Добыча металлов из астероидов

Обновлено: 04.10.2024

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?

Соучредитель компании Planetary Resources прокомментировал ситуацию так: «Множество редких металлов и минералов на Земле присутствуют практически в бесконечном количестве в космосе. С повышением доступа к этим материалам стоит ожидать не только понижения цен на все от микроэлектроники до хранения энергии, но и появления нового применения для этих элементов».

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.

Околоземные астероиды могут содержать драгоценные металлы на сумму 11,65 триллионов долларов

Ученые недавно подсчитали, что один из двух металлических астероидов, летающих в окрестностях Земли, может содержать драгоценные металлы (золото, платина, иридий, осмий, рутений, родий и палладий) на сумму около 11,65 триллионов долларов. Этот дорогой самородок может нести в себе больше железа, никеля и кобальта (31.4 миллиарда тонн), чем все наши мировые запасы этих металлов.

Эти редкие и крупные месторождения полезных ископаемых, называемые “богатые металлами околоземные астероиды” (Metal-rich near-Earth asteroids), имеют размер в несколько километров. Один из них, считающийся основным источником металлов, имеет маркировку 1986 DA, другой - 2016 ED85.

Согласно новому анализу, опубликованному 1 октября в The Planetary Science Journal, этот дуэт «может стать возможной целью для добычи астероидов в будущем».

Космическая добыча приобрела популярность в научном сообществе, потому что эксперты считают, что это может обеспечить рентабельные металлы для колонии на Луне или Марсе, и в конечном итоге расширит возможности человечества в освоении космоса. С космической шахтой строительные материалы не нужно будет доставлять дорогостоящими полётами с Земли в космос.

Кроме того, авторы предполагают, что эти уникальные летающие шары могут пролить столь необходимый свет на подлинность другого металлического сокровища, к которому НАСА направляется в 2022 году - таинственного сияющего космического шара, известного как (16) Психея (Psyche).

Психея привлекает энтузиастов космической добычи.

Считается, что вместо деревьев, океанов или участков земли это причудливое тело состоит из холмов и долин, сделанных из чистого металла. Ученые утверждают, что это оставшееся ядро древней каменистой планеты, которая когда-то была разрушена. Интересно, что ядро Земли выглядит ужасно похоже.

Метко названные «мини-Психеями», ценные астероиды меньшего размера, описанные в новом исследовании, предположительно являются частями, отколовшимися от такого же обнаженного центра, хотя исследовательская группа отмечает, что они не думают, что эти фрагменты связаны с Психеей.

Тем не менее, Психея стала довольно горячей темой для обсуждения среди ученых и даже общественности (и на Хабре - прим. переводчика) - предполагается, что она содержит минералы на сумму 10 000 квадриллионов долларов.

Однако непомерная цифра вызвала серьезные сомнения, потому что ученые не могут быть уверены в том, из чего состоит Психея, пока её не обследует космический корабль. Она слишком далеко для точного спектрального анализа - научного метода, который использует излучение и поглощение электромагнитных сигналов для изучения состава объектов.

До тех пор, пока не будет проведено такое исследование, что и намеревается выполнить миссия НАСА, исследователи должны рассматривать, что Психея просто куча мусора.

Вот что делает незаменимыми данные «мини-Психей» - они могут дать впервые взглянуть на черты своего тезки. Близость к нашей родной планете позволяет ученым получить спектральную информацию об этих камнях с Земли.

«Приятно, что мы обнаружили этих «мини-Психей» так близко к Земле», - сказал Вишну Редди, доцент Lunar and Planetary Laboratory Аризонского университета и главный получатель гранта НАСА, который финансировал работу.

Просеивая собранные данные, исследователи обнаружили, что эти астероиды на 85% состоят из металла, такого как железо и никель, и только на 15% из силиката, который в основном представляет собой обычную породу.

Таким образом, некоторая двусмысленность в отношении Психеи вскоре может быть устранена благодаря её маленьким версиям, включая то, добавят ли её в список сокровищ для будущих космических шахтеров.

Тем не менее, хотя трио металлических обломков определенно намекает на наши научно-фантастические фантазии о космической добыче, постепенно приближающиеся к реальности, одно можно сказать с полной уверенностью: это довольно “крепкие орешки”.

Почему добыча ресурсов на астероидах — это сложно?

Добыча полезных ископаемых на астероидах — фантастический, пока, вид деятельности, о котором в последнее время часто заговаривают как о близком будущем. Только компании, замахнувшиеся на такое занятие, практически обанкротились, так и не добравшись ни до одного астероида. Разберемся, почему это так сложно.

Астероид — это малое космическое тело естественного происхождения, от нескольких метров до сотен километров в поперечнике, преимущественного каменного или металлического состава, что отличает его от комет, где главный материал — лед. Ледяные тела Солнечной системы, в основном, находятся далеко от Солнца — за Марсом и дальше, поэтому с Земли проще добраться до астероидов. Большая часть астероидов вращается в Главном поясе, между орбитами Марса и Юпитера, но немалая часть имеет орбиты близкие к земной или даже пересекающие земную орбиту. Относительно близкие к Земле или сближающиеся астероиды называют околоземными, а пересекающие орбиту считаются потенциально опасными для нас. Зато достижение таких астероидов при помощи космических аппаратов значительно проще, до некоторых астероидов можно добраться затратив топлива меньше чем в полете до Луны.

Состав астероидов также отличается, ученые разделяют их по спектральным классам, определенным в телескопы с Земли. Основных типов астероидов три: каменные, железо-каменные, металлические (железные). Наиболее богаты на разные металлы, включая редкоземельные и платину — металлические, которые являются обломками ядер первых протопланет сформированных и разрушенных во взаимных столкновениях на заре Солнечной системы. В некоторых подвидах каменных астероидов больше углерода и летучих соединений в том числе воды, что роднит их с кометами.

Любой космический старатель, отправляясь на охоту за астероидами должен выбрать цель по нескольким признакам:

Спектральный класс — чтобы знать, какие полезные ископаемые там ожидают (на металлический астероид бесполезно лететь с системой добычи воды).
Разница орбитальной скорости с Землей — чтобы знать сколько топлива придется использовать для полета туда и обратно. Разница скоростей Земли и пролетающих околоземных астероидов начинается примерно с 0,5 км/с. То есть для достижения астероида и возвращения на околоземную орбиту космическому аппарату потребуется запас топлива, которое позволит набрать скорость 1 км/с (0,5 км/с на разгон и 0,5 км/с на торможение). Для сравнения, для достижения и посадки на Луну требуется запас на 3,5 км/с. Сэкономить можно гравитационными маневрами, но они потребуют оптимальной траектории и могут значительно увеличить время полета. На торможении в атмосфере также можно сэкономить, но потребуется увеличить массу возвращаемой капсулы.
Наклонение орбиты астероида — и Земля и астероиды вращаются вокруг Солнца примерно в одной плоскости, но даже небольшая разница в наклонении орбит требует существенных затрат топлива. Примерно 0,5 км/с прибавки скорости требуется для изменения плоскости орбиты космического аппарата на 1 градус, а некоторые астероиды вращаются под углом до 20 градусов к плоскости орбиты Земли.

В результате, всего несколько десятков астероидов оказываются доступны для относительно простого и недорогого достижения и возврата добытого материала. Даже в этом случае каждый килограмм ресурсов обойдется в десятки или сотни миллионов долларов, затраченных на разработку, производство и запуск добывающего космического аппарата.

Самое обидное для "космических шахтеров", что астероидный материал и так регулярно сам прилетает на Землю в виде метеоритов. Кроме того, сама Земля содержит тот же состав химических элементов, что и окрестные космические тела. Правда в металлических астероидах концентрация тяжелых редкоземельных металлах выше чем в среднем в земной коре. Земля относится к телам прошедшим дифференциацию, в результате которой тяжелые элементы спустились к ядру, а на поверхности остались только легкие, а металлические астероиды как раз являются осколками древних ядер протопланет. Но здесь на помощь земным старателям приходит вулканизм. Результаты древних извержений, такие как кимберлитовые трубки Якутии, хребет Кондер или плато Путорана содержат повышенную концентрацию металлов, добывать которые человечество еще может сотни или тысячи лет.

Таким образом, в ближайшие десятилетия о коммерческих перспективах добычи полезных ископаемых в космосе можно говорить только в контексте использования их в космосе, без доставки на Землю.

Попытки заработать на поиске новых астероидов тоже не удались, поскольку астероиды успешно открывают государственные научные учреждения, включая NASA, за бюджетный счет.

Сложности достижения астероидов, и доступность метеоритного вещества на Земле, а главное — отсутствие реальной потребности земной экономики и космонавтики в космическом веществе, стали причинами отсутствия большого интереса к таким проектам как Planetary Resources и Deep Space Industries со стороны бизнеса. Добыча редкоземельных металлов на Земле, несмотря на все сложности, оказывается на порядки эффективнее и проще чем могли бы обеспечить космические старатели.

Картотека: добыча ископаемых в космосе

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».

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.

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.

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).

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).

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.

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.

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.

Читайте также: