Добыча полезных ископаемых на околоземных астероидах

Изображение предоставлено: д-р Дэниел Д. Дурда.

Солнечная система манит невообразимыми на Земле ресурсами

Доктор Дэниел Д. Дурда

Околоземные астероиды (АСЗ) представляют собой огромный и пока еще неиспользованный резервуар минеральных ресурсов для использования в космосе, поскольку мы расширяем присутствие человека за пределы низкой околоземной орбиты. Около половины АСЗ состоят из тех же материалов, что и обычный скалистый метеорит. Они содержат мелкие чешуйки никель-железных сплавов и металлов платиновой группы в гораздо большем количестве, чем типичные породы земной коры. Большая часть остальной популяции СВА напоминает углеродистые метеориты и содержит более высокую долю воды и углеродсодержащих минералов. Чуть менее 10 процентов АСЗ представляют собой массивные горы из почти чистого железа и никеля. Все NEA представляют собой шведский стол с ресурсами, гораздо более богатыми, чем лунный реголит, холодная почва на Луне, еще одна излюбленная цель для будущих операций по добыче полезных ископаемых за пределами Земли.

Перед нами стоит вопрос: можем ли мы прямо сейчас добыть небольшой NEA и действительно использовать часть этого минерального богатства? То есть, если предположить, что операционная и экономическая инфраструктура уже создана и требует использования в космосе материалов, добытых на небольших астероидах, существуют ли методы и технологии, которые позволили бы нам это сделать? Если нет, то что нам еще нужно сделать и чему научиться, чтобы добыча астероидов стала реальностью? Ответы на эти вопросы также имеют прямое отношение к тесно связанным с ними требованиям по предотвращению столкновения с угрожающим астероидом.

Давайте сначала посмотрим на окружающую среду, которая существует на малых АСЗ и вокруг них, прежде чем рассматривать технологические требования для добычи их полезных ископаемых.

По оценкам планетологов, существует около 1100 астероидов диаметром более километра. Объектов меньшего размера, размером с футбольное поле, гораздо больше — более 100 000 из них вращаются вокруг Солнца в околоземном пространстве (хотя в настоящее время мы каталогизировали лишь несколько процентов из них). Такие маленькие объекты обладают лишь слабым гравитационным притяжением, соответствующим их миниатюрному росту. Поверхностная гравитация даже небольшого каменистого астероида километрового диаметра составляет всего порядка 1/30 000 g. На самом деле именно незначительная поверхностная гравитация этих объектов делает их такими привлекательными целями для будущей добычи полезных ископаемых; материалы, добытые с их поверхности, не нужно поднимать обратно из глубокого гравитационного колодца, чтобы доставить их в места, где необходимы ресурсы.

Но эта низкая гравитация также может вызвать серьезные эксплуатационные проблемы. Простое перемещение в непосредственной близости от неуклюжей и потенциально быстро вращающейся или кувыркающейся NEA может быть нелогичным. Вместо того, чтобы вращаться вокруг самых маленьких астероидов, подобные нефтяным платформам эквиваленты будущих горнодобывающих заводов могут вместо этого «держать станцию» в непосредственной близости, подобно орбитальному аппарату космического корабля «Шаттл», маневрирующему вокруг Международной космической станции.Горным инженерам-людям и роботам, перемещающимся по поверхности, также потребуются собственные бортовые и очень мощные навигационные системы для расчета траектории в реальном времени, необходимого для простого перемещения из точки А в точку Б. просто «сбросить» крошечный марсоход MINERVA на поверхность астероида Итокава диаметром 500 метров показывает, что нам еще предстоит проделать определенную работу даже в этой самой базовой области добычи полезных ископаемых.

Оказавшись, наконец, на усыпанной обломками поверхности астероида, мелкая пыль, легко образующаяся в среде с миллиграммами, вероятно, станет проблемой. Электростатический заряд теперь становится доминирующей силой для частиц пыли, заставляя их прилипать практически ко всему, включая тонкую работу горнодобывающего оборудования. И когда он есть, вы не можете просто отмахнуться от него. Командир «Аполлона-16» Джон Янг не жалеет слов, описывая то, что он считает одной из самых серьезных проблем для будущих исследователей Луны, и то же самое касается и астероидов: «Когда люди говорят о длительных операциях на Луне, о чем им лучше беспокоиться, так это о пыли».

Теперь, как мы на самом деле занимаемся добычей полезных ископаемых в такой среде? Во-первых, мы должны добраться туда! Сегодня мы, очевидно, можем летать на астероиды и даже «приземляться» на них, но настоящие операции по добыче полезных ископаемых потребуют гораздо более масштабных и масштабных космических операций, чем миссия NASA NEAR-Shoemaker или японский Hayabusa. Ионный двигатель, обеспечивающий устойчивые и высокоэффективные операции, будет иметь важное значение, если мы решим, что хотим перевести особенно привлекательный (или угрожающий) астероид на более доступную орбиту. Технология ядерно-электрических двигателей, которую НАСА использовало в рамках программы «Прометей», была очень многообещающим шагом в правильном направлении, но, к сожалению, на данный момент эта программа заброшена. Несмотря на то, что Prometheus, безусловно, был сложной задачей, он не требовал особых технологических усилий.Чтобы изменить что-то вроде этой программы, просто потребуется политическая и финансовая воля.

Как насчет мощности для запуска операции? Без проблем! Солнечная энергия — практичный и распространенный вариант в околоземном пространстве. И, конечно же, если вы путешествуете по Солнечной системе на космическом корабле, работающем на ядерном топливе, у вас есть много запасной энергии для поездки.

Легче сказать, чем сделать, прикрепить или пристыковать к поверхности небольшого астероида, чтобы на самом деле выкопать его реголит или просверлить его коренную породу. И методы, которые работают для одного объекта, могут совершенно не работать для другого. Гарпуны или пенетраторы могут быть приемлемым вариантом для объектов с пористой, но когезивной поверхностью. Электромагнитные подушки могут работать только на богатых железом астероидах. Если мы возьмем очень маленькие астероиды, наш горнодобывающий комплекс может вообще не «приземлиться» на объект — скала может быть целиком проглочена самим космическим кораблем и механически и химически переработана для его ресурсов. Это, конечно, технология, которую еще предстоит продемонстрировать для крупномасштабных операций на месте.

Итак, мы готовы? Можем ли мы сегодня заминировать астероид? Ясно, что ответ «нет». Наши автономные роботизированные возможности еще недостаточно развиты, чтобы позволить это (у нас даже нет возможности сделать это полностью автономным образом здесь, на Земле), и мы все еще находимся как минимум в десятилетии от возвращения людей на Луну. . Но как только масштабы наших операций в космосе достигнут такого уровня, когда добывать и использовать полезные ископаемые там станет выгоднее, чем доставлять их из недр земного гравитационного колодца, мы приступим к добыче наиболее привлекательных ресурсов. там — астероиды.

Доктор Дэн Дурда — планетолог из Юго-Западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. Он также является опытным иллюстратором; его работа появилась на SPACE.com, а также в Небо и телескоп. Дурда также имеет лицензию пилота и является опытным подводным пещерным дайвером.Он также путешественник, спелеолог и геолог.