват этого углерода – задача специальной морозильной установки. Если говорить простыми словами, она будет создавать из воздуха сухой лед.

Получив с помощью электролиза водород и добыв углеродный газ из атмосферы, с помощью химического процесса — реакции Сабатье — их можно будет соединить в метан. Для этого NASA разрабатывает специальный реактор. В нем будут создаваться необходимые давление и температура для поддержания реакции превращения водорода и углекислого газа в метан и воду в качестве побочного продукта.

Следующей интересной деталью перерабатывающей фабрики является омбилическая роботизированная рука для передачи жидкостей к цистерне мобильного танкера. Необычное в этой системе то, что она особым образом защищена от внешней среды и в частности пыли. Реголитная пыль очень мелкая и способна проникнуть практически везде. Поскольку сам реголит состоит из раскрошившейся вулканической породы, он очень абразивный (цепляется буквально ко всему), что может создать серьезные проблемы для работы оборудования. Лунные миссии NASA в прошлом показали насколько опасно это вещество. Оно нарушало показания электроники, приводило к заклиниванию механизмов, а также становилось причиной сбоев в термоконтроллерах. Защита электрических и жидкостных каналов передачи роботизированной руки, как и любой очень чувствительной электроники, является для ученых одной из самых приоритетных задач.

Программирование омбилической роботизированный руки для подключения к мобильному танкеру. Манипулятор будет использоваться для заправки танкеров жидким топливом, водой и кислородом

На каждой стороне омбилической камеры, установленной на роботизированный манипулятор, находятся дверцы, действующие как воздушные шлюзы, предохраняющие все внутренние каналы от пыли. Для соединения камеры с механизмом танкера требуется выполнить три шага: во-первых, после заполнения камеры требуется надежно закрыть дверцы с обоих сторон, чтобы создать защитный антипылевой барьер. Во-вторых, в каждой из дверей омбилической камеры необходимо открыть небольшие уплотнительные отверстия, через которые будет предоставляться доступ к каналам передачи ресурсов, установленным на специальной движущейся пластине. В-третьих, требуется выровнять положение каналов передачи омбилической камеры и каналов приема материала механизмом танкера, точно соединив между собой как электрические, так и жидкостные коннекторы.

Роботизированный манипулятор топливоперерабатывающей фабрики будет помещать омбилическую камеру на мобильный роботизированный танкер, а затем разгружать произведенные материалы. Система заправки в этом случае будет очень походить на заправочные станции на Земле, но вместе бензина, она будет перекачивать воду. Или жидкий кислород. Или жидкий метан. Или все вместе сразу.

Недавно инженеры, занимающиеся разработкой этого проекта, провели тестовую демонстрацию установки во Флориде. На этом этапе ученым пришлось прибегнуть к моделированию процессов электролиза и самой печи для сокращения расходов и сложности установки. Кроме того, была проведена симуляция получения с помощью воды трех продуктов переработки. Но в этом случае уже использовались прототипы как аппаратных, так и программных средств для всех частей установки.

Объединив все части вместе, инженеры Swamp Works смогли выяснить наличие тех или иных проблем в дизайне, а также определить некоторые важные детали, которые невозможно было бы определить, если бы подобные тесты проводились уже на последних стадиях разработки и интеграции. По словам разработчиков, быстрое создание прототипа и ранняя интеграция являются отличительный подходом к работе их команды. Благодаря этому можно быстро выяснить работоспособность той или иной идеи, а также определить все имеющиеся недостатки еще на ранней стадии.

Суть марсианской ракетно-топливной фабрики заключается в том, что все это оборудование будет упаковано в небольшую удобную коробку, доставлено на Красную планету, а затем самостоятельно распакуется и приступит к выполнению своей задачи задолго до того, как на Марс прибудут первые люди. Разработка пилотируемых экспедиций на Марс будет зависеть от эффективности этой автономной фабрики. Ведь без нее люди не смогут вернуться обратно на Землю по завершению своей вахты. Кроме того, в NASA также работают команды, которые занимаются вопросами выращивания всевозможных продуктов питания (включая картофель). Новый урожай планируется выращивать опять же автономным способом во время отправки людей Марс и их полетов обратно на Землю, чтобы людей всегда ждал свежий урожай.

В общем, проект по-настоящему гигантский и требует тщательной подготовки.

У NASA имеется большой запас опыта работы автономных роверов и посадочных модулей на Марсе. Например, самые последние марсоходы – «Кьюриосити», высадившийся на Красную планету в 2012 году и «Марс 2020», который отправится туда в 2020 году – обладают и будут обладать высоким уровнем автономности. Однако создание, доставка и использование марсианской ракетно-топливной фабрики в долговременной перспективе и с максимальным уровнем автономности потребует использования таких технологий, которые выведут космическую инженерию на совершенно новый уровень.

Для испытания робота-экскаватора NASA использует закрытую площадку, засыпанную более чем сотней тонн раздробленной вулканической породы. Минералы служат в качестве аналога мельчайшей и абразивной марсианской пыли

Для начала космической колонизации ученым и инженерам предстоит решить множество технических задач. Например, очень важно определить, подходит ли каждая разрабатываемая подсистема установки по добыче природных марсианских ресурсов для масштабирования. Сможет ли она удовлетворять все потребности и выйти на тот уровень пропускной способности, который будет необходим в рамках пилотируемых миссий на Красную планету.

Согласно недавним подсчетам специалистов NASA, подобная система примерно за 16 месяцев должна будет производить около 7 тонн жидкого метана и около 22 тонн жидкого водорода. Исходя из этого, для максимальной отдачи необходимо очень точно определить наиболее подходящие места для развертывания фабрики по сбору и переработке ресурсов. Кроме того, необходимо рассчитать сколько экскаваторов RASSOR потребуется доставить на Марс, а также сколько часов в сутки им необходимо будет работать, чтобы выйти на заданный план добычи. В конце концов нужно понять насколько большой должна быть морозильная установка для углерода, реактор Сабатье, а также сколько все это добро будет потреблять энергии.

Также ученым необходимо предусмотреть возможные форс-мажорные проблемы, которые могут помешать добыче и переработке ресурсов, потенциально задержав отправку следующей экспедиции на Красную планету. Необходимо оценить все возможные риски, связанные с этими проблемами и заранее разработать правильные и быстрые пути их решения, возможно оснастив систему дублирующими элементами для временной замены вышедшего из строя оборудования.

Необходимо убедиться, что роботизированные технологии смогут поддерживать операционную деятельность без остановки и необходимости в обслуживании в течении нескольких лет, поэтому их разработка будет проходить в строгом соответствии с установленными стандартами. Например, потребуется максимально снизить объем использующихся двигающихся частей. Таким образом можно будет минимизировать воздействие реголитной пыли на эффективность всей системы. Если же подойти к вопросу с другой стороны и начать разрабатывать двигающиеся части с более высокой устойчивостью к пыли, то это не только усложнит всю систему в целом, но еще и добавит к ней лишнего веса, который, как уже говорилось, равноценен золоту.

Ученым также предстоит выяснить, каким образом и в каких пропорциях мелкий и твердый реголит смешан со льдом под поверхностью Марса. Эти данные помогут более эффективно подготовить экскаваторы для добычи ресурсов. Например, текущая версия ковша RASSOR наиболее приспособлена для сбора реголита, смешанного с кусковым льдом. Однако данный дизайн будет менее эффективен при необходимости «вгрызаться» в более крупные пласты твердого льда. Для разработки более подходящего оборудования необходимо получить точное представление о распределении льда на Маре. Другой вариант – разработать более прочное, более сложное, более тяжелое и универсальное оборудование, которое сможет работать с любым видом почвы и плотностью ледяных пластов. Но, опять же, это лишние траты.

Еще нужно решить вопросы, связанные с долгим хранением сверхохлажденных жидкостей. Технологии хранения веществ и материалов под высоким давлением постоянно совершенствуются, но смогут ли современные технологии работать на поверхности Марса продолжительное количество времени?

В общем, в ближайшие годы ученые NASA будут заниматься решением всех этих проблемных вопросов. Инженеры Swamp Works в свою очередь продолжат повышать эффективность и готовность всех разрабатываемых компонентов их системы. Экскаваторы планируют сделать еще более крепкими и легкими. После этого планируется приступить к их испытаниям в искусственно созданных и максимально приближенных к марсианским условиях. Ученые также хотят повысить качество и эффективность печи, системы электролиза, а также разработать масштабируемую модель реактора Сабатье и холодильной установки для производства углерода. Разработчики уверены, что решение этих и многих других задач, приведет к тому, что пылесборочный прототип перестанет быть прототипом и в конце концов займется настоящей работой на поверхности Марса, обеспечивая будущих колонистов всеми необходимыми для жизни ресурсами.

Обсудить разработку марсианских экскаваторов и ресурсоперерабатывающей фабрики можно в нашем Telegram-чате.

источник

Что нужно знать, прежде чем бурить Юпитер

С ростом потребления полезных ископаемых и истощением их запасов на Земле человечеству, видимо, неизбежно придётся начать добывать ресурсы в космосе. Мы попросили Стива Картера из французской компании Dassault Systèmes GEOVIA, которая занимается разработкой решений в том числе и в этой почти фантастической отрасли, рассказать, с какими вопросами придётся столкнуться землянам, чтобы обеспечить себя ресурсами с других планет, их спутников и даже Солнца.

Понятие «добыча полезных ископаемых» в космосе будет отличаться от того, что мы обычно под этим имеем в виду на Земле. И вот что на это повлияет:

УСЛОВИЯ РАБОТЫ. Космос — мягко говоря, опасное место. В некоторых районах космоса уровень опасности необычайно высок, например на Солнце. Его температура и нечеловеческие условия на нём означают, что добыча ресурсов на его поверхности не будет возможна никогда. Однако ресурс в форме энергии доступен в изобилии на огромных расстояниях от Солнца. На Земле мы можем добывать её с помощью солнечных панелей, а в космосе потенциал производства энергии из солнечного излучения во много раз выше, чем на нашей планете. Так что в непрямом и нетрадиционном смысле добывать полезные ископаемые на Солнце возможно.

ГРАВИТАЦИЯ И РАССТОЯНИЯ. Эти факторы серьёзно влияют на стоимость разведки месторождений и добычи полезного ископаемого. По существу, в космосе эта стоимость повышается в прямой зависимости от расстояния и от силы гравитации. Например, если предположить, что одно и то же ископаемое существует на Юпитере и на Луне, его добыча на поверхности Юпитера будет дороже, чем на спутнике Земли. Потому что гравитация на Юпитере гораздо сильнее, расстояние до Земли — больше, а руду, скорее всего, надо будет отправлять на Землю или её орбиту.

ВРЕМЯ. С ходом истории новые технологии и методологии исследований, экономика и доступность тех или иных ресурсов сделают одни ископаемые более необходимыми, а другие — менее.

В том же смысле можно добывать полезные ископаемые на крупных планетах с очень сильной гравитацией, например Юпитере и Сатурне. Это будет возможно в верхних слоях их атмосфер, насыщенных разнообразными газами, в частности гелием-3 (He3), которые можно использовать как топливо в пока ещё не разработанных реакторах на основе термоядерного синтеза. Гелий-3 — очень редко встречающееся на Земле вещество, но, вероятно, он есть на Луне и в атмосфере планет — газовых гигантов. «Раскопки» в верхних слоях атмосфер Юпитера и Сатурна помогут избежать сверхсложной работы на их поверхностях.

Читайте также:  Рельеф и полезные ископаемые австралии

В итоге получается, что почти любой объект Солнечной системы обладает потенциалом по добыче полезных ископаемых — от относительно малых астероидов до Солнца. Определять возможности добычи на каждом историческом этапе будут развитие технологий и состояние экономики на Земле — так же как и изменение представлений, что такое разработка ресурсов вообще.

Почти любой объект Солнечной системы обладает потенциалом по добыче полезных ископаемых

Сложно составить список того, что мы не сможем добывать в космосе. Есть два фактора, которые нужно учесть:

Существует ли ресурс в космосе или на какой-то другой планете?

Ответ на этот вопрос связан с уникальностью процессов на Земле, благодаря которым появляются природные ресурсы. Это, например, ископаемые, которые получились из-за органической и тектонической активностей на планете. Растения, которые погибают и со временем разлагаются под действием жары и давления, образуют уголь, а органическая материя из-за тех же времени, жары и давления создаёт нефть и природный газ. Такие ископаемые в космосе вряд ли можно найти, разве что на планетах с похожими на Землю условиями, но, скорее всего, не в Солнечной системе.

Существует ли вероятность того, что добывать ресурс в космосе невыгодно или что не появятся нужные технологии?

Этот вопрос существенен, но ответить на него невозможно из-за постоянных изменений в экономике и технологии. То, что невозможно или невыгодно сейчас, может стать возможным завтра, а экономическая обстановка может измениться. Если мы что-то и можем заключить из прошлого опыта, то только то, что предсказания о будущем редко сбываются на 100%.

Когда нужно решить, стоит ли начать добычу природного ресурса — будь он в космосе, на крупном астероиде, спутнике Земли или другой планеты, на Земле или другой планете, — при всём различии процессов нужно рассмотреть одни и те же вопросы:

Так же как разведка ресурсов в космосе и на экзопланетах будет помогать развитию связанных с этим процессом технологий, так и необходимость получить эти ресурсы катализирует развитие технологий добычи. Сейчас считается, что в этом поможет робототехника. В последние годы всё больше стали использовать роботов в разных отраслях промышленности. И в том числе в добыче полезных ископаемых: компания Rio Tinto недавно объявила о создании беспилотных грузовых машин. Ну и все знают о прогрессе в разработках беспилотных автомобилей.

Эти разработки — важный индикатор потенциала робототехники в добыче ископаемых. За окружающую среду бояться не стоит: космос стерилен, а значит, традиционные опасения об отрицательном влиянии на флору и фауну там смысла не имеют.

Без добычи полезных ископаемых современное общество не смогло бы появиться. Почти всё, что мы ежедневно используем, так или иначе зависит от этой практики: транспорт, дороги, здания, телефоны, продукты сельского хозяйства, ткани, компьютеры и так далее — список бесконечен. Даже с прогрессом в использовании вторичного сырья, особенно в восстановлении металла почти на 100%, без новых ископаемых всё равно будет никуда — иначе не обеспечить экономический рост и развитие общества.

Движение человечества к созданию постоянных поселений в космосе, на других планетах и спутниках, будет сопровождать необходимость в энергии, металлах, пластиках, стекле и других ресурсах — вне зависимости от места жительства людей. Эта нужда приведёт к экономической необходимости поиска месторождений ресурсов, их добычи и обработки, чтобы создавать нужные материалы. Так что нужно будет понять, что дешевле — добывать их недалеко от поселения или доставлять с поверхности Земли.

Конечно, главная надежда от добычи полезных ископаемых вне Земли — на то, что мы найдём огромные залежи ресурсов. За сотни лет, которые мы добываем ресурсы на Земле, мы уже исчерпали всё, что можно добыть без усилий. То, что осталось, залегает глубоко, это сложно достать, и его качество ниже. Нет сомнения в том, что добыча ископаемых на Земле продолжится неопределённое количество времени — и это приведёт к дальнейшему снижению качества ресурсов и повышению их стоимости. Так что в какой-то момент необходимость добывать полезные ископаемые в космосе станет неизбежной. И вместе с развитием технологий препятствия для деятельности человека в космосе будут разрушены.

Одно дело — знать, что определённые ресурсы могут существовать в космосе, и совсем другое — знать, где они находятся. Как поиск и разведка полезных ископаемых на Земле связаны с неопределённостью, так же с ними связаны и процессы в космосе, но даже с ещё большими рисками, поскольку космос не только гораздо больше нашей планеты, но и условия в нём опаснее. Расширение наших знаний и возможностей технологий, особенно робототехники, поможет эффективнее разведывать месторождения в космосе, которые с экономической точки зрения имеет смысл разрабатывать.

В космосе — на других планетах и спутниках — разные процессы означают образование разных ископаемых и других природных ресурсов. Человечество пока только начало понимать, как эти процессы устроены. Миссии вроде Rosetta — важный шаг в исследовании этой темы. Благодаря похожим миссиям мы будем лучше понимать, где какие ресурсы можно искать.

источник

Менее века назад человек впервые полетел в космос. Сегодня планируются колонии на Марсе, поселения на Луне и бурение астероидов с целью добычи ресурсов. Насколько это целесообразно и что это даст планете — в нашем материале.

Тридцатого июня 1908 года произошло одно из самых значимых столкновений Земли с астероидом. Космический валун размером от 60 до 190 метров взорвался в атмосфере над рекой Подкаменная Тунгуска в Сибири, уничтожив более двух тысяч квадратных километров леса. К счастью, упал он достаточно далеко от человеческих поселений. Если бы астероид прилетел на 6,5 часа позже, он бы упал на Берлин и изменил бы ход истории. Теперь 30 июня ежегодно отмечают Международный день астероида.

И хотя сегодня мы можем размышлять о том, какие разрушения могут принести камни из космоса, последние технологические разработки дали человечеству возможность взглянуть на астероиды как на ценный источник для добычи минералов — и не только.

Так, уже две компании намереваются стать лучшими в индустрии бурения астероидов — Planetary Resources в штате Вашингтон и Deep Space Industries в Калифорнии.

Кроме того, недавно о себе заявил и Люксембург, который некоторые называют кремниевой долиной для бурения астероидов. Местные власти обязались потратить по крайней мере 230 миллионов долларов на поддержку компаний по бурению астероидов, если они откроют свои офисы в стране.

Все дело в том, что при помощи таких предприятий можно заработать гораздо больше денег. Например, NASA намеревается зондировать астероид (16) Психея, расположенный в поясе астероидов, между Марсом и Юпитером. Только железо, которое можно добыть на этом нем, оценивается в 10 тысяч квадриллионов долларов. Для сравнения: по данным ЦРУ, на планете в принципе циркулирует всего около 80 триллионов долларов.

Ценность минералов, содержащихся в астероидах, настолько велика, что эксперты высказали беспокойство по поводу того, что их добыча может обвалить цены на товары и привести мировую экономику к коллапсу.

Возможно, вы задаетесь вопросом, насколько целесообразно добывать минералы с астероидов, учитывая невероятные объемы топлива, необходимого для космических миссий, и объемы минералов, которые космические аппараты могут привезти обратно на Землю?

Сейчас на эти вопросы нет ответов, но мы надеемся, что они появятся при развитии необходимых для космической индустрии технологий. Тем не менее минеральная ценность астероидов неоспорима.

Соучредитель компании Planetary Resources прокомментировал ситуацию так:

Будущая индустрия добычи полезных ископаемых в космосе также получила финансовую и информационную поддержку от многих выдающихся людей. Среди них — Ларри Пейдж и Эрик Шмидт из Google, Чарльз Симони из Microsoft, режиссер Джеймс Кэмерон, а также инвесторы Рам Шрирам и Росс Перо — младший.

Согласно The Guardian, в апреле 2017 года Goldman Sachs разослал клиентам письмо о том, что бурение астероидов может быть реалистичнее, чем кажется, с понижающимися ценами на запуски и большим количеством минералов в космических камнях.

Пожалуй, самая большая сложность, с которой столкнулась эта индустрия — создание правовых ограничений на владение ресурсами за пределами нашей планеты. Принадлежат ли эти продукты частным компаниям или инвесторам? Может, вообще стоит следовать Договору о космосе и классифицировать астероиды как собственность всего человечества, подобно трансграничным водам океана?

И хотя такие страны, как США и Люксембург, приняли законопроекты о предоставлении компаниям прав на ресурсы, добываемые ими на астероидах или других небесных телах, никакой международной договоренности по этому вопросу пока нет. Эксперты из разных стран выступают против того, чтобы право на добычу ископаемых в космосе частным организациям предоставляли отдельные страны.

Чтобы решить этот вопрос, необходимо вновь обратиться к Договору о космосе 1967 года. Это соглашение, ратифицированное почти 100 странами, запрещает любой нации заявлять права на небесные тела или использовать их в военных целях.

И хотя в договоре нет ни слова о бурении астероидов, некоторые государства — например, Бельгия, Бразилия и Россия — выступают против этой идеи, так как процесс требует «национального присвоения» астероидов, что, в свою очередь, запрещено договором. В итоге получается, что для старта этой индустрии необходимо разработать некий регулирующий орган, который будет следить за глобальным распределением выгоды от добычи минералов и металлов с астероидов, прежде чем присоединятся частные лица.

В декабре 2014 года Международный институт воздушного и космического права создал Гаагскую рабочую группу по управлению космическими ресурсами, чтобы разрешить противоречия между обязательствами по Договору о космосе и отдельными странами. Цель рабочей группы — рекомендовать ООН строгий космический закон, который примет во внимание космическую добычу ресурсов.

В сентябре 2017 года рабочая группа распространила «Проект основных положений для разработки правового режима деятельности по добыче полезных ископаемых в космосе».

Он призывает к распределению выгоды, исходящей от использования космических ресурсов, а также к установлению международного фонда для добычи ресурсов в космосе. Кроме того, в нем упоминается, что распределение финансовой выгоды необязательно, а операторам следует делиться ею, но это, опять же, это необязательно.

Учитывая то, что у частных компаний буквально чешутся руки, только бы поскорее начать добычу ископаемых на астероидах, можно сказать, что настал момент, когда следует обновить международные законы, поддерживающие справедливое использование ресурсов на астероидах.

С уверенностью можно сказать одно: как только все законы будут утверждены и приняты на глобальном уровне, добыча ископаемых на астероидах откроет новые возможности не только компаниям, которые будут отправлять к небесным телам свои миссии, но и всему человечеству. Безусловно, это явится серьезной встряской для многолетних устоев: рынки обвалятся, что-то обесценится, драгоценное станет заурядным, но для человечества это станет новым и удивительным рубежом.

источник

Группа американских ученых из Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже выступила с призывом разработки серьезных ограничительных мер по добыче полезных ископаемых на мирах Солнечной системы. Эксперты отмечают, что человечество может истощить Солнечную систему так же, как природу Земли, если начнет бесконтрольно использовать ее ресурсы.

В новом исследовании, которое в ближайшее время будет опубликовано в журнале Acta Astronautica, говорится о том, что промышленная революция, начавшаяся около двухсот лет назад, за столь короткий по геологическим меркам срок неузнаваемо изменила нашу планету.

Территории дикой природы сокращаются, атмосфера и Мировой океан загрязнены, около миллиона видов находятся под угрозой вымирания. Поскольку технологии развиваются стерильными темпами, и человечество вскоре сможет начать добывать полезные ископаемые на других планетах и их спутниках, аналогичный негативный сценарий может повториться, но уже в более крупных масштабах, говорят ученые. Если освоение космоса будет идти также стремительно, как и развитие мировых экономик, то человечество полностью истощит водные, железные, минеральные и другие ресурсы Солнечной системы всего за 400 лет.

«Если мы не подумаем об этом сейчас и просто будем двигаться дальше, как мы это делаем всегда на протяжении всей человеческой истории, то уже через несколько сотен лет столкнемся с кризисом катастрофических масштабов, намного более худшим, чем сейчас наблюдается на Земле», — отмечает старший астрофизик Смитсоновской астрофизической обсерватории и ведущий автор последнего исследования Мартин Элвис.

Превращение Солнечной системы, вплоть до отдаленных уголков, в высохшую пустыню может лишить нас дома. И нам больше некуда будет идти, отмечают авторы исследования. Поэтому ученые призывают сохранить 85% системы нетронутыми, превратив их в подобие национальных парков Земли.

Ограничение галактического потребления до одной восьмой из доступных ресурсов может показаться плохим соглашением, но космическое пространство — это большое место, и даже небольшая часть щедрости нашей Солнечной системы могла бы дать человечеству очень многое.

«Восьмая часть железа в поясе астероидов более чем в миллион раз превышает все запасы железной руды на Земле, и этого вполне может хватить на столетия», – приводят пример авторы исследования.

При проработке этого «принципа одной восьмой», исследователи рассмотрели примерное использование железа на Земле с начала промышленной революции.

По данным Геологической службы США (USGS), они удваиваются каждые двадцать лет. Если в 1800 году объем производства составлял около 450 тысяч тонн, то в 1994 году – уже 900 миллионов тонн. А к 2016 году, то есть всего за 22 года, мировое производство возросло до 2 – 2,2 миллиардов тонн.

Если человечество начнет также рьяно добывать ресурсы на других планетах Солнечной системы, то их хватит примерно на 460 лет, подсчитали ученые. После этого нам придется резко перейти на совершенно другие источники, что, по мнению автором доклада, выглядит очень нереалистичной перспективой.

Ученые отмечают, что из планов по освоению космоса можно смело исключить массивные миры с мощной гравитацией, такие как Юпитер. Добывать там ресурсы человечество вряд ли сможет. Гораздо более перспективными мирами ученые называют более близкие к Земле объекты: Луна и Марс, а также богатые железом тела, проходящие через пояс астероидов.

В то же время авторы отмечают, что в настоящее время темпы запуска межпланетных миссий не слишком интенсивны – около 15 проектов в десятилетие. Если эта тенденция сохранится, людям потребуется 130 лет, чтобы хотя бы по одному разу посетить потенциально пригодные для исследований объекты. Однако, как только появятся нужные технологии, позволяющие быстро, безопасно и эффективно добывать ресурсы на других планетах, запустится цепная реакция.

«Как только кто-то начнет получать нереальные объемы выручки от добычи полезных ресурсов в космосе, это станет эквивалентом золотой лихорадки. Мы должны отнестись к этому очень серьезно», — подытоживает Элвис.

источник

В нынешнем апреле группа инвесторов совместно с несколькими ветеранами аэрокосмической области учредила новую компанию, Planetary Resources, чья задача состоит в разработке полезных ископаемых, содержащихся в астероидах. «Ставка на прорыв в научно-технической сфере подразумевает исключительный коммерческий риск», — говорит сопредседатель в правлении этого стартапа Питер Диамандис. Компания поддерживается такими первопроходцами в технической сфере, как гендиректор компании Google Ларри Пейдж, кинорежиссер и изобретатель Джеймс Кэмерон, гуру программирования из компании Microsoft Чарльз Симоний. Конечно, все эти люди не рассчитывают на быстрый возврат инвестиций. «Полеты к астероидам начнутся уже через несколько лет, — говорит другой сопредседатель Эрик Андерсон, — но мы планируем нашу деятельность в расчете на столетнюю перспективу развития этой отрасли».

Читайте также:  Для чего полезно тминное масло

Прежде чем начать добычу полезных ископаемых в космосе, компании Planetary Resources нужно подобрать астероид, который пообещал бы при разработке хорошую экономическую отдачу. Однако астероиды — это не звезды, а небольшие темные небесные тела, которые очень трудно разглядеть через толщу земной атмосферы. Лучше всего было бы охотиться на них с помощью телескопа, подвешенного в космическом пространстве. Вот почему в штаб-квартире компании Planetary Resources, расположенной в Бельвю, штат Вашингтон, президент компании, а по совместительству и ее главный инженер Крис Левицки уже приступил к сборке телескопа серии Arkyd 100. Это будет первый космический телескоп во владении частной компании.

Воду. Хондритовый астероид (С-типа) диаметром всего 7 м может содержать в себе 100 тонн воды. Она может потребоваться для синтеза ракетного топлива или для жизнеобеспечения астронавтов.
Металлы. Металлический астероид размером 24 м может содержать 33000 тонн пригодного к использованию металла. Одной только платины в нем содержится количество, эквивалентное 50 миллионам долларов. Вот только смогут ли космические згорнодобытчики воспользоваться этими богатствами?

Космический аппарат весом всего 20 кг будет поменьше и попроще, чем любой из космических телескопов, построенных на государственные средства. Hubble, например, обошедшийся казне в полтора миллиарда долларов, имеет первичное зеркало диаметром 235 см, а зеркало телескопа Arkyd составит в диаметре всего-то 22,5 см. Hubble обладает широким полем зрения и набором инструментов, позволяющих сканировать глубины космического пространства. Arkyd нацелен на гораздо более простую задачу — поиск объектов пределах Солнечной системы. Малые размеры — большая экономия. Стоимость вывода таких аппаратов на орбиту можно радикально снизить, запуская их в качестве дополнительного груза вместе с крупными спутниками на чужих ракетах-носителях.

Planetary Resources собирается построить целый флот таких малоразмерных космических телескопов, снизив стоимость каждого как минимум до $10 млн. Такая стратегия позволяет и подстраховаться на случай отказа одного из аппаратов. «Необходимо поставить эту работу на конвейер, — говорит Левицки (ранее он в Лаборатории реактивного движения занимался темой полетов на Марс). — Неправильно было бы вложить все средства в один драгоценный аппарат, чтобы потом носиться с ним как с писаной торбой».

10 вопросов, на которые наука до сих пор не нашла ответа

НАСА сфотографировало рентгеновское небо вращающейся камерой

На этом этапе компания уже совершит первую попытку окупить свои капиталовложения, сдавая в аренду аппараты Arkyd 100. Телескопы космического базирования могут заинтересовать и астрономов, и тех ученых, которым было бы интересно исследовать земную поверхность с разрешением около 2 м на пиксель. Первый свой аппарат Planetary Resources планирует запустить уже к концу 2013 года, а какова будет стоимость аренды, руководство компании пока не решило.

При разработке космических полезных ископаемых вода будет цениться намного дороже золота. Ее ценность становится наглядной, если вспомнить, из каких элементов она состоит. Водород — то самое, что нужно для перезарядки топливных элементов, при повторном соединении водорода с кислородом мы получим весьма энергоемкое топливо. Воду намного дешевле будет находить в космосе, чем доставлять с Земли. Ведь запуск в космос каждого килограмма обойдется в десятки тысяч долларов. Компания Planetary Resources может извлекать прибыль, продавая добытую в космосе воду каким-либо государственным космическим агентствам или частным космоперевозчикам. Цена такой воды может быть ниже, чем стоимость ее доставки с Земли, и при этом такая торговля может оказаться весьма прибыльной.

Лучшими источниками H2O могут считаться астероиды из углеродистого хондрита. Как говорит Джон Льюис, заслуженный профессор Университета Аризоны и автор книги «Полезные ископаемые в небесах», упомянутые выше астероиды (их еще называют астероидами С-класса) имеют рыхлую, хрупкую структуру. «Кубик такого минерала можно раздавить, просто сжав между большим и указательным пальцами». На таком астероиде бурение не потребуется — чтобы извлечь воду, достаточно будет просто скоблить его поверхность.

Сотрудник NASA стоит перед шестью сегментами главного зеркала из космического телескопа Джеймса Уэбба. Пионеры внеземной геологоразведки станут первыми частными владельцами космических телескопов. Возможно, они даже будут сдавать их в аренду.

Космические телескопы засекли какой-то перспективный в плане разработки космический объект. Теперь у нас есть только один способ выяснить, чего стоят содержащиеся в нем ресурсы — подобраться к нему поближе.

Дальнейший сценарий в компании Planetary Resources представляют себе так. Целая стая роботов-разведчиков направляется в сторону обнаруженного астероида (он относится к классу «околоземных астероидов» или NEA) и облетает его со всех сторон. «Наши межпланетные зонды будут стоить во много раз меньше, чем нынешние модели, а для этого необходимо радикально изменить подход к задаче», — говорит Диамандис. Новый вид реактивного движителя, который при этом имеется в виду, агентство NASA уже дважды использовало в исследованиях глубокого космоса. Речь идет ионном двигателе, в котором поток ионизированного газа (ксенона), разгоняются в электростатическом поле. В результате формируется тяга, которая неспешно, в течение нескольких лет способна разогнать космический аппарат до приличных скоростей. Процесс довольно медленный, но к финишу скорость может превышать 300 000 км/час.

Интересующие нас астероиды будут, скорее всего, иметь в диаметре километр-полтора. Небесные тела таких размеров слишком малы, чтобы породить заметную силу притяжения. Посадка космического аппарата на такой «камень» просто невозможна. Здесь, скорее, следует говорить о «стыковке». Зонд медленно приблизится к поверхности астероида, мягко коснется цели, после чего нужно будет задействовать что-то вроде якоря. Если для этой цели использовать кошки или крючья, есть вероятность, что якорная лапа выворотит из поверхности кусок породы, а сам аппарат, ударившись, отлетит от астероида. Разумнее было бы использовать какие-то буровые устройства, которые могли бы ввинчиваться в посадочную площадку, надежно удерживая аппарат на поверхности планеты.

После этого робот может провести химический анализ породы, определить, есть ли там вода и какие-либо металлы. Результаты анализа будут переданы на Землю. Идеальным для такого экспресс-анализа можно было бы считать спектроскоп на базе лазерно-индуцированного пробоя среды (LIBS). При этой методике под воздействием лазерного луча поверхность образца испаряется, после чего соответствующие датчики могут анализировать свет, излученный плазмой, возникшей в результате испарения, и фиксировать наличие в образце тех или иных элементов. Первые аппараты, построенные на принципе LIBS, ChemCam, будут задействованы при исследовании чужих миров, когда ровер Curiosity достигнет Марса на борту отправленного NASA космического аппарата.

Астероид пойман и готов к доставке. Для дальнейшего обследования и переработки астероиды можно подтащить поближе к Земле. В своем апрельском отчете Институт космических исследований Кека, действующий при Калифорнийском технологическом институте, расписал, как можно было бы перевести один из астероидов на лунную орбиту. Такое космическое тело могло бы стать для астронавтов весьма привлекательной тренировочной площадкой. «Выполнение этой программы будет очередным шагом на пути в солнечную систему», — говорит один из руководителей проекта Луис Фридман. На иллюстрации: 1.Обмеры. Комплекс лазеров и радаров выдает информацию о размерах астероида. После этого космический аппарат развертывает свой высокопрочный сачок до нужного размера. Конструкция из надувных лап, соединенных между собой тросами, должна плотно охватить пойманный астероид. 2.Отлов жертвы. Итак, астероид пойман в сачок. Датчики, закрепленные на конструкции снаружи, позволяют убедиться, что астероид не греется и не теряет свой водный запас. 3.Доставка домой. Аппарат отправляется в долгий обратный путь к лунной орбите. Эта дорога может занять шесть лет, и только по прибытии будет начата разработка астероида.

Зонд-разведчик может также пометить выбранный астероид, закрепив на его поверхности радиомаячок. Как утверждают в руководстве компании, такой маячок нужен не только для того, чтобы облегчить в дальнейшем поиск выбранного астероида. «Установка радиомаяка может служить неким юридическим жестом, подтверждающим право владения», — говорит Диамандис.

Вопрос о претензиях частной компании на какой-либо астероид пока слабо отражен в международном законодательстве. В 1967 году был заключен Договор по космосу, а сейчас его ратифицировало более сотни государств. Уже в будущем десятилетии перед юристами встанет задача как-то зафиксировать в этом договоре права предпринимателей из частного сектора. Но, скорее всего, подтвердится известное изречение о том, что владение — 9/10 права, и простой радиопередатчик, укрепленный на астероиде, вполне сможет гарантировать права собственности той компании, что установила маячок.

Робот-прототип, разработанный в Лаборатории реактивного движения NASA, вместо опор имеет 750 стальных крючков. Они цепляются к шершавым поверхностям, не позволяя роботу в условиях слабого притяжения отцепиться от поверхности астероида и улететь в космическое пространство.

Итак, представим себе, как рой горнодобывающих роботов, цепляясь за поверхность астероида своими когтистыми лапками, с хрустом грызет насыщенный водой слой грунта, используя для этого нечто вроде хоботков. Тем временем другие аппараты пылесосят поверхность планеты, следуя по стопам добытчиков и утрамбовывая остатки их деятельности. После этого умелые машины будут упаковывать грунт, то есть реголит, в специальные герметичные контейнеры. Эти роботы будут ползать, ходить или летать, регулярно навещая «горнообогатительную фабрику», «висящую» над поверхностью астероида или просто пришвартованную к нему намертво. Там реголит разогреют, выпарят из него воду и соберут ее в баки хранилища.

Инфраструктура добычи полезных ископаемых в космосе. С 2009 по 2011 год агентство NASA с помощью своего космического телескопа WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) создавало сводный каталог астероидов, имеющихся в Солнечной системе. В поясе между Марсом и Юпитером было обнаружено 100 000 ранее неизвестных астероидов. 19500 астероидов среднего размера обнаружилось неподалеку от Земли. Зафиксировано 4700 крупных астероидов, попадающих в пределы относительной космической близости к Земле (критерием считался радиус 8 миллионов километров, и такие астероиды объявлялись потенциально опасными). В NASA считают, что в данный каталог попало только 30% из числа таких потенциально опасных астероидов.

Более сложные задачи встанут перед космическими горнодобытчиками, если они решатся на добычу металлов. Астероиды М-типа, представляющие собой просто здоровенные глыбы металла, окажутся крепким орешком для космического горнорудного предприятия. Таково мнение Гарри Максуина, геолога из Университета штата Теннесси и председателя группы исследования поверхности астероида в экспедиции Dawn, которую NASA организовало для исследования астероидов. Сама попытка закрепиться на поверхности такого небесного тела уже будет представлять собой достаточно сложную задачу. О бурении металлического массива можно забыть — как и о попытке отпилить от него кусок, чтобы забрать его на переработку. «Только подумайте, сколько на это уйдет энергии, и вы поймете, что задача не слишком-то реалистична», — говорит Максуин.

