Как и Земля, планетарные тела, такие как Луна, Марс, астероиды и кометы, содержат значительные запасы ценных ресурсов. Это привлекло внимание как исследователей, так и промышленников, которые надеются в один прекрасный день добывать их для поддержания космической экономики.

Однако создание любого вида внеземной горнодобывающей промышленности будет нелегким делом. Давайте посмотрим, с чем мы столкнемся.

Использование ресурсов на месте

Когда вы думаете о внеземной добыче, вы, вероятно, представляете себе извлечение материалов из различных тел в космосе и доставку их на Землю. Но это вряд ли будет первым коммерчески жизнеспособным примером.

Если бы мы хотели установить постоянное присутствие человека на Луне, как предлагает НАСА, нам нужно было бы пополнять запасы живущих там астронавтов. Такие ресурсы, как вода, могут быть переработаны лишь в определенной степени.

В то же время запуск ресурсов с Земли обходится очень дорого. По состоянию на 2018 год запуск одного килограмма материала на низкую околоземную орбиту обходился примерно в $2400, а для запуска выше или на Луну — еще дороже. Вполне вероятно, что материалы, добытые в космосе, будут использоваться в космосе, чтобы помочь сэкономить на этих расходах.

Сбор материалов, необходимых на месте, называется «использование ресурсов на месте». Оно может включать в себя все: от добычи льда до сбора грунта для строительства сооружений. В настоящее время НАСА изучает возможность строительства зданий на Луне с помощью 3D-печати.

Добыча полезных ископаемых в космосе также может изменить управление спутниками. Согласно существующей практике, спутники сходят с орбиты через 10-20 лет, когда у них заканчивается топливо. Одна из высоких целей космических компаний, таких как Orbit Fab, — разработать такой тип спутника, который можно будет заправлять топливом, собранным в космосе.

Даже для спутников на низкой околоземной орбите энергия, необходимая для их доставки с Луны, меньше, чем для доставки с Земли.

Какие ресурсы там есть?

Если говорить о возможностях добычи полезных ископаемых за пределами Земли, то есть несколько ресурсов, которые являются одновременно и ценными, и богатыми. Некоторые астероиды содержат огромное количество железа, никеля, золота и металлов платиновой группы, которые можно использовать в строительстве и электронике.

Лунный реголит (камень и почва) содержит гелий-3, который может стать ценным ресурсом в будущем, если ядерный синтез станет жизнеспособным и широко распространенным. Британская компания Metalysis разработала процесс, который может извлечь кислород из лунного реголита.

Ожидается, что на поверхности Луны, в постоянно затененных кратерах вблизи ее полюсов, существует лед. Мы также считаем, что лед есть под поверхностью Марса, астероидов и комет. Его можно использовать для поддержания жизни или разложить на кислород и водород и использовать в качестве топлива.

Как мы будем добывать полезные ископаемые в космосе?

Некоторые предложения по добыче полезных ископаемых за пределами Земли похожи на добычу полезных ископаемых на Земле. Например, мы можем добывать лунный реголит с помощью ковшового экскаватора или разрабатывать астероид с помощью туннелепроходческой машины.

Другие предложения более необычны — например, использование вакуумной машины для втягивания реголита по трубе (что нашло ограниченное применение в земных раскопках).

Исследователи из Сиднейского университета Нового Южного Уэльса и Австралийского национального университета предлагают использовать биоминирование. В этом случае бактерии, занесенные на астероид, будут потреблять определенные минералы и выделять газ, который затем может быть собран зондом.

Огромные проблемы сохраняются

Работа, проведенная в Австралийском центре космических инженерных исследований UNSW, связана с поиском путей снижения рисков в индустрии космических ресурсов. Само собой разумеется, существует множество технических и экономических проблем.

Те же затраты на запуск, из-за которых многие стремятся начать добычу полезных ископаемых за пределами Земли, также означают, что доставка оборудования для добычи в космос стоит дорого. Чтобы быть экономически эффективными (или даже осуществимыми), горные работы должны быть как можно более легкими.

Более того, чем дальше что-то находится от Земли, тем больше времени требуется на доставку. Задержка при отправке команды марсоходу и выяснении ее успешности достигает 40 минут.

На Луне задержка связи составляет всего 2,7 секунды, и, возможно, ее легче добывать дистанционно. Околоземные объекты также имеют орбиты, схожие с земными, и время от времени пролетают мимо Земли на расстоянии, сравнимом с Луной. Они являются идеальным кандидатом для добычи полезных ископаемых, так как требуют мало энергии для достижения и возвращения.

Внеземная добыча полезных ископаемых должна быть в основном автоматизирована или управляться дистанционно, учитывая дополнительные трудности, связанные с отправкой людей в космос, такие как необходимость жизнеобеспечения, избежание радиации и дополнительные расходы на запуск.

Однако даже системы добычи полезных ископаемых на Земле еще не полностью автоматизированы. Прежде чем начать добычу полезных ископаемых на астероидах, необходимо усовершенствовать робототехнику.

Хотя космические аппараты несколько раз приземлялись на астероиды и даже извлекали образцы — которые были возвращены в Вумеру в Южной Австралии во время миссий Hayabusa 1 и 2 — наш общий коэффициент успешности посадок на астероиды и кометы невысок.

В 2014 году посадочный аппарат Philae, отправленный к комете 67P/Чурюмова-Герасименко, упал в канаву во время неудачной попытки посадки.

Существуют также экологические соображения. Добыча полезных ископаемых в космосе может помочь сократить объемы добычи полезных ископаемых на Земле. Но это в том случае, если добыча за пределами Земли приведет к уменьшению, а не увеличению количества запусков ракет, или если ресурсы будут возвращены на Землю и использованы на ней.

Хотя сбор ресурсов в космосе может означать отсутствие необходимости запускать их с Земли, по мере развития космической экономики неизбежно будет происходить больше запусков.

Кроме того, возникает вопрос о том, будут ли предлагаемые методы добычи полезных ископаемых работать в космической среде. Различные планетарные тела имеют разные атмосферы (или их отсутствие), гравитацию, геологию и электростатическую среду (например, почва может быть электрически заряженной из-за частиц Солнца).

Как эти условия повлияют на внеземные операции, пока неизвестно.

Но работа ведется

Хотя это еще только начало, ряд компаний в настоящее время разрабатывают технологии для добычи полезных ископаемых вне Земли, разведки космических ресурсов и других видов использования космоса.

Канадская корпорация Space Mining разрабатывает инфраструктуру, необходимую для поддержания жизни в космосе, включая генераторы кислорода и другое оборудование.

Американская компания OffWorld разрабатывает промышленных роботов для работы на Земле, Луне, астероидах и Марсе. А Корпорация по добыче астероидов также работает над созданием рынка для космических ресурсов.