Добыча металлов в космосе

Обновлено: 18.05.2024

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.

Добыча полезных ископаемых на астероидах: кто и почему собирается этим заниматься

Полезные ископаемые жизненно необходимы для современной цивилизации. Мы используем все больше ресурсов, и вскоре, как предполагают многие ученые, ряда ресурсов может оказаться недостаточно для продолжения развития в текущем темпе. Металлургия, автомобилестроение, производство электроники, научная сфера, аэрокосмическая промышленность и многое другое зависит от полезных ископаемых. Предвидя грядущий дефицит, специалисты уже давно говорят о том, что добывать ископаемые нужно в космосе — на других планетах и астероидах. Насколько можно судить, астероиды являются действительно перспективным источником нужных человеку химических элементов и их соединений.

Максимальный интерес пока что вызывают два типа астероидов — водные и металлические (или же каменно-металлические). Что касается первых, то они содержат большое количество воды. Доставлять воду на Землю пока нет смысла, но вот если у человека появятся колонии на Луне, Марсе или других планетах и планетоидах, тогда такие астероиды можно отправлять к колониям. Одного водного астероида хватит на многие годы снабжения космической колонии. Кстати, это наиболее распространенный вид астероидов — их в Солнечной системе около 75%.

Почему астероиды — это хорошо

В металлических или каменно-металлических астероидах много таких металлов, как железо, никель и кобальт. Конечно, есть и другие элементы, которые могут пригодиться человеку: золото, платина, родий, редкоземельные металлы. Они могут быть полезными не только для колонистов, но и для промышленности Земли.

Перспективными для разработки астероидами являются те из них, которые можно приблизить к Земле с минимальными затратами энергии. Подобные астероиды ученые предлагают переводить к одной из орбит рядом с точками Лагранжа L1 и L2, где их можно оставлять в относительной неподвижности. Обе орбиты удалены от Земли примерно на миллион километров.

На данный момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов, в каталоге их содержится уже около 700 тысяч. Орбиты большей части (почти полумиллиона) определены с удовлетворительной точностью, а сами астероиды получили официальный каталожный номер. Около 20 000 небесных тел имеют официально утвержденные наименования. Эксперты утверждают, что в Солнечной системе, скорее всего, находится от 1,1 до 1,9 миллиона объектов, размер которых превышает 1 км. Больше всего астероидов, конечно, в поясе астероидов, который расположен между орбитами Юпитера и Марса. Эту область также часто называют главным поясом астероидов или просто главным поясом, подчёркивая тем самым её отличие от других подобных областей скопления малых планет, таких как пояс Койпера за орбитой Нептуна, а также скопления объектов рассеянного диска и облака Оорта.

Не так давно шотландские ученые попытались оценить перспективность добычи полезных ископаемых на ряде объектов, близких к нам. В расчет брались затраты энергии, расстояние до объекта, возможность изменения орбиты астероида и ряд других факторов. На основе этого были выбраны 12 разных астероидов, которые, по мнению шотландцев, можно начать разрабатывать уже сейчас или же в ближайшем будущем.

Кто и как будет добывать?

Кроме того, различные способы ведения разработки полезных ископаемых на астероидах предлагает и частная компания Planetary Resources, созданная при участии Джеймса Кемерона и Ларри Пейджа. Цель этой компании — разработка технологии, позволяющей добывать полезные ископаемые на астероидах. Аналогичную деятельность ведет и компания Deep Space Industries. Ее основатель — Рик Тамлинсон.

Программа США

Конгресс США активно работает по вопросу добычи полезных ископаемых в космосе, разрабатывая закон, открывающий возможность американским компаний добывать ресурсы на астероидах. Закон называется Space Resource Exploration and Utilization Act of 2015, говорится следующее: «любые ресурсы, добытые на астероиде в космосе, являются собственностью лица или организации, которые получили эти ресурсы, все права принадлежат добытчикам».

Закон разрабатывается Конгрессом для того, чтобы защитить интересы американских компаний. Здесь, как уже писалось ранее, есть большая проблема. А именно — соглашение от 1967 года, согласно которому все, что добывается в космосе, принадлежит всем нациям. Это соглашение носит название «Outer Space Treaty» и в США у него много сторонников. Тем не менее, в ходе дебатов конгрессмены предложили считать, что это соглашение, на самом деле, вовсе не закон, а просто полуофициальный документ, у которого нет юридической силы. В 67-м году вряд ли кто-то думал, что разработка астероидов начнется в скором времени, поэтому сам документ был составлен в качестве красивого жеста. Сейчас же эта сфера уже не просто пища для размышлений для писателей фантастов, но и предмет интереса коммерческих организаций и правительств ряда стран.

Люксембург впереди планеты всей

США действуют достаточно активно в плане развитие своей «астероидной» компании, но есть еще одна страна, которая работает в этом направлении не менее энергично. Речь идет о Люксембурге. В этом году Министерство экономики страны начало создавать законодательную базу, позволяющую начать разработку астероидов — добычу как минералов, так и различных металлов. Причем, в отличие от программы США, принять участие в этой программе может любая компания, у которой есть в Люксембурге свое представительство.

Согласно законодательству, компании, которые планируют заняться разработкой околоземных объектов, получают право на добытые ресурсы. Люксембург же будет лишь выдавать лицензии и вести мониторинг добывающих компаний.

Почему Люксембург? Ведь эту страну сложно разглядеть даже на относительно масштабной карте Европы, не говоря уже о карте мира. Люксембург никогда не отправлял космические корабли на орбиту, своего космодрома здесь нет, космической программы — тоже. Население же Великого Герцогства составляет всего 500 тысяч человек. И тем не менее, правительство страны считает, что добыча ископаемых на астероидах — перспективное занятие.

Много лет в Люксембурге добывали железную руду, в но в 70-е годы прошлого века эта сфера пострадала от кризиса и правительство приняло решение диверсифицировать как промышленность, так и экономическую сферу. Своей космической программы здесь нет, да, но зато в Люксембурге, например, работает компания SES, чья сфера деятельности — спутники. Она была основана еще в 1985 году. Эта компания является одним из крупнейших операторов спутников в мире. Сейчас SES управляет полусотней спутников на орбите. Кроме этой компании в Люксембурге действуют и другие.

Planetary Resources, упомянутая выше — одна из таких компаний. В ноябре она инвестировала около $26 млн в экономику Люксембурга «Я уверен, что Люксембург, как никакая другая страна в мире, возлагает надежды на коммерческую разработку астероидов», — говорит СЕО Planetar Resources Крис Левицки (Chris Lewicki). «Они (правительство страны, — прим. ред.) предпринимают ряд шагов, включая разработку законодательной базы, которая помогает создать необходимую среду для бизнеса, планирующего участвовать в разработке астероидов». Planetary Resources разработала спутник, Arkyd 6, который предназначен для обнаружения воды на астероидах. Запустить этот спутник планируется весной 2017 года. После этого компания планирует начать уже полноценную разработку, к 2020 году.

Программа по разработке астероидов создается при участии экспертов по праву, ученых, астронавтов и руководителей космических программ разных стран и организаций. По плану, предложенном правительством Люксембурга, новое законодательство должно вступить в силу уже в 2017 году.

Преимущества и недостатки добычи полезных ископаемых на астероидах

Близость к Земле — некоторые астероиды находятся к нам достаточно близко, так что отправка пилотируемой или автоматической миссии к этим объектам не является неподъемной для человека задачей;
Уже сейчас эксперты выделяют тысячи и тысячи перспективных объектов, с течением времени их количество будет только увеличиваться, по мере изучения учеными;
В астероидах может быть большое количество полезных ископаемых, включая железо и редкие на Земле элементы;
Астероиды могут быть полезным ресурсом как для колонистов будущих колоний на Луне или Марсе, так и для землян.

Низкая гравитация на астероидах — людям, которые будут работать в качестве «космических шахтеров» придется непросто;
Большая часть перспективных астероидов находятся далеко от Земли, и поступление солнечной энергии на большинстве в несколько раз меньше, нежели на Земле, так что и солнечных элементов нужно больше;
Большое количество астероидов могут оказаться бесполезными для человека;
Астероид может столкнуться с себе подобным небесным телом.

Как бы там ни было, но прямо сейчас разрабатывать астероиды готовятся как коммерческие, так и государственные организации. Это позволяет говорить о том, что раз уж эксперты, ученые и предприниматели считают добычу полезных ископаемых на астероидах перспективным делом, то, вероятно, это так и есть.

Добыча металлов в космосе

После покорения бескрайнего космоса, развитие технологий вышло на совершенно новый уровень. Инвестиции позволили построить первые станции, специализирующиеся на выработке металлов, прямо на поверхности астероидов.

Станции превратились в небольшие, так называемые, заводы полностью автоматизированные. Они не перерабатывали полученные компоненты на ходу, зато сортировали материалы, по мере их ценности, пригодности для дальнейшего использования. Такое решение было вполне разумным, ведь переработку могли обеспечить и более простые технологии, широко распространенные на планете.

Робототехника должна была развиваться быстрее, чтобы успеть за другими космическими изобретениями. Здесь помогли идеи, построенные на уже существующих современных гаджетах. Поэтому роботы отличались плавностью движений, полностью контролируемым интерфейсом и множеством других преимуществ.

Доставка ресурсов на нашу планету так же упростилась. Подтверждением чему выступают последние экспедиции. Результатом стали полученные металлы. Они достались учёным цельными, практически не повреждёнными, даже при добычи образцы большинства, важных для развития металлургии в целом, металлов.

Астероиды – источник для добычи металлов!

Учёные всерьёз задумались о том, чтобы наладить добычу полезных ископаемых. Это удобнее всего сделать ближе к источнику, то есть прямо на поверхности астероидов.

Освоение астероидов, с последующими возможностями для организации эффективной работы по их выработке – главная задача современного производства. Подобные проекты обеспечат получение ресурсов различного спектра и назначения. Существует специальное название – промышленное освоение, характеризующее сам процесс получения пользы от изучения ещё неизведанных объектов, находящихся в космосе.

Не только астероиды пригодны для выполнения всех необходимых работ по добыче металлов и других подобных им веществ. В относительной близости к Земле находятся, буквально, миллионы космических объектов. А, если учесть большие по протяжённости пояса астероидов, запаса веществ на нашей планете хватит на несколько сотен лет. Некоторые космические тела так же пригодны для проведения добычи металлов, без нанесения вреда самим источникам полезных минералов и веществ.

Такие дорогостоящие металлы, как титан и никель, образуются естественным путём на благоприятных для этого участках земной поверхности. Космос не стал исключением, подарив учёным новые возможности для работы.

Зачастую, среди разнообразия материалов, которые можно найти в породах астероидов, встречается и железо. С одной стороны, его в достаточно большом количестве можно найти на нашей планете.

Но любые разновидности полезных ископаемых, даже самые распространенные на Земле, представляют собой основу для развития промышленностей на уровне государственного устройства. Но такие источники не вечны, поэтому уже сейчас следует задуматься о нахождении новых и альтернативных возможностей для добычи ресурсов. В этом плане космос безграничен:

для исследователей, проводящих пробы пород, с целью обнаружения богатых металлами мест.
в плане освоения неизученных ранее свойств элементов,
как вспомогательный элемент для производства.

Некоторые учёные даже сделали предположение о пользе изучения астероидов с точки зрения их состава. Утверждают, что астероиды содержат в себе все необходимые элементы, которые могут поспособствовать даже получению воды и кислорода.

Так же, смеси веществ, присутствующие в составе породы астероида, насыщены компонентами, из которых можно добыть даже водород. А это уже серьёзное подспорье, ведь этот компонент является основным "ингредиентом" ракетного топлива.

Но данная индустрия всё ещё является молодой, до конца неизученной отраслью. Налаживание производства подобного уровня, нуждается:

в дополнительных инвестициях,
грамотных вложениях денежных средств, непосредственно в производство новых технологий,
привлечении помощи других отраслей, специализирующихся на дальнейшей переработке металлов.

Грамотно построенная работа, которая будет налажена на всех последующих уровнях производства, сократит дополнительные расходы, например, на топливо для ракет, или зарядку роботов, увеличив тем самым общий доход.

Астероиды – кладезь редких металлов!

Ценовая политика таких проектов приобретает просто нереальный размах. Один астероид, даже сравнительно небольшой по своим размерам, - просто находка для современных технологов и учённых. Роботы могут, в некоторых случаях даже определить, какой слой породы отделяет их от желаемой находки.

Суммы, и в приблизительных подсчётах исчисляются в триллионах. Поэтому все затраты, безусловно, себя оправдают, причём в несколько раз. Прибыль, полученная от произведённых работ по добыче металлов, уходит на их дальнейшую обработку.

Большинство элементов, представлены в чистом виде. Но для некоторых понадобится участие вспомогательных растворов и смесей, преобразующих веществ к нужному состоянию. Трудно поверить, но такой драгоценный металл, как золото, присутствует в достаточном для добычи количестве.

Не знают, что большая часть золота, присутствующая в верхних слоях Земли, является своеобразными следами, когда-то упавших астероидов. Со временем планета и климатические условия на них менялась, преобразовывалась почва, а остатки астероидов смогли сохранить ценные, заключённые в них металлы.

Астероидные дожди поспособствовали тому, что тяжёлые вещества, в том числе металлы, подчинились силе гравитации, опустившись ближе к ядру планеты. Их выработка стала затруднительной. И вместо этого, учёные предположили, что целесообразнее всего вкладывать деньги в работу с астероидами, подобно тому, как ведётся добыча на Земле.

Будущее технологий за космосом!

Эволюция привела человека к пику своего развития, подарив ему множество различных изобретений. Но, тема космоса всё ещё остаётся не до конца раскрытой. Представьте себе, сколько потребуется вложить денежных средств, чтобы наладить работу по добыче на поверхности самого астероида.

Ещё одним фактором, из-за которого этот проект долго оставался в теории, стала проблема, возникающая с доставкой груза с металлами обратно на Землю. Подобная процедура могла занимать столько времени, что даже сама выработка стала бы не актуальной и очень дорогой. Но учёные нашли выход и из подобной ситуации. Были собраны специализированные роботы. При помощи механических действий человека, непосредственно подключённое к системе рота, он может направлять его движения, не испортив ценных образцов уже добытых материалов.

У робота в строении предусмотрен отсек, куда и помещаются собранные образцы. Далее они отправятся на Землю, где учёные проведут ряд тестирований, доказывающих ценность данного астероида на предмет содержания в нём полезных веществ.

Такая предварительная проверка необходима ещё и для большей уверенности в том, что работы по выработке металлов действительно нужны. Ведь в подобных отраслях всегда замешено колоссальное количество денежных средств.

Технологии будущего из прошлого!

Даже далёкий от науки человек понимает – ресурсы нашей планеты не бесконечны. А искать на Земле альтернативу существующим полезным веществам, а так же ископаемым, просто негде.

Современный мир, именно поэтому развивается стихийно, и вместе с тем сохраняет спокойный и размеренный темп человеческой жизни. Каждый эксперимент – отражение сущности учёного, его гениальных трудов, первых удачных экспериментов.

Но вспомним, как начиналась космическая лихорадка. Генератором идей стало произведение одного, очень известного в своё время фантаста. Тогда это казалось простой выдумкой, – сейчас стало вполне обыденной реальностью, привлекающей пристальное внимание учёных, стремящихся довести свои теоретические идеи до практического применения, приносящего пользу человечеству.

Технологии являются дорогостоящими, не просто найти достойных инвесторов, готовых рискнуть многим, ради положительного результата. Но проекты будущего необходимо развивать и внедрять в производство уже сейчас.

Чтобы не говорили учёные, но время полноценной добычи редких, дорогостоящих металлов прямо из космических просторов уже пришло.

Инновации требуют:

проверки временем,
грамотной организации производства,
изучения возможностей смежных отраслей, которые могут взаимовыгодно сотрудничать между собой.

Без вложений не будет отдачи, даже на минимальном уровне следует организация самого процесса работы и только потом – полученный результат, на который вы надеялись.

Как появились астероиды?

Если учёные смогут определить благоприятные условия, при которых образуются астероиды, то такие полезные источники можно будет создавать искусственным путём с помощью лабораторий, или, непосредственно в просторах космоса. Известно, что астероиды – это первоначальный материал, оставшийся после того, как наша Солнечная система была образована. Они распространены повсюду. Некоторые астероиды пролетают на очень близком расстоянии к Солнцу, другие курсируют по одним орбитам, образуя целые пояса астероидов. Между Юпитером, и расположенным в относительной близости к нему Марсом, присутствует наибольшее скопление астероидов.

Они представляют собой очень большую в плане ресурсов, ценность. Изучение астероидов с различной точки зрения, позволит проанализировать их структуру, поспособствует:

созданию базы для дальнейшего изучения космоса,
привлечению новых инвестиций в данную отрасль,
разработку специализированного оборудования, которое смогло бы работать в самых различных условиях.

Заниматься добычей металлов на астероидах значительно проще, ведь они распределены по всей поверхности космического объекта. Концентрация даже самых драгоценных и дорогих металлов равна той, которая представлена на Земле только в богатых месторождениях. Интерес к подобным видам работ, из-за их востребованности, возрастает с каждым днём.

Космонавты смогли сделать невозможный технологический прорыв в области технологических возможностей. Первые, взятые на поверхности астероидов образцы:

дали учёным общее представление о структуре астероидов,
помогли сделать их выработку более быстрой,
определили новые источники для получения металлов.

В ближайшем будущем технологии подобного уровня займут основное место среди производства. Если представить, даже чисто теоретически, что запасы астероидов безграничны, – то они могут поддерживать экономику целой планеты, позволяя ей развиваться в несколько раз быстрее.

Казалось бы, к чему ещё стремиться, когда человек покорил космические просторы? Но на практике, ещё далеко не все полезные свойства астероидов и других объектов, присутствующих в космосе, изучены полностью. То есть, можно будет наладить безотходное производство. Каждый элемент данной цепочки – не существует без влияния на него предыдущего. Особенно такой подход актуален, когда мы имеем дело с металлами. Их структура достаточно прочная, но если не придерживаться правильных условий для их добычи и эксплуатации, – ценный природный ресурс может испортиться.

Металлы из космоса – обыденная реальность нашего времени. Планируются новые проекты, основой которых станет получение воды и кислорода – жизненно необходимых нам компонентов.

Сюжеты по теме

Площадь Мирового океана почти в два раза больше земной суши. Нетрудно догадаться, сколько разнообразных полезных ископаемых кроется под дном океанов и морей. Учитывая тот факт, что многие крупные месторождения на суше уже давно разведаны, а некоторые из них практически полностью истощены, ученые все чаще и чаще стали задумываться о разработке соответствующих технологий по добыче минералов с морского дна. Речь идет о металлах, фосфатах, а также и гидратах для получения энергии.

Космические ресурсы: анализ технологий промышленного освоения астероидов и прогноз на будущее

Ещё недавно добыча полезных ископаемых на астероидах считалась одним из стереотипных предсказаний писателей-фантастов. Считалось, что космические горняки, извлекающие ценные металлы из этих небесных тел – порождение той же фантазии, что и зелёные человечки на Марсе или джунгли с динозаврами на Венере. Однако в настоящее время всё больше экспертов склоняется к мнению, что речь идет о действующих технологиях, которые могут быть реализованы в недалёком будущем и дать человечеству новый источник полезных ископаемых. В США создана компания Planetary Resources, которая планирует создать и внедрить технологии разработки астероидов, а в Японии построен зонд «Хаябуса-2», миссия которого – не только научные исследования астероидного грунта, но и космическая геологоразведка. Эпоха металлов из космоса приближается, и в настоящее время можно смело применять к этим технологиям аналитические и прогностические подходы.

Естественнонаучная сторона вопроса

Прежде чем мы перейдём к описанию разрабатываемых технологий, стоит уделить внимание тому, что собой представляют астероиды, какие полезные ископаемые могут там залегать и с какими условиями могут столкнуться космические аппараты, прежде чем достигнут их.

Астероиды представляют собой небольшие каменистые тела, которые, подобно планетам, вращаются по орбитам вокруг Солнца. Астероид отличается от карликовой планеты размерами: он слишком мал, чтобы иметь значительное гравитационное поле или даже просто стечься в шарообразную форму от собственной тяжести. От подлинных же планет астероиды (как и карликовые планеты) отличаются тем, что могут встречаться группами, среди подобных же тел, на близких орбитах: настоящая планета всегда занимает свою орбиту в одиночестве или со спутниками, вращающимися вокруг неё, и поблизости от неё ничего другого обращаться не может.

Происхождение у астероидов и планет одно и то же: они сформировались из пылевого диска на заре существования Солнечной системы. Следовательно, астероиды состоят из тех же элементов, что и планеты, и на них можно найти многие из тех же веществ, что встречаются и в земной коре, мантии или ядре. Но ключевыми отличиями астероидов являются их малые размеры и недифференцированность: если на Земле и подобных ей планетах существуют огромные, недоступные, спрятанные под толщей коры мантия и ядро, то в астероидах те же металлы, что входят в состав земного ядра и недоступны для добычи, можно найти прямо на поверхности.

Напомним, что земное ядро состоит из металлического сплава, в который входят железо, никель, кобальт и другие так называемые сидерофильные элементы. И если в железе земное горное дело недостатка не испытывает, то никель и кобальт уже являются достаточно ценными и дорогими в выделении металлами. Поскольку в астероидах они доступны в тех же количествах, что и железо, то одни лишь они способны окупить дорогостоящую программу по освоению астероидов. А если учесть, что среди сидерофильных элементов есть и драгоценные металлы платиновой группы, то это делает технологию ещё более многообещающей.

Все ли астероиды содержат металлы? Не все. Астероиды подразделяются на четыре класса. Три из них обозначаются буквами: С, S и M. Класс M – те самые металлические астероиды, с высоким содержанием железа, металлов группы железа и платиновых металлов. Кроме них, в М-астероидах можно также обнаружить золото и другие редкие металлы. Это известно благодаря их фрагментам, падавшим на Землю в виде метеоритов.

Класс S – металлосиликатные астероиды. Они состоят из горных пород, главным образом из силикатов железа и магния. В них можно встретить вкрапления чистых металлов, во всём подобные М-астероидам, но меньшего размера.

Класс С – углеродосодержащие астероиды. Эти весьма распространённые астероиды состоят из смеси углеродистых хондритов и водяного льда. Ценность минеральных материалов, входящих в их состав, невысока, а вот водяной лёд представляет интерес как источник воды и кислорода для поддержки жизни человека в космосе. И наконец, четвёртый класс буквы не имеет: астероиды четвёртого типа представляют собой неактивные кометы и состоят из водяного, аммиачного и других льдов.

Массы астероидов всех перечисленных видов варьируют от тысяч до миллиардов тонн, а крупнейшие астероиды по массе приближаются к карликовым планетам. Доступность всей массы любого астероида для разработки делает их весьма многообещающими источниками полезных ископаемых.

Технологии добычи

Основными и необходимыми технологиями для любой добычи полезных ископаемых на астероидах являются космические аппараты, способные достигать их, и роботизированные устройства, предназначенные для непосредственного проведения работ. Даже если управление добычей берет на себя космонавт-человек, самой работой по дроблению астероидного грунта должны заниматься машины.

Что касается достижения астероидов, то некоторые из них вполне доступны современным космическим аппаратам, и автоматические зонды, подобные японскому «Хаябуса-1», уже достигали их и возвращались с пробами грунтов. Речь идет о так называемых околоземных астероидах, которые находятся на орбитах вокруг Солнца, близких к орбите Земли. Они принадлежат к числу наиболее легкодоступных объектов Солнечной системы, лежащих за пределами лунной орбиты. Поэтому отправка на такие астероиды горнодобывающих аппаратов, автоматических или управляемых людьми, уже не является чем-то фундаментально прорывным, и мешает ей только большая масса гипотетического отправляемого аппарата и соответствующая ей высокая стоимость такой космической миссии.

Вот какие требования предполагаются для проектируемых аппаратов, предназначенных для добычи полезных ископаемых на астероидах:

По возможности небольшая масса. Все оборудование должно быть изготовлено из лёгких материалов, чтобы свести к минимуму стоимость доставки его на разрабатываемое небесное тело;
Электропитание, основанное на технологии солнечных батарей. Околоземные астероиды находятся в зоне достаточно высокого солнечного излучения, поэтому солнечные батареи, находясь на них, будут развивать большую мощность;
Высокая степень автоматизации. Даже при условии, что на разрабатываемом астероиде будет присутствовать постоянный контингент людей, их задачи должны сводиться к дистанционному управлению оборудованием;
Непосредственная добыча должна производиться технологиями, схожими с земными. Для рыхлых астероидов подходит открытая, карьерная добыча минералов; в более плотных могут прорываться шахты;
Поскольку астероиды не обладают высокой гравитацией, все работы на них должны быть спланированы с учётом условий почти полной невесомости. Эти условия отличаются от земных как в положительную сторону (облегченная транспортировка больших объёмов породы и минералов), так и в отрицательную (опасность отрыва минералов, оборудования или людей от поверхности).

Достижение рентабельности

Все эти требования могут быть удовлетворены с помощью существующих ныне технологий, но их недостаточно, чтобы сделать промышленное освоение астероидов рентабельным. Стоимость современного космического аппарата, предназначенного для достижения околоземного астероида и возвращения с 50-граммовой пробой грунта, составляет около 1 миллиарда долларов США. Увеличение аппарата в размерах приведет к сокращению разрыва между стоимостью аппарата и стоимостью доставленных на Землю минералов, но преодоление этого разрыва будет достигнуто только при запредельно высокой стоимости миссии.

Тем не менее, существуют технологии, способные существенно снизить стоимость подобной миссии и в перспективе сделать промышленную разработку астероидов рентабельной. В их число входят:

Внедрение технологий использования ресурсов прямо на месте добычи. Из астероидов можно получать не только минералы; если они содержат водяной лёд, то он с помощью электричества от солнечных батарей может быть преобразован в водород и кислород – ракетное топливо для обратного пути. Это позволит не включать в массовый бюджет миссии большие количества ракетного топлива, предназначенные для доставки аппарата, гружёного рудой, на околоземную орбиту;
Также, если аппарат планируется как пилотируемый, из того же льда можно получать воду и кислород, предназначенные для употребления членами экипажа;
Использование самовоспроизводящихся роботов, способных производить подобные себе механизмы из материалов, доступных на астероиде, позволит ещё более существенно сократить массовый бюджет миссии;
Даже в том случае, если доставка добытых на астероидах минералов, металлов и воды на Землю обойдется в более высокую стоимость, чем получение тех же веществ из земных источников, эти материалы могут быть использованы на околоземной орбите. Поскольку доставка массивных грузов с Земли на околоземную орбиту крайне дорогостояща, получить для разработки астероидов показатели себестоимости, более выгодные, чем эти, легче, чем уравнять себестоимость разработки астероидов с себестоимостью разработки земных месторождений.

Последний пункт обладает особой важностью для развивающейся космической индустрии. В настоящее время, когда любые сооружения на орбите должны строиться только из материалов, добываемых на Земле, и снабжаться ими же, это очень серьёзно ограничивает возможные размеры космических станций и их количество, доступное для содержания даже самыми развитыми странами. Появление альтернативного, более выгодного источника строительных материалов, топлива, кислорода и воды, в роли которого выступят астероиды, сделает содержание космических станций намного менее затратным. Поэтому многие эксперты в космической отрасли полагают, что освоение технологий разработки астероидов является необходимым шагом для дальнейшего развития космической индустрии вообще.

Также существенно удешевить разработку астероидов способно создание новых, более экономичных ракетных двигателей и способов вывода грузов на орбиту. Развитие таких технологий вообще крайне благотворно и стимулирующее скажется на космической отрасли: поскольку в этой отрасли каждый грамм, выведенный на орбиту, стоит больших денег, любое удешевление выступит как мощный стимул к развитию. Среди технологий, от которых ожидают такого эффекта, такие, как, например, одноступенчатые орбитальные космические аппараты (англ. Single Stage to Orbit), «космический лифт», ротоваторы, «космические катапульты» и другие перспективные разработки.

Читайте также: