Wydobycie asteroid - Asteroid mining

Koncepcja artysty dotycząca wydobywania asteroid
433 Eros to kamienna asteroida na orbicie okołoziemskiej

Wydobycie asteroid to hipotetyczna eksploatacja materiałów pochodzących z asteroid i innych mniejszych planet , w tym obiektów bliskich Ziemi .

Trudności obejmują wysokie koszty lotów kosmicznych, zawodną identyfikację asteroid nadających się do wydobycia oraz więcej wyzwań związanych z wydobyciem. Tym samym górnictwo naziemne pozostaje obecnie jedynym stosowanym sposobem pozyskiwania surowców mineralnych.

Badania przeprowadzone przez misje badawcze zwracające próbki asteroid , takie jak ukończone Hayabusa i Hayabusa2 oraz w toku OSIRIS-REx , dostarczają danych, które mogą umożliwić badanie przyszłego wydobycia asteroid, chociaż nie było to głównym celem tych misji. Misje te są złożonymi przedsięwzięciami i zwracają niewielką ilość materiału (<1 mg Hayabusa, 0,1 g Hayabusa2, 60 g planowanych OSIRIS-REx) dla wielkości i kosztów projektu (300 mln USD Hayabusa2, 800 mln USD-1,16 mld USD OSIRIS-REx ), chociaż te małe próbki wystarczą badaczom do badania i analizy. Istnieją poważne przeszkody techniczne na drodze do potencjalnego wydobycia asteroid. Wydobycie asteroid przesunęło się na bardziej odległy, długoterminowy cel, a niektóre firmy zajmujące się wydobyciem asteroid przestawiły się na bardziej uniwersalne technologie napędowe.

Minerały w kosmosie

W miarę jak wyczerpywanie się zasobów na Ziemi staje się bardziej realne, pomysł wydobywania cennych pierwiastków z asteroid i zwracania ich na Ziemię w celach zarobkowych lub wykorzystywania zasobów kosmicznych do budowy satelitów słonecznych i siedlisk kosmicznych staje się bardziej atrakcyjny. Hipotetycznie woda wytworzona z lodu mogłaby uzupełniać paliwo na orbitujących magazynach paliwa .

Chociaż asteroidy i Ziemia powstały z tego samego materiału wyjściowego, stosunkowo silniejsza grawitacja Ziemi wciągnęła do jądra wszystkie ciężkie pierwiastki syderofilne ( lubiące żelazo) podczas jej roztopionej młodości, ponad cztery miliardy lat temu. Pozostawiono skorupę zubożony tych cennych pierwiastków aż deszczu asteroid oddziaływań ponownie wprowadzone zubożonej skorupę z metali takich jak złoto , kobalt , żelazo , mangan , molibden , nikiel , osm , pallad , platynę , ren , rod , ruten i wolframu ( pewien przepływ od rdzenia do powierzchni nie występuje, np. w kompleksie magmowym Bushveld , słynnym bogatym źródle metali z grupy platynowców ). Dziś metale te są wydobywane ze skorupy ziemskiej i mają zasadnicze znaczenie dla postępu gospodarczego i technologicznego. Dlatego geologiczna historia Ziemi może bardzo dobrze przygotować grunt pod przyszłe wydobycie asteroid.

W 2006 roku Obserwatorium Kecka ogłosiło, że podwójny trojan Jowisz 617 Patroclus i prawdopodobnie duża liczba innych trojanów Jowisz są prawdopodobnie wymarłymi kometami i składają się głównie z lodu wodnego. Podobnie, komety z rodziny Jowisza i prawdopodobnie asteroidy bliskie Ziemi, które są wymarłymi kometami, również mogą dostarczać wody. Proces wykorzystywania zasobów in-situwykorzystanie materiałów pochodzących z kosmosu do produkcji paliwa, zarządzania ciepłem, tankowania, ochrony przed promieniowaniem i innych elementów infrastruktury kosmicznej o dużej masie — może doprowadzić do radykalnego obniżenia jego kosztów. Chociaż nie wiadomo, czy te redukcje kosztów można osiągnąć, a jeśli zostaną one zrekompensowane ogromnymi wymaganymi inwestycjami w infrastrukturę.

Lód spełniałby jeden z dwóch niezbędnych warunków umożliwiających „ekspansję człowieka do Układu Słonecznego” (ostateczny cel lotów kosmicznych przez ludzi zaproponowany przez Komisję Augustyńską w 2009 r. Przegląd Komitetu Planów Załogowych Lotów Kosmicznych Stanów Zjednoczonych ): zrównoważony rozwój fizyczny i zrównoważony rozwój gospodarczy .

Z perspektywy astrobiologicznej poszukiwanie planetoid może dostarczyć danych naukowych do poszukiwania inteligencji pozaziemskiej ( SETI ). Niektórzy astrofizycy sugerowali, że gdyby zaawansowane cywilizacje pozaziemskie już dawno temu wykorzystywały wydobycie asteroid, cechy tych działań mogłyby być wykrywalne.

Wybór asteroid

Porównanie wymagań delta-v dla standardowych transferów Hohmanna
Misja Δ v
Powierzchnia Ziemi do LEO 8,0 km/s
LEO do asteroidy bliskiej Ziemi 5,5 km/s
LEO na powierzchnię Księżyca 6,3 km/s
LEO na księżyce Marsa 8,0 km/s

Ważnym czynnikiem do rozważenia przy wyborze celu jest ekonomia orbity, w szczególności zmiana prędkości ( Δ v ) i czasu podróży do iz celu. Bardziej wydobytego materiału rodzimego musi być włożony jako propelent w wyższych hemibursztynianu przeciwko trajektorii, a zatem mniej zwrócone jako bloku danych. Bezpośrednie trajektorie Hohmanna są szybsze niż trajektorie Hohmanna wspomagane przez przeloty planetarne i/lub księżycowe, które z kolei są szybsze niż trajektorie międzyplanetarnej sieci transportowej , ale skrócenie czasu transferu odbywa się kosztem zwiększonych wymagań Δ v .

Podklasa łatwo odzyskiwanych obiektów (ERO) asteroid bliskich Ziemi jest uważana za prawdopodobnych kandydatów do wczesnej działalności wydobywczej. Ich niskie Δ v sprawia, że ​​nadają się do wykorzystania przy wydobyciu materiałów budowlanych dla obiektów kosmicznych znajdujących się w pobliżu Ziemi, co znacznie obniża koszty ekonomiczne transportu materiałów na orbitę okołoziemską.

Powyższa tabela przedstawia porównanie wymagań Δ v dla różnych misji. Pod względem zapotrzebowania na energię napędu misja na asteroidę bliską Ziemi wypada korzystnie w porównaniu z alternatywnymi misjami górniczymi.

Przykładem potencjalnego celu dla wczesnej ekspedycji wydobywczej asteroid jest 4660 Nereus , który ma być głównie enstatytem . To ciało ma bardzo niskie Δ v w porównaniu do podnoszenia materiałów z powierzchni Księżyca. Jednak zwrot materiału wymagałby znacznie dłuższej podróży w obie strony.

Zidentyfikowano wiele typów asteroid, ale trzy główne typy obejmowały asteroidy typu C, S i M:

  1. Asteroidy typu C charakteryzują się dużą obfitością wody, która obecnie nie jest wykorzystywana do wydobycia, ale może być wykorzystana do eksploracji poza asteroidą. Koszty misji można by zmniejszyć, wykorzystując dostępną wodę z asteroidy. Asteroidy typu C zawierają również dużo węgla organicznego , fosforu i innych kluczowych składników nawozu, który można wykorzystać do uprawy żywności.
  2. Asteroidy typu S niosą mało wody, ale są bardziej atrakcyjne, ponieważ zawierają liczne metale, w tym nikiel, kobalt i bardziej wartościowe metale, takie jak złoto, platyna i rod. Mała 10-metrowa asteroida typu S zawiera około 650 000 kg (1433 000 funtów) metalu z 50 kg (110 funtów) w postaci rzadkich metali, takich jak platyna i złoto.
  3. Asteroidy typu M są rzadkie, ale zawierają do 10 razy więcej metalu niż asteroidy typu S

W 2013 r. grupa badaczy zidentyfikowała klasę obiektów łatwych do odzyskania (EROs). Początkowo zidentyfikowaną grupę stanowiło dwanaście asteroid, z których wszystkie mogłyby być potencjalnie wydobyte przy użyciu obecnej technologii rakietowej. Spośród 9000 asteroid przeszukanych w bazie danych NEO , wszystkie te dwanaście można przenieść na orbitę dostępną dla Ziemi, zmieniając ich prędkość o mniej niż 500 metrów na sekundę (1800 km/h; 1100 mph). Kilkanaście asteroid ma rozmiary od 2 do 20 metrów (10 do 70 stóp).

Katalogowanie planetoid

B612 Fundacja jest prywatny non-profit, fundacja z siedzibą w Stanach Zjednoczonych, dedykowane do ochrony Ziemi przed asteroid strajków . Jako organizacja pozarządowa przeprowadziła dwie linie powiązanych badań, aby pomóc wykryć asteroidy, które mogą pewnego dnia uderzyć w Ziemię, i znaleźć technologiczne środki do zmiany ich ścieżki, aby uniknąć takich kolizji.

Fundacji 2013 celem było zaprojektowanie i zbudowanie prywatnie finansowany planetoid rozpoznawczej teleskop kosmiczny , Sentinel , z nadzieją w 2013 roku, aby uruchomić go w 2017-2018. Teleskop na podczerwień Sentinel, niegdyś zaparkowany na orbicie podobnej do Wenus , został zaprojektowany, aby pomóc zidentyfikować zagrażające asteroidy poprzez skatalogowanie 90% tych o średnicy większej niż 140 metrów (460 stóp), a także badanie mniejszych obiektów Układu Słonecznego.

Dane gromadzone przez Sentinel miały być dostarczane za pośrednictwem istniejącej sieci wymiany danych naukowych, która obejmuje NASA i instytucje akademickie, takie jak Minor Planet Center w Cambridge w stanie Massachusetts . Biorąc pod uwagę teleskopową dokładność satelity, dane Sentinel mogą okazać się cenne dla innych możliwych przyszłych misji, takich jak wydobycie asteroid.

Względy górnicze

Istnieją cztery opcje wydobywania:

  1. Produkcja w kosmosie (ISM) , którą można umożliwić dzięki biominingowi .
  2. Przynieś surowy materiał asteroid na Ziemię do użytku.
  3. Przetwarzaj go na miejscu, aby przywieźć tylko przetworzone materiały i być może wyprodukować paliwo na podróż powrotną.
  4. Przenieś asteroidę na bezpieczną orbitę wokół Księżyca, Ziemi lub ISS. To może hipotetycznie pozwolić na użycie większości materiałów, a nie marnowanie ich.

Przetwarzanie in situ w celu wydobycia minerałów o wysokiej wartości zmniejszy zapotrzebowanie na energię do transportu materiałów, chociaż urządzenia przetwórcze muszą być najpierw przetransportowane do miejsca wydobycia. Wydobycie in situ będzie obejmować wiercenie otworów wiertniczych i wstrzykiwanie gorącego płynu/gazu, co pozwoli użytecznemu materiałowi na reakcję lub stopienie z rozpuszczalnikiem i wydobycie substancji rozpuszczonej. Ze względu na słabe pola grawitacyjne planetoid wszelkie działania, takie jak wiercenie, spowodują duże zakłócenia i uformują chmury pyłu. Mogą one być ograniczone przez jakąś kopułę lub barierę bąbelkową. Albo też można by zapewnić pewne środki szybkiego rozproszenia pyłu.

Operacje wydobywcze wymagają specjalnego sprzętu do obsługi wydobycia i przetwarzania rudy w przestrzeni kosmicznej. Maszyna będzie musiała być zakotwiczona do nadwozia, ale gdy już znajdzie się na miejscu, ruda może być łatwiej przemieszczana ze względu na brak grawitacji. Jednak obecnie nie istnieją żadne techniki rafinacji rudy w stanie zerowej grawitacji. Dokowanie do asteroidy może odbywać się przy użyciu procesu podobnego do harpuna, w którym pocisk przebijałby powierzchnię, służąc jako kotwica; wtedy dołączony kabel będzie używany do wyciągania pojazdu na powierzchnię, jeśli asteroida jest zarówno przepuszczalna, jak i wystarczająco sztywna, aby harpun był skuteczny.

Ze względu na odległość od Ziemi do asteroidy wybranej do wydobycia, czas podróży w obie strony na komunikację wyniesie kilka minut lub więcej, z wyjątkiem okazjonalnych zbliżania się do Ziemi przez asteroidy bliskie Ziemi. W związku z tym każdy sprzęt górniczy będzie musiał być albo wysoce zautomatyzowany, albo potrzebna będzie obecność człowieka w pobliżu. Ludzie byliby również przydatni w rozwiązywaniu problemów i konserwacji sprzętu. Z drugiej strony, wielominutowe opóźnienia w komunikacji nie przeszkodziły w powodzeniu zrobotyzowanej eksploracji Marsa , a zautomatyzowane systemy byłyby znacznie tańsze w budowie i wdrożeniu.

Techniki ekstrakcji

Wydobycie powierzchniowe

W przypadku niektórych typów asteroid materiał można zdrapać z powierzchni za pomocą łopatki lub świdra , a w przypadku większych kawałków można użyć „aktywnego chwytaka”. Istnieją mocne dowody na to, że wiele asteroid składa się ze stosów gruzu, co potencjalnie czyni takie podejście niepraktycznym.

Górnictwo szybowe

W asteroidę można wkopać minę, a materiał wydobyć szybem. Wymaga to dokładnej wiedzy, aby zaprojektować dokładność astro-lokalizacji pod powierzchnią regolitu oraz system transportu do transportu żądanej rudy do zakładu przeróbczego.

Grabie magnetyczne

Asteroidy o dużej zawartości metalu mogą być pokryte luźnymi ziarnami, które można zebrać za pomocą magnesu.

Ogrzewanie

W przypadku asteroid, takich jak chondryty węglowe, które zawierają uwodnione minerały, wodę i inne substancje lotne można pozyskać po prostu przez ogrzewanie. W teście ekstrakcji wody przeprowadzonym w 2016 r. przez Honeybee Robotics wykorzystano imitację regolitu asteroidy, opracowaną przez Deep Space Industries i University of Central Florida, aby dopasować mineralogię masową konkretnego meteorytu węglowego. Chociaż płyn imitujący był fizycznie suchy (tj. nie zawierał cząsteczek wody zaadsorbowanych w matrycy materiału skalnego), ogrzanie do około 510 °C uwolniło hydroksyl , który wyszedł jako znaczne ilości pary wodnej ze struktury molekularnej glinek warstwowych i związki siarki . Para została skondensowana do ciekłej wody wypełniającej zbiorniki zbiorcze, co wskazuje na możliwość wydobywania wody z pewnych klas fizycznie suchych asteroid.

W przypadku materiałów lotnych w wymarłych kometach ciepło można wykorzystać do stopienia i odparowania matrycy.

Proces Mond

Nikiel i żelazo z bogatej w żelazo asteroidy można było wydobyć w procesie Monda . Wiąże się to z przepuszczaniem tlenku węgla nad asteroidą w temperaturze od 50 do 60 °C w przypadku niklu, wyższej w przypadku żelaza, przy wysokim ciśnieniu i zamkniętym w materiałach odpornych na korozyjne karbonylki. W ten sposób powstają gazy, tetrakarbonyl niklu i pentakarbonyl żelaza - następnie nikiel i żelazo mogą być ponownie usunięte z gazu w wyższych temperaturach, a platyna, złoto itp. pozostają jako pozostałość.

Maszyny samoreplikujące

Badanie NASA z 1980 r. zatytułowane Zaawansowana automatyzacja misji kosmicznych zaproponowało złożoną zautomatyzowaną fabrykę na Księżycu, która pracowałaby przez kilka lat, aby zbudować 80% swojej kopii, a pozostałe 20% importowano z Ziemi, ponieważ te bardziej złożone części (takie jak komputer chipy) wymagałyby znacznie większego łańcucha dostaw. Wykładniczy wzrost fabryk na przestrzeni wielu lat może uszlachetnić duże ilości regolitu księżycowego (lub asteroidowego) . Od 1980 roku nastąpił znaczny postęp w miniaturyzacji , nanotechnologii , materiałoznawstwie i produkcji addytywnej , więc możliwe jest osiągnięcie 100% „zamknięcia” przy stosunkowo niewielkiej masie sprzętu, chociaż te postępy technologiczne są same w sobie możliwe na Ziemi dzięki ekspansji. łańcucha dostaw, więc wymaga dalszych badań. W badaniu NASA z 2012 r. zaproponowano podejście „bootstrapping” do ustanowienia łańcucha dostaw w kosmosie ze 100% zamknięciem, co sugeruje, że można to osiągnąć w ciągu zaledwie dwóch do czterech dekad przy niskich rocznych kosztach.

W badaniu z 2016 r. ponownie stwierdzono, że można go ukończyć w ciągu zaledwie kilku dekad ze względu na postępy w robotyce, i argumentowano, że przyniesie ona Ziemi korzyści, w tym wzrost gospodarczy, ochronę środowiska i dostarczanie czystej energii, a jednocześnie zapewni ludzkości ochrona przed zagrożeniami egzystencjalnymi.

Nieudane projekty górnicze

24 kwietnia 2012 r. miliarderzy-przedsiębiorcy ogłosili plan wydobywania asteroid dla ich zasobów. Firma nazywała się Planetary Resources, a jej założycielami są przedsiębiorcy z branży lotniczej Eric Anderson i Peter Diamandis . Wśród doradców znaleźli się reżyser filmowy i odkrywca James Cameron, a wśród inwestorów znalazł się dyrektor generalny Google Larry Page . Jej prezesem był Eric Schmidt . Planowali stworzyć magazyn paliwa w kosmosie do 2020 roku, wykorzystując wodę z asteroidów, dzieląc ją na ciekły tlen i ciekły wodór jako paliwo rakietowe . Stamtąd mógłby zostać wysłany na orbitę okołoziemską w celu uzupełnienia paliwa dla komercyjnych satelitów lub statków kosmicznych. W 2020 r. program został zlikwidowany, a wszystkie aktywa sprzętowe zostały zlicytowane.

Technologia teleskopowa została zaproponowana przez Planetary Resources w celu zlokalizowania i zebrania tych asteroid, co zaowocowało planami trzech różnych typów satelitów:

  1. Arkyd Series 100 (teleskop kosmiczny Leo Space) to tańszy instrument, który będzie używany do wyszukiwania, analizowania i sprawdzania, jakie zasoby są dostępne na pobliskich asteroidach.
  2. Satelita Arkyd Series 200 (przechwytujący), który faktycznie wyląduje na asteroidzie, aby dokładniej przeanalizować dostępne zasoby.
  3. Satelita Arkyd Series 300 (Rendezvous Prospector) opracowany z myślą o badaniach i znajdowaniu zasobów głębiej w kosmosie.

W 2018 r. porzucono wszystkie publiczne plany dotyczące technologii kosmicznego teleskopu Arkyd, a aktywa Planetary Resources zostały przejęte ConsenSys, firmą blockchain, która nie ma żadnej przestrzeni publicznej, która ma cele.

Proponowane projekty górnicze

Kolejne podobne przedsięwzięcie, nazwane Deep Space Industries , zostało zapoczątkowane w 2013 roku przez Davida Gumpa, który założył inne firmy kosmiczne. W tamtym czasie firma miała nadzieję rozpocząć poszukiwania asteroid nadających się do wydobycia do 2015 roku, a do 2016 roku zwrócić próbki asteroid na Ziemię. Deep Space Industries planowało rozpocząć wydobywanie asteroid do 2023 roku.

Na ISDC-San Diego 2013 firma Kepler Energy and Space Engineering (KESE, llc) ogłosiła również, że zamierza wydobywać asteroidy, stosując prostsze i bardziej bezpośrednie podejście: KESE planuje wykorzystać prawie wyłącznie istniejące technologie naprowadzania, nawigacji i kotwiczenia, z większości udanych misje takie jak Rosetta/Philae , Dawn i Hayabusa oraz obecne narzędzia transferu technologii NASA do budowy i wysyłania 4-modułowego Automated Mining System (AMS) na małą asteroidę za pomocą prostego narzędzia do kopania, aby zebrać ≈40 ton regolitu asteroid i sprowadzić każdy z czterech modułów powrotnych z powrotem na niską orbitę okołoziemską (LEO) do końca dekady. Oczekuje się, że małe asteroidy będą luźnymi stosami gruzu, dzięki czemu będą łatwe do wydobycia.

We wrześniu 2012 r. NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) ogłosił projekt Robotic Asteroid Prospector , który zbada i oceni wykonalność wydobycia asteroid pod kątem środków, metod i systemów.

Od 2020 r. (również w ramach wsparcia NIAC) technologia jest rozwijana przez Deep Space Industries . NASA częściowo finansuje planowanie i prace rozwojowe w celu badania, pobierania próbek i zbierania asteroidów. Plany te obejmują trzy proponowane rodziny statków kosmicznych:

  1. FireFlies to trojaczki prawie identycznych statków kosmicznych w formie CubeSat wystrzelonych na różne asteroidy, aby się spotkać i zbadać.
  2. DragonFlies są również wystrzeliwane w falach trzech prawie identycznych statków kosmicznych, aby zebrać małe próbki (5–10 kg) i zwrócić je na Ziemię w celu analizy.
  3. Kombajny udają się na asteroidy, aby zebrać setki ton materiału, aby powrócić na wysoką orbitę okołoziemską w celu przetworzenia.

TransAstra Corporation opracowuje technologię do lokalizowania i zbierania asteroid za pomocą rodziny statków kosmicznych Apis, która obejmuje trzy klasy systemów lotu:

  1. Mini Bee to pojazd demonstracyjny technologii eksperymentalnej zaprojektowany w celu zaprezentowania opatentowanego przez firmę podejścia do wydobywania asteroid przy użyciu skoncentrowanej energii słonecznej znanej jako wydobywanie optyczne
  2. Honey Bee to średniej wielkości statek kosmiczny zaprojektowany do wykorzystywania optycznej technologii wydobywczej do zbierania asteroid o średniej średnicy do 10 metrów
  3. Queen Bee to największy statek kosmiczny w rodzinie Apis, ewolucja pszczoły miodnej, która jest skalowana, aby umożliwić przechwytywanie i wydobywanie asteroid o średniej średnicy do 40 metrów

Potencjalne cele

Według bazy danych Asterank, następujące asteroidy są uważane za najlepsze cele dla wydobycia, jeśli ma zostać osiągnięta maksymalna opłacalność (ostatnia aktualizacja z grudnia 2018 r.):

Asteroida Szac. Wartość (mld USD) Szac. Zysk (mld USD) Kompozycja
Ryugu 83 30 4,663 Nikiel, żelazo, kobalt, woda, azot, wodór, amoniak
1989 ML 14 4 4.889 Nikiel, żelazo, kobalt
Nereus 5 1 4,987 Nikiel, żelazo, kobalt
Bennu 0,7 0,2 5.096 Żelazo, wodór, amoniak, azot
Didymos 62 16 5.162 Nikiel, żelazo, kobalt
2011 UW158 7 2 5.189 Platyna, nikiel, żelazo, kobalt
Anteros 5,570 1250 5.440 Krzemian magnezu, aluminium, krzemian żelaza
2001 CC21 147 30 5,636 Krzemian magnezu, aluminium, krzemian żelaza
1992 TC 84 17 5,648 Nikiel, żelazo, kobalt
2001 SG10 3 0,5 5.880 Nikiel, żelazo, kobalt
Psyche 27,67 1,78 - Nikiel, żelazo, kobalt, złoto

W większej skali Ceres jest uważana za możliwość. Jako największe ciało w pasie asteroid, Ceres może stać się główną bazą i węzłem transportowym przyszłej infrastruktury wydobywczej asteroid, umożliwiając transport surowców mineralnych na Marsa , Księżyc i Ziemię. Ze względu na małą prędkość ucieczki w połączeniu z dużą ilością lodu wodnego, może również służyć jako źródło wody, paliwa i tlenu dla statków przechodzących przez pas planetoid i poza nim. Transport z Marsa lub Księżyca na Ceres byłby jeszcze bardziej energooszczędny niż transport z Ziemi na Księżyc.

Ekonomia

Obecnie jakość rudy i wynikające z niej koszty oraz masa sprzętu potrzebnego do jej wydobycia są nieznane i można je jedynie spekulować. Niektóre analizy ekonomiczne wskazują, że koszt powrotu materiałów asteroid na Ziemię znacznie przewyższa ich wartość rynkową, a wydobycie asteroid nie przyciągnie prywatnych inwestycji przy obecnych cenach surowców i kosztach transportu kosmicznego. Inne badania sugerują duży zysk przy wykorzystaniu energii słonecznej . Potencjalne rynki dla materiałów można zidentyfikować i wygenerować zysk, jeśli koszty wydobycia zostaną obniżone. Na przykład dostarczenie wielu ton wody na niską orbitę okołoziemską w celu przygotowania paliwa rakietowego do turystyki kosmicznej może przynieść znaczne zyski, jeśli sama turystyka kosmiczna okaże się opłacalna.

W 1997 roku spekulowano, że stosunkowo niewielka metaliczna asteroida o średnicy 1,6 km zawiera metale przemysłowe i szlachetne o wartości ponad 20 bilionów dolarów. Stosunkowo mała asteroida typu M o średniej średnicy 1 km (0,62 mil) może zawierać ponad dwa miliardy ton metrycznych rudy żelaza i niklu , czyli dwa do trzech razy więcej niż światowa produkcja w 2004 roku. Uważa się, że asteroida 16 Psyche zawierać1,7 × 10 19  kg niklu i żelaza, co mogłoby zaspokoić światowe zapotrzebowanie na produkcję na kilka milionów lat. Niewielką część wydobytego materiału stanowiłyby również metale szlachetne.

Nie wszystkie wydobywane materiały z asteroid byłyby opłacalne, zwłaszcza w przypadku potencjalnego powrotu ekonomicznych ilości materiału na Ziemię. Jeśli chodzi o potencjalny powrót na Ziemię, platyna jest uważana za bardzo rzadką w ziemskich formacjach geologicznych i dlatego potencjalnie warto przywieźć pewną ilość do użytku naziemnego. Z drugiej strony nikiel jest dość obfity i jest wydobywany w wielu lokalizacjach naziemnych, więc wysoki koszt wydobycia asteroid może nie sprawić, że będzie to opłacalne ekonomicznie.

Chociaż Planetary Resources wskazał w 2012 roku, że platyna z asteroidy o długości 30 metrów (98 stóp) może być warta 25-50 miliardów dolarów, ekonomista zauważył, że każde zewnętrzne źródło metali szlachetnych może obniżyć ceny na tyle, aby szybko doprowadzić do zguby przedsięwzięcia. zwiększenie dostępnej podaży takich metali.

Rozwój infrastruktury do zmiany orbit planetoid może zapewnić duży zwrot z inwestycji .

Niedostatek

Niedobór jest podstawowym problemem ekonomicznym ludzi, którzy mają pozornie nieograniczone potrzeby w świecie ograniczonych zasobów . Ponieważ zasoby Ziemi są ograniczone, względna obfitość rudy asteroidowej daje wydobyciu asteroidów potencjał dostarczania niemal nieograniczonych zasobów, co zasadniczo wyeliminowałoby niedobór tych materiałów.

Idea wyczerpywania zasobów nie jest nowa. W 1798 r. Thomas Malthus napisał, że ponieważ zasoby są ostatecznie ograniczone, wykładniczy wzrost populacji skutkowałby spadkiem dochodu na mieszkańca,ubóstwo i głód staną się czynnikiem ograniczającym populację. Malthus to założył223 lata temu i nie pojawiły się jeszcze żadne oznaki efektu Malthusa w odniesieniu do surowców.

  • Potwierdzone złoża to złoża surowców mineralnych, które zostały już odkryte i są znane z ekonomicznego wydobywania przy obecnym lub podobnym popycie, cenie i innych warunkach ekonomicznych i technologicznych.
  • Rezerwy warunkowe to odkryte złoża, które nie są jeszcze ekonomicznie opłacalne.
  • Wskazane zasoby to mniej intensywnie mierzone złoża, których dane pochodzą z badań i projekcji geologicznych. Tę grupę rezerw tworzą rezerwy hipotetyczne i zasoby spekulacyjne.
  • Rezerwy wnioskowane to złoża, które zostały zlokalizowane, ale jeszcze nie eksploatowane.

Ciągły rozwój technik i technologii wydobycia asteroid pomoże zwiększyć liczbę odkryć mineralnych. Wraz ze wzrostem kosztów wydobycia surowców mineralnych, zwłaszcza metali z grupy platynowców na Ziemi, koszt wydobycia tych samych zasobów z ciał niebieskich spada z powodu innowacji technologicznych związanych z eksploracją kosmosu. „Efekt substytucji”, tj. użycie innych materiałów do funkcji pełnionych obecnie przez platynę, wzmocniłby się wraz ze wzrostem kosztów platyny. Pojawiłyby się również nowe materiały eksploatacyjne w postaci biżuterii i przetworzonego sprzętu elektronicznego od wędrownych firm „kupujemy platynę”, takich jak firmy „kupujemy złoto”, które istnieją obecnie.

Począwszy od września 2016, istnieje 711 znanych planetoid o wartości przekraczającej US $ 100 bilionów dolarów.

Wykonalność finansowa

Przedsięwzięcia kosmiczne są obarczone wysokim ryzykiem, z długimi terminami realizacji i dużymi inwestycjami kapitałowymi, i nie inaczej jest w przypadku projektów wydobycia asteroid. Tego typu przedsięwzięcia mogą być finansowane poprzez inwestycje prywatne lub inwestycje rządowe. W przypadku przedsięwzięcia komercyjnego może to być opłacalne, o ile uzyskany dochód jest większy niż całkowite koszty (koszty wydobycia i koszty marketingu). Koszty związane z przedsięwzięciem wydobycia asteroid oszacowano na około 100 miliardów dolarów w 1996 roku.

Rozważa się sześć kategorii kosztów przedsięwzięcia wydobywczego asteroid:

  1. Koszty badań i rozwoju
  2. Koszty eksploracji i poszukiwania
  3. Koszty budowy i rozwoju infrastruktury
  4. Koszty operacyjne i inżynieryjne
  5. Koszty środowiskowe
  6. Koszt czasu

Ustalenie wykonalności finansowej najlepiej odzwierciedla wartość bieżąca netto . Jednym z wymogów koniecznych dla wykonalności finansowej jest wysoki zwrot z inwestycji szacowany na około 30%. Przykładowe obliczenia zakładają dla uproszczenia, że ​​jedynym cennym materiałem na asteroidach jest platyna. 16 sierpnia 2016 r. platyna została wyceniona na 1157 USD za uncję lub 37 000 USD za kilogram. Przy cenie 1340 dolarów, przy 10% zwrocie z inwestycji, trzeba by wydobyć 173 400 kg (5575 000 ozt) platyny z każdych 1 155 000 ton rudy asteroidowej. Aby uzyskać 50% zwrotu z inwestycji, należałoby wydobyć 1 703 000 kg (54 750 000 ozt) platyny na każde 11 350 000 ton rudy asteroidowej. Analiza ta zakłada, że ​​podwojenie podaży platyny na rynku (5,13 mln uncji w 2014 r.) nie miałoby wpływu na cenę platyny. Bardziej realistycznym założeniem jest to, że zwiększenie podaży o tę kwotę obniżyłoby cenę o 30-50%.

Możliwości finansowe wydobycia asteroid w odniesieniu do różnych parametrów technicznych przedstawili Sonter, a ostatnio Hein i in.

Hein i in. szczegółowo zbadali przypadek, w którym platyna jest sprowadzana z kosmosu na Ziemię i oszacowali, że opłacalne ekonomicznie wydobycie asteroid w tym konkretnym przypadku byłoby raczej trudne.

Znaczenie mają spadki cen dostępu do przestrzeni. Astronom Martin Elvis przewiduje, że rozpoczęcie operacyjnej eksploatacji taniego za kilogram na orbicie pojazdu nośnego Falcon Heavy w 2018 r. zwiększyło zasięg ekonomicznie opłacalnych asteroid znajdujących się w pobliżu Ziemi z setek do tysięcy. Dzięki zwiększonej dostępności kilku kilometrów na sekundę delta-v, którą zapewnia Falcon Heavy, zwiększa liczbę dostępnych NEA z 3 procent do około 45 procent.

Precedens wspólnych inwestycji wielu stron w długoterminowe przedsięwzięcie wydobycia surowców można znaleźć w koncepcji prawnej spółki górniczej, która istnieje w prawie stanowym wielu stanów USA, w tym Kalifornii. W spółce górniczej „[Każdy] członek spółki górniczej ma udział w jej zyskach i stratach w stosunku, jaki posiadany przez niego udział lub udział w kopalni przypada na cały kapitał spółki lub na całą liczbę udziałów”.

Regulacja i bezpieczeństwo

Prawo dotyczące przestrzeni kosmicznej obejmuje określony zestaw traktatów międzynarodowych wraz z krajowymi ustawami ustawowymi . System i ramy praw międzynarodowych i krajowych powstały częściowo za pośrednictwem Biura ONZ ds. Przestrzeni Kosmicznej . Zasady, warunki i umowy, które władze zajmujące się prawem kosmicznym uważają za część aktywnego ciała międzynarodowego prawa kosmicznego, to pięć międzynarodowych traktatów kosmicznych i pięć deklaracji ONZ. W negocjacje zaangażowało się około 100 narodów i instytucji. Traktaty kosmiczne obejmują wiele ważnych kwestii, takich jak kontrola zbrojeń, niezawłaszczanie przestrzeni kosmicznej, swoboda eksploracji, odpowiedzialność za szkody, bezpieczeństwo i ratowanie astronautów i statków kosmicznych, zapobieganie szkodliwym zakłóceniom działalności kosmicznej i środowiska, zgłaszanie i rejestracja przestrzeni kosmicznej działalności i rozstrzygania sporów. W zamian za zapewnienia ze strony potęgi kosmicznej narody niepodlegające kosmosie przystały na amerykańskie i sowieckie propozycje traktowania kosmosu jako terytorium wspólnego (res communis), które nie należało do żadnego państwa.

W szczególności wydobycie asteroid jest objęte zarówno traktatami międzynarodowymi – na przykład traktatem o przestrzeni kosmicznej – jak i krajowymi przepisami ustawowymi – na przykład określonymi aktami prawnymi w Stanach Zjednoczonych i Luksemburgu .

Istnieją różne stopnie krytyki dotyczące międzynarodowego prawa kosmicznego. Niektórzy krytycy akceptują Traktat o Przestrzeni Kosmicznej, ale odrzucają Porozumienie Księżycowe. Traktat o przestrzeni kosmicznej zezwala na prawa własności prywatnej do zasobów naturalnych przestrzeni kosmicznej po ich usunięciu z powierzchni, podpowierzchni lub podglebia Księżyca i innych ciał niebieskich w przestrzeni kosmicznej. W ten sposób międzynarodowe prawo kosmiczne jest w stanie zarządzać nowo powstającą działalnością w zakresie wydobycia kosmicznego, prywatnym transportem kosmicznym, komercyjnymi portami kosmicznymi i komercyjnymi stacjami/siedliskami/osiedlami kosmicznymi. Górnictwo kosmiczne polegające na wydobywaniu i usuwaniu zasobów naturalnych z ich naturalnych lokalizacji jest dozwolone na mocy Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej. Po usunięciu te zasoby naturalne można ograniczyć do posiadania, sprzedawać, handlować i badać lub wykorzystywać do celów naukowych. Międzynarodowe prawo kosmiczne pozwala na eksploatację kosmosu, w szczególności wydobycie zasobów naturalnych. W organach prawa kosmicznego powszechnie rozumie się, że wydobywanie zasobów kosmicznych jest dozwolone, nawet przez prywatne firmy w celu uzyskania zysku. Jednak międzynarodowe prawo dotyczące przestrzeni kosmicznej zabrania praw własności do terytoriów i gruntów w przestrzeni kosmicznej.

Astrofizycy Carl Sagan i Steven J. Ostro zgłosili obawę, że zmiana trajektorii asteroid w pobliżu Ziemi może stanowić zagrożenie kolizją. Doszli do wniosku, że inżynieria orbitalna niesie ze sobą zarówno szanse, jak i zagrożenia: jeśli kontrole wprowadzone w technologii manipulacji orbitą byłyby zbyt ścisłe, przyszłe podróże kosmiczne mogłyby być utrudnione, ale gdyby były zbyt luźne, cywilizacja ludzka byłaby zagrożona.

Traktat o przestrzeni kosmicznej

Po dziesięciu latach negocjacji między prawie 100 narodami Traktat o Przestrzeni Kosmicznej został otwarty do podpisu 27 stycznia 1966 roku. Wszedł w życie jako konstytucja przestrzeni kosmicznej 10 października 1967 roku. Traktat o Przestrzeni Kosmicznej został dobrze przyjęty; została ratyfikowana przez dziewięćdziesiąt sześć narodów i podpisana przez dodatkowe dwadzieścia siedem stanów. W rezultacie podstawowa podstawa międzynarodowego prawa kosmicznego składa się z pięciu (prawdopodobnie czterech) międzynarodowych traktatów kosmicznych, wraz z różnymi pisemnymi rezolucjami i deklaracjami. Głównym traktatem międzynarodowym jest traktat o przestrzeni kosmicznej z 1967 r.; jest powszechnie postrzegany jako „Konstytucja” przestrzeni kosmicznej. Ratyfikując traktat o przestrzeni kosmicznej z 1967 r., dziewięćdziesiąt osiem narodów zgodziło się, że przestrzeń kosmiczna będzie należała do „prowincji ludzkości”, że wszystkie narody będą miały swobodę „wykorzystywania” i „badania” przestrzeni kosmicznej oraz że oba te postanowienia musi być zrobione w sposób „przynoszący korzyść całej ludzkości”. Zasada prowincji ludzkości i inne kluczowe terminy nie zostały jeszcze szczegółowo zdefiniowane (Jasentuliyana, 1992). Krytycy skarżyli się, że Traktat o Przestrzeni Kosmicznej jest niejasny. Jednak międzynarodowe prawo kosmiczne sprawdziło się i od wielu dziesięcioleci służy komercyjnym przemysłom kosmicznym i interesom. Na przykład zabieranie i wydobywanie skał księżycowych było traktowane jako prawnie dopuszczalne.

Twórcy Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej początkowo skupili się na utrwaleniu ogólnych pojęć, z zamiarem stworzenia później bardziej szczegółowych przepisów prawnych (Griffin, 1981: 733–734). Dlatego też członkowie COPUOS rozszerzyli później normy Układu o Przestrzeni Kosmicznej, formułując bardziej szczegółowe ustalenia, które można znaleźć w „trzech umowach uzupełniających” – Umowie o ratowaniu i powrotach z 1968 r., Konwencji o odpowiedzialności z 1973 r. i Konwencji o rejestracji z 1968 r. 1976 (734).

Hobe (2007) wyjaśnia, że ​​Traktat o Przestrzeni Kosmicznej „wyraźnie i pośrednio zakazuje jedynie nabywania praw własności terytorialnej”, ale wydobywanie zasobów kosmicznych jest dopuszczalne. W organach prawa kosmicznego powszechnie rozumie się, że wydobywanie zasobów kosmicznych jest dozwolone, nawet przez prywatne firmy w celu uzyskania zysku. Jednak międzynarodowe prawo dotyczące przestrzeni kosmicznej zabrania praw własności do terytoriów i gruntów w przestrzeni kosmicznej. Hobe wyjaśnia dalej, że nie ma wzmianki o „kwestii wydobywania zasobów naturalnych, co oznacza, że ​​takie wykorzystanie jest dozwolone na mocy Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej” (2007: 211). Wskazuje również, że nierozstrzygnięta jest kwestia podziału korzyści z zasobów przestrzeni kosmicznej zgodnie z art. ust. 1 traktatu o przestrzeni kosmicznej.

Umowa księżycowa

Umowa Księżycowa została podpisana 18 grudnia 1979 r. jako część Karty Narodów Zjednoczonych i weszła w życie w 1984 r. po przeprowadzeniu procedury konsensusu ratyfikacyjnego w pięciu państwach, uzgodnionej przez członków Komitetu Narodów Zjednoczonych ds. Pokojowego Wykorzystania Przestrzeni Kosmicznej ( COPUOS). Do września 2019 r. traktat podpisało lub ratyfikowało tylko 18 krajów. Pozostałe trzy traktaty dotyczące przestrzeni kosmicznej cechowały się wysokim poziomem współpracy międzynarodowej w zakresie oznakowania i ratyfikacji, ale Traktat Księżycowy posunął się dalej niż te, poprzez bardziej szczegółowe zdefiniowanie koncepcji wspólnego dziedzictwa i nałożenie konkretnych zobowiązań na strony zaangażowane w badania. i/lub eksploatacja przestrzeni kosmicznej. Traktat Księżycowy wyraźnie określa Księżyc i jego zasoby naturalne jako część Wspólnego Dziedzictwa Ludzkości.

Artykuł 11 stanowi, że zasoby księżycowe „nie podlegają krajowemu przywłaszczeniu z racji suwerenności, użytkowania lub okupacji lub w jakikolwiek inny sposób”. Sugeruje się jednak, że eksploatacja zasobów jest dozwolona, ​​jeśli jest „podlegająca reżimowi międzynarodowemu” (art. 11.5), ale zasady takiego reżimu nie zostały jeszcze ustalone. S. Neil Hosenball, główny radca prawny NASA i główny negocjator USA ds. Układu Księżycowego, ostrzegł w 2018 r., że negocjacje zasad międzynarodowego reżimu należy odłożyć do czasu ustalenia możliwości eksploatacji zasobów księżycowych.

Sprzeciw wobec traktatu narodów odbywających podróże kosmiczne jest uważany za wymóg, aby wydobywane zasoby (i technologia wykorzystywana do tego celu) były dzielone z innymi narodami. Uważa się, że podobny system w Konwencji Narodów Zjednoczonych o prawie morza utrudnia rozwój tego rodzaju przemysłu na dnie morskim.

Stany Zjednoczone, Federacja Rosyjska i Chińska Republika Ludowa (ChRL) nie podpisały, nie przystąpiły ani nie ratyfikowały Porozumienia Księżycowego.

Reżimy prawne niektórych krajów

Stany Zjednoczone

Niektóre narody zaczynają promulgować reżimy prawne wydobycia zasobów pozaziemskich. Na przykład amerykańska ustawaSPACE Act of 2015 ” – ułatwiająca prywatny rozwój zasobów kosmicznych zgodnie z międzynarodowymi zobowiązaniami traktatowymi USA – uchwaliła Izbę Reprezentantów USA w lipcu 2015 r. W listopadzie 2015 r. uchwaliła Senat Stanów Zjednoczonych . 25 listopada prezydent USA Barack Obama podpisał ustawę HR2262 – amerykańską ustawę o konkurencyjności komercyjnych lotów kosmicznych . Prawo uznaje prawo obywateli USA do posiadania pozyskanych zasobów kosmicznych i zachęca do komercyjnej eksploracji i wykorzystywania zasobów z asteroid. Zgodnie z artykułem § 51303 ustawy:

Obywatel Stanów Zjednoczonych zaangażowany w komercyjne odzyskiwanie zasobów asteroid lub zasobów kosmicznych na podstawie niniejszego rozdziału jest uprawniony do wszelkich uzyskanych zasobów asteroid lub zasobów kosmicznych, w tym do posiadania, posiadania, transportu, użytkowania i sprzedaży uzyskanych zasobów asteroid lub zasobów kosmicznych zgodnie z obowiązującym prawem, w tym międzynarodowymi zobowiązaniami Stanów Zjednoczonych

6 kwietnia 2020 r. prezydent USA Donald Trump podpisał rozporządzenie wykonawcze w sprawie zachęcania międzynarodowego wsparcia do odzyskiwania i wykorzystywania zasobów kosmicznych. Zgodnie z Zakonem:

  • Amerykanie powinni mieć prawo do angażowania się w komercyjne poszukiwania, odzyskiwanie i wykorzystywanie zasobów w przestrzeni kosmicznej
  • USA nie postrzegają kosmosu jako „globalnego dobra wspólnego”
  • USA sprzeciwiają się porozumieniu księżycowemu

Luksemburg

W lutym 2016 r. rząd Luksemburga ogłosił, że podejmie próbę „szybkiego uruchomienia sektora przemysłowego do wydobywania zasobów asteroid w kosmosie”, między innymi poprzez stworzenie „ram prawnych” i zachęt regulacyjnych dla firm zaangażowanych w tę branżę. Do czerwca 2016 r. ogłosił, że „zainwestuje ponad 200 mln USD w badania, demonstrację technologii i bezpośredni zakup udziałów w firmach przenoszących się do Luksemburga”. W 2017 r. stał się „pierwszym krajem europejskim, który uchwalił prawo przyznające firmom prawo własności do wszelkich zasobów, które wydobywają z kosmosu” i nadal aktywnie wspierał politykę publiczną w zakresie zasobów kosmicznych w 2018 r.

W 2017 r. Japonia , Portugalia i Zjednoczone Emiraty Arabskie zawarły umowy o współpracy z Luksemburgiem dotyczące operacji wydobywczych na ciałach niebieskich.

Wpływ środowiska

Przypuszcza się, że wydobycie asteroid może mieć pozytywny wpływ na przeniesienie działalności przemysłowej w kosmos, takiej jak wytwarzanie energii. Opracowano ilościową analizę potencjalnych korzyści środowiskowych z wydobycia wody i platyny w kosmosie, gdzie potencjalnie duże korzyści mogą się zmaterializować, w zależności od stosunku materiału wydobywanego w kosmosie do masy wystrzeliwanej w kosmos.

Misje badawcze do asteroid i komet

Trwające i planowane

  • Hayabusa2 – trwająca misja zwrotu próbki asteroidy JAXA (przylot do celu w 2018 r., zwrócona próbka w 2020 r.)
  • OSIRIS-REx – trwająca misja zwrotu próbki asteroidy NASA (rozpoczęta we wrześniu 2016)
  • Fobos-Grunt 2 – proponowana misja zwrotu próbki Roskosmosu do Fobosa (uruchomienie w 2024 r.)
  • Łazik VIPER — planowany do poszukiwania zasobów księżycowych w 2022 roku.

Zakończony

Pierwsze udane misje według kraju:

Naród Przelecieć Orbita Lądowanie Przykładowy zwrot
 USA Lód (1985) BLISKO (1997) BLISKO (2001) Gwiezdny pył (2006)
 Japonia Suisej (1986) Hayabusa (2005) Hayabusa (2005) Hajabusa (2010)
 UE Lód (1985) Rozeta (2014) Rozeta (2014)
 związek Radziecki Wega 1 (1986)
 Chiny Chang'e 2 (2012)

W fikcji

Pierwsza wzmianka o wydobyciu asteroid w science fiction najwyraźniej pojawiła się w opowiadaniu Garretta P. Serviss'a Edison's Conquest of Mars , opublikowanym w New York Evening Journal w 1898 roku.

Film Alien z 1979 roku , w reżyserii Ridleya Scotta , przedstawia załogę Nostromo , komercyjnego statku kosmicznego w drodze powrotnej na Ziemię, ciągnąc rafinerię i 20 milionów ton rudy mineralnej wydobytej z asteroidy.

Powieść CJ Cherryha z 1991 roku, Heavy Time , koncentruje się na trudnej sytuacji górników z planetoid we wszechświecie Alliance-Union , podczas gdy Moon to brytyjski dramat science fiction z 2009 roku przedstawiający obiekt na Księżycu, który wydobywa alternatywne paliwo hel-3 potrzebne do zapewnienia energii na ziemi. Wyróżniał się realizmem i dramaturgią, zdobywając kilka międzynarodowych nagród.

Kilka gier science-fiction obejmuje wydobywanie asteroid. Na przykład w kosmosie – MMO , EVE Online , kopanie asteroid jest bardzo popularną karierą ze względu na swoją prostotę.

W grze komputerowej Star Citizen zawód górniczy wspiera wielu oddanych specjalistów, z których każdy ma do odegrania kluczową rolę w wysiłkach.

W serii powieści The Expanse wydobycie asteroid jest siłą ekonomiczną kolonizacji Układu Słonecznego. Ponieważ do ucieczki przed grawitacją planet potrzebny jest ogromny nakład energii, powieści sugerują, że po ustanowieniu kosmicznych platform wydobywczych, bardziej efektywne będzie pozyskiwanie zasobów naturalnych (woda, tlen, materiały budowlane itp.) z asteroidów niż ich podnoszenie. je z ziemskiej studni grawitacyjnej.

Powieść Daniela Suareza z 2019 r. Delta-v opisuje, w jaki sposób można osiągnąć wydobycie asteroid przy użyciu dzisiejszej technologii, biorąc pod uwagę śmiałą inwestycję ogromnej ilości kapitału w budowę wystarczająco dużego statku kosmicznego z dzisiejszą technologią. Suarez dostarcza również materiały pomocnicze ilustrujące proponowany projekt jego koncepcji statku kosmicznego, na stronie http://daniel-suarez.com/deltav_design.html

Galeria

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Publikacje

Zewnętrzne linki

Tekst

Wideo