Магнитные грабли. В некоторых случаях для добычи драгоценных металлов не потребуется рыть никаких шахт. Достаточно будет граблей или гребешка с магнитами на каждом зубце. Стоит пройтись такой бороной по поверхности реголита, и в условиях малой гравитации зерна драгметаллов сами прилипнут к зубьям.
Сито, действующее при слабых гравитационных силах. Вот вам повод для реверансов перед золотоискателями старой закалки. В 2009 году ученые попробовали использовать вибростол для просеивания грунта через решето, чтобы отделить частицы того размера, который является оптимальным для дальнейшей переработки. Эта система продемонстрировала работоспособность при нулевой гравитации, которую создавали полетом самолета по параболической траектории.
Якоря для швартовки к астероиду. В условиях практически нулевой гравитации приземлиться на астероид — непростая задача. Ничуть не проще в такой обстановке вести добычу ископаемых. В лаборатории реактивного движения при NASA разрабатываются сейчас механизмы для забивки в грунт астероида клиньев, ориентированных под разными углами — так они должны держаться существенно надежнее. С другой стороны, компания Honeybee Robotics занимается сейчас разработкой ввинчивающихся буров, которые должны еще надежнее крепить космические аппараты к поверхности астероида.

Правда, по расчетам Льюиса, некоторые из астероидов могут состоять из металла всего на 30%, где металлы представляют собой железо-никель-кобальтовый сплав или сплав платиновой группы. Как он говорит, «велик соблазн просто взять магнит и с его помощью извлечь крупинки металла из раздробленного реголита».

С продавцом все ясно, но кто будет покупателем? Кому потребуется товар, который космические горняки добыли с таким трудом?
Металлы платиновой группы — вот надежда на быстрое обогащение. Это один из редких видов продукции, добытой в космосе, которую рентабельно доставлять на Землю. «Эти металлы широко используются сейчас во многих распространенных современных технологических процессах», — говорит Левицки. Металлы платиновой группы просто незаменимы в автомобильных катализаторах, в производстве силикона и стекла. Они присутствуют в компьютерных жестких дисках, в автомобильных свечах, где, подавляя коррозию, они продлевают жизнь свечи до пробега в 160000 км. В медицине эти металлы незаменимы благодаря их совместимости с биологическими тканями.
Допустим, у нас есть 500-тонный астероид, в котором содержится 0,0015 процента металлов платиновой группы. Это ведь не так плохо и втрое превышает концентрацию в самых богатых месторождениях платины, известных сейчас на Земле. Как говорит Левицки, «если радикально увеличить количество доступной на Земле платины, мы станем свидетелями зарождения новых отраслей производства, которые нам трудно сейчас даже представить».
Однако большая часть веществ, добытых на астероидах, найдет своего покупателя только в весьма отдаленном будущем, когда дальние космические путешествия станут обычным занятием для обитателей Земли. Вот тогда станут необходимы внеземные перевалочные базы, где астронавты, направляясь в дальние края, смогут пополнить запасы воды и топлива. А сейчас — раз нет таких покупателей, значит, не нужны и такие предложения на рынке космических услуг.
Под таким же углом можно рассматривать и проекты, связанные с добычей обычных конструкционных металлов. Они обретут реальность только тогда, когда космические корабли и станции станут производить не на Земле, а на орбите. Разумеется, производство каких-то конструкций в условиях открытого космоса выглядит весьма привлекательно, если сознавать, что мы таким образом экономим на доставке с Земли готовых блоков, однако это направление, если понимать его как вид коммерческой деятельности, всегда будет под угрозой со стороны космических перевозчиков, которые стремятся придумать новые, более дешевые способы вывода земных товаров на орбиту.
Если наступит эпоха, когда обитатели орбитальных станций будут питаться со своих огородов, среди товаров, предлагаемых на космическом рынке появятся не только железо и сталь. Возникнет спрос на азот и аммиак, которые необходимы в космическом земледелии как удобрения. Если человечество начнет всерьез обживаться в космосе, такие отрасли производства и сегменты рынка станут вполне актуальны. Как выразился Льюис, «мы говорим о тех отраслях промышленности, которые помогут обрезать пуповину, связывающую нас с родной планетой».
Проекты компании Planetary Resources — это не просто бизнес-план. Это написанная в самых радужных красках картина, призывающая нас поддерживать дальнейшие космические исследования. Это слово в защиту самых дерзких мечтаний, которые человечество когда-нибудь сделает реальностью.

Вполне возможно, некоторые металлические астероиды имело бы смысл целиком подтянуть поближе к Земле — хотя бы до лунной орбиты. «В них может содержаться такое количество металла, что стоит задуматься, как бы прихватить всю такую штуковину целиком», — говорит Льюис.

источник

Источники:
  • http://thinktanks.by/publication/2018/06/22/chto-mozhet-prinesti-zemle-dobycha-iskopaemyh-v-blizhnem-kosmose.html
  • http://hi-news.ru/technology/kak-nasa-sobiraetsya-dobyvat-poleznye-iskopaemye-na-marse.html
  • http://www.lookatme.ru/mag/live/industry-research/218167-mine-the-sun
  • http://naked-science.ru/article/nakedscience/dobycha-poleznyh-iskopaemyh
  • http://nlo-mir.ru/kosmoss/uchenye-dobycha-poleznyh-iskopaemyh-v-kosmose.html
  • http://www.popmech.ru/science/12972-dobycha-poleznykh-iskopaemykh-na-drugikh-planetakh/