Идея добычи полезных ископаемых на астероидах зародилась еще в XIX веке, когда ученые начали осознавать ограниченность ресурсов на Земле. С тех пор технологии значительно продвинулись, и сегодня мы стоим на пороге реализации этой амбициозной задачи. Астероиды, богатые металлами платиновой группы, железом, никелем, кобальтом и редкоземельными элементами, представляют собой огромный интерес для исследователей и предпринимателей. Вода, замороженная в виде льда на астероидах, также может стать ценным ресурсом для поддержки долгосрочных космических миссий.
Есть чем поживиться
Хотя астероиды и Земля образовались из одних и тех же исходных материалов, более сильная гравитация Земли втянула все тяжелые элементы в ядро. Это произошло четыре миллиарда лет назад, когда наша планета представляла собой адскую расплавленную смесь химических элементов. В результате в застывшей впоследствии коре ценных металлов практически не осталось, пока столкновения с астероидами, которых в молодой Солнечной системе летало пруд пруди, не наполнили верхний слой Земли такими металлами, как золото, кобальт, железо, марганец, молибден, никель, осмий, палладий, платина, рений, родий, рутений и вольфрам
Но не только металлы можно добывать на астероидах. В 2006 году обсерватория Кека сообщила, что двойной троянский астероид Юпитера Патрокл и, возможно, многие другие троянцы гигантской планеты, вероятно, являются «мертвыми» ядрами комет и состоят в основном из водяного льда. Аналогично кометы семейства Юпитера и, возможно, околоземные астероиды, которые также являются бывшими кометами, могут обеспечивать водой миссии к дальним рубежам Солнечной системы. Использование космических материалов для получения топлива, заполнения системы охлаждения, создания защиты от космической радиации и других массивных компонентов космического корабля может привести к значительному снижению его стоимости.
Легкодоступные объекты
Наибольший интерес для добычи полезных ископаемых представляют астероиды, содержащие воду, железо, никель, кобальт и ценные металлы, такие как золото, платина и редкоземельные элементы. Особенно перспективными считаются водные и металлические астероиды. Водные астероиды могут стать источником воды для космических колоний, а металлические содержат металлы, необходимые для промышленности.
В 2013 году группа исследователей из шотландского Университета Стратклайда выделила класс «легко достигаемых объектов», проанализировав 9 тысяч околоземных астероидов. Так назвали группу из двенадцати астероидов, ресурсы на которых потенциально получится добыть и доставить на Землю с помощью современных ракетных технологий. Эти тела можно было бы вывести на доступную с Земли орбиту, изменив их скорость менее чем на 500 м/с (1800 км/ч). Размеры этих астероидов варьируются от 2 до 20 метров. Среди наиболее интересных объектов для добычи выделяют астероиды, которые находятся сравнительно недалеко от Земли или которые можно отбуксировать к нашей планете с минимальными затратами энергии, такие как Рюгу, Нерей, Дидим, Антерос и другие.
Помимо времени в пути до астероида и обратно, важным фактором для выбора подходящего для добычи астероида является такой показатель, как изменение скорости (Δv). Это мера импульса на единицу массы космического аппарата, необходимая для выполнения орбитального маневра, то есть для изменения траектории полета. Например, чтобы перейти с одной орбиты на другую или выйти на траекторию к другой планете. Величина Δv зависит от многих факторов, включая массу аппарата, количество и скорость истечения топлива, а также гравитационные поля других небесных тел, которые могут использоваться для гравитационных маневров. Легко достигаемые объекты считаются вероятными кандидатами для ранней добычи полезных ископаемых в том числе благодаря низкому значению Δv.
Вам на месте или с собой?
Современные технологии позволяют отправлять специализированные космические аппараты, которые могут использовать солнечную энергию для добычи и переработки полезных ископаемых прямо на астероиде. Так, планируемые миссии компании AstroForge предполагают посадку аппаратов на астероиды для поиска и извлечения ценных элементов.
В целом же существует несколько вариантов добычи полезных ископаемых в космосе. Наиболее фантастическим на данный момент является транспортировка астероида на безопасную орбиту вокруг Луны или Земли или на космическую станцию. Гипотетически это позволит использовать большую часть материалов астероида, а не тратить их впустую, например, на изготовление топлива для космического аппарата. Однако у нас нет опыта создания подобных космических буксиров, равно как и технологий хозяйственной деятельности на лунной орбите. С освоением спутника, которое, видимо, активно начнется в 2030–2040-х годах, вариант с буксировкой станет более реалистичным, но пока это фантастика.
Из реалистичных вариантов можно доставить необработанное вещество на Землю и уже на планете добывать из руды полезные ископаемые. Технологии для этого есть — например зонд OSIRIS-REx уже привез на Землю образцы грунта с астероида Бенну. Разумеется, это не то же самое, что привезти тонну руды для обогащения, но технологию можно масштабировать. Недостаток этого варианта очевиден — слишком много топлива уйдет на то, чтобы привезти на Землю фактически мусор, который будет просто выброшен после извлечения полезных ископаемых.
Чтобы устранить этот недостаток, можно обработать астероидную руду на месте, извлечь из нее ценные вещества и доставить их на Землю. Кроме того, такой вариант может предполагать и производство топлива для обратного полета прямо на астероиде. Обработка на месте снизит энергетические потребности в транспортировке материалов, хотя сначала придется доставить на место добычи перерабатывающие установки. Но, опять же, у нас пока нет апробированных технологий переработки в космических условиях.
Требуется бригада космических бурильщиков
Как же будет выглядеть добыча полезных ископаемых на астероиде? Прибыв на место, космический аппарат начнет бурение скважины и закачает в нее горячую жидкость или газ. Это вещество прореагирует с грунтом астероида, полезные ископаемые выйдут из него в расплав, который космический бурильщик закачает в свои танкеры. Однако бурение на астероиде поднимет облака пыли, так что придется предусмотреть либо какой-либо купол или барьеры, либо какие-то другие технологии для быстрого рассеивания пыли.
Из-за слабой гравитации космический аппарат просто улетит из-за инерции. Упомянутая уже AstroForge собирается решить эту проблему за счет магнитов, которые «прилепят» бурильную установку к поверхности металлического астероида.
Добыча на астероидах открывает новые горизонты для космической экономики и может стать решением для растущего спроса на ресурсы в связи с развитием технологий и увеличением населения Земли. Однако несмотря на значительный прогресс добыча полезных ископаемых на астероидах все еще сталкивается с множеством технических и финансовых препятствий, которые предстоит преодолеть в ближайшие десятилетия.