Koncepcja wydobycia asteroid w celu wzbogacenia ich minerałów od dawna jest podstawą science fiction, ale oczekiwania nauki są rzeczywistością i prywatne firmy pracują nad tym krokiem, aby uzyskać bułkę z masłem. Nawet NASA aktywnie realizuje koncepcje i modele pracy, które pewnego dnia mogą spełnić marzenia.
Weźmy na przykład Mini Bee, propozycję, która była częścią badania NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) fazy III w 2019 r. Plan polega na zbieraniu pary wodnej i substancji chemicznych lotnych z asteroidy za pomocą techniki zwanej ekstrakcją optyczną. Celem jest wykopanie asteroidy i zebranie materiału docelowego dla jednostki przechowawczej przymocowanej do statku kosmicznego.
Jednak wysłanie statku kosmicznego na asteroidy bliskie Ziemi nie jest najbardziej ekonomicznym pomysłem ze względu na ich mniejszy rozmiar i gęstość mineralną. Podobnie wysyłanie jednostek ratunkowych na większe, bardziej odległe asteroidy i utrzymywanie łańcucha transportowego między nimi a Ziemią również nie jest tanie.
W tym miejscu pojawia się Mars i jego satelity, pomagając zbliżyć się do pasa asteroid między Marsem a Jowiszem. Asteroidy w naszym sąsiednim pasie asteroid są bardzo duże i obfite, co oznacza, że wydobycie byłoby łatwiejsze i bardziej ekonomiczne, gdyby bazy zostały założone na Marsie lub innych obszarach.Jego naturalnymi satelitami są Fobos i Deimos. Brzmi świetnie, ale niektórzy eksperci sprawdzili liczby i sugerują, że kopalnia asteroid na Marsie byłaby optymalną strategią wydobycia asteroid.
Przeszkody dla górnictwa asteroid
Na asteroidach unoszących się na naszym galaktycznym podwórku znajdują się biliony dolarów metalu, ale górnictwo nie jest dziecinnie proste. W epoce ludzkiej cywilizacji, kiedy jeszcze nie zaczęliśmy eksploatować naturalnego satelity Ziemi, marzenie o wywierceniu asteroidy na skalę komercyjną wydawało się dość przesadzone. Ale nawet zanim będziemy gotowi z technologią potrzebną do rozpoczęcia wydobycia asteroidy, naukowcy zidentyfikowali szereg praktycznych przeszkód, zanim będzie można rozpocząć poważne planowanie.
Według szeroko zakrojonych badań prowadzonych przez ludzi w Caltech’s Keck Institute for Space Studies w 2012 roku, przechwycenie i dostarczenie około 500-tonowej asteroidy na orbitę bliską Ziemi w celu wydobycia będzie kosztować prawie 2,6 miliarda dolarów. Pierwszym poważnym wyzwaniem jest opracowanie rentownego modelu biznesowego, który wykracza poza finanse i obejmuje połączone aspekty ekonomiczne i techniczne takiego przedsięwzięcia. Na przykład, ile statków gwiezdnych należy wysłać, aby przechwycić asteroidę z bardzo realną możliwością zderzenia się po drodze?
Jeśli zgodzimy się na podejście rojowe do transportu statków kosmicznych, ile dokładnie potrzeba, aby zminimalizować ryzyko i zapewnić zyski? Największe pytanie dotyczy własności. Czy grupa osób może się spotkać, aby uzgodnić roszczenie górnicze dotyczące obiektu pływającego? Czy firma może ominąć przepisy dotyczące materiałów naziemnych i wydobycia asteroid? Czy możliwe jest osiągnięcie porozumienia między agencjami kosmicznymi, nawet wśród innych wrogich narodów?
Dlaczego orbituje wokół Marsa?
W przypadku misji kosmicznych głównym parametrem studium wykonalności jest Delta-V, gdzie delta to wielkość zmiany, a V to prędkość statku kosmicznego. Uwzględnia masę statku kosmicznego w celu sprawdzenia wykonalności określonego manewru, takiego jak start lub lądowanie na nim, oraz przybliżone zapotrzebowanie na paliwo. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Planetary and Space Science astronomowie z Center for Astrophysics (Harvard andamp; Smithsonian) ustalili, że Delta-V jest wymagana, aby dotrzeć do asteroidy bliskiej Ziemi z prędkością około kilometrów na sekundę, gdy dociera ona do głównego pasa asteroida, do około 7 km/s. W artykule eksperci sugerują, że misja wydobycia asteroid z pasa głównego byłaby znacznie bardziej opłacalna, gdyby statek kosmiczny został rozmieszczony z bliskiej – i podobnej – orbity naturalnego satelity na Marsie ze względu na niższe warunki delta-V . Wnioski wyciągnięto za pomocą opracowanego przez ekspertów systemu o nazwie Python Asteroid Rendezvous Code (PARC).
Liczby pokazują, że orbitowanie Marsa na wysokości około 9000 km nad powierzchnią planety byłoby zatem wydajne energetycznie i technicznie wykonalne. Jeśli celem jest orbita podobna do orbity Fobosa, wtedy Delta-V, która zbliży się do około 100 000 oznakowanych asteroid z pasem głównym, będzie miała prędkość poniżej 7 km/s. W przypadku dodatkowych 340 000 asteroid deklaracja Delta-V wynosi poniżej 5 km/s.
Jaki jest plan?
Gdyby na orbicie Marsa powstała infrastruktura zdolna do wykonywania zadań takich jak tankowanie, konserwacja, a nawet misje eksploracyjne, byłaby to idealna droga do wydobycia wodospadu asteroid. Taki obiekt orbitalny pomógłby również zmniejszyć rozmiar i masę statku kosmicznego, a tym samym jeszcze bardziej obniżyć koszty misji wydobywczych.
Zespół doszedł do wniosku, że „Fobos to dogodne miejsce do instalowania dużego sprzętu do wytapiania rudy”. Co więcej, naturalny satelita Marsa oferuje inne korzyści, takie jak tło bezwładnościowe, ochrona grawitacyjna i przed promieniowaniem. Na przykład, łatwiej jest maszynom wywierać siłę na materię asteroidy, gdy jest ona umieszczona na powierzchni Fobosa, niż próbować to robić podczas zawisu w pobliżu asteroidy. Ekscentryczny kształt orbity Marsa pomaga również zminimalizować bardzo potrzebne wymagania misji Delta-V.
Po utworzeniu, działalność górnicza zapewni również łatwiejszy i częstszy dostęp do powierzchni Marsa w celach badawczych i eksploracyjnych. Gdyby agencje kosmiczne były oparte na Fobosie, miałyby wyznaczone lądowisko i bazę operacyjną między Ziemią a Marsem, co znacznie obniżyłoby koszt każdej kolejnej misji na Marsa. To byłoby jak budowanie domu obok kopalni złota, zamiast jeździć z domu za każdym razem, gdy chcesz iść do jaskiń.
Dlaczego księżyce na Marsie są kluczem?
Inny artykuł, „Mars Moon and Asteroid Mining”, opublikowany w czasopiśmie Acta Astronautica w 1988 r., podkreślał znaczenie górnictwa w pobliżu planet i rolę asteroid, ważną rolę ich naturalnych satelitów, Fobosa i Deimosa. Podkreślając fundamentalne korzyści z założenia bazy na jednym z tych satelitów, magazyn zauważa, że „ze względu na niską grawitację nie są wymagane żadne miękkie lądowania ani energochłonne starty, jak w przypadku Marsa i Księżyca”.
Kolejną zaletą hostingu jednego z tych satelitów jest ich potencjalnie ważny zasób. Według roundandnbsp; z badań do 20% tych ciał może być luźno związanych w wodzie, podczas gdy reszta ciał; oszacował ją na około 10%. Niezależnie od dokładnego stężenia, ta woda może być zbierana do misji tankowania i do systemów podtrzymywania życia. Łatwiej będzie wysyłać i zdalnie sterować sondami badawczymi z powierzchni Fobosa i Deimosa niż rozmieszczać i obsługiwać je ze stacji bazowej na Ziemi. Artykuł zauważa, że w ramach eksploatacji zasobów pozaziemskich Fobos i Deimos będą katalizować „wybuchowe odrodzenie ludzkości w kosmosie” i to wszystko się kończy.
Od wydobywania asteroid po osiedlanie się na Marsie
Eksploracja powierzchni Marsa wiąże się z wieloma przeszkodami. Od wyzwań technicznych po problemy z finansowaniem, istnieje wiele przeszkód naziemnych, które naukowcy musieli wziąć pod uwagę, zanim misja Artemis NASA mogła nawet dążyć do załogowej misji na Marsa. Jeśli istnieje już baza orbitalna w pobliżu Marsa lub założona na jednym z jego naturalnych satelitów, gdzie działalność człowieka wspiera operacje wydobywcze, znacznie łatwiej jest rozpocząć operacje eksploracyjne na Marsie.
Środowisko grawitacyjne na Fobosie teoretycznie zapewniałoby wytchnienie od skutków zdrowotnych, takich jak utrata masy kostnej , która ma miejsce w mikrograwitacji. Stacje założone na satelicie marsjańskim mogą również pomóc w wyzdrowieniu z innych niekorzystnych skutków, takich jak przyspieszone starzenie . Po rozwiązaniu wyzwań związanych z eksploracją można nakreślić cele osady.
Cele, takie jak terraformowanie powierzchni Marsa lub realizacja innych ambitnych planów , takich jak wzniesienie tarczy magnetycznej, aby stworzyć zrównoważoną atmosferę, mogą być jeszcze dziesiątki lat od realizacji. Przetransportowanie zasobów do ustalonej bazy na Fobosie, zanim zostaną użyte w misjach na Marsie, może przyspieszyć plany. Może wystarczyć wysiłek jednej ogromnej misji, aby uruchomić szeroką gamę przyszłych misji.