Хората имат големи планове за копаене в космоса – но има много неща, които ни спъват


Подобно на Земята, планетарни тела като Луната, Марс, астероиди и комети съдържат значителни находища на ценни ресурси. Това привлече вниманието както на изследователите, така и на индустрията, с надеждите един ден да ги добиват, за да подкрепят космическата икономика.

Но създаването на каквато и да е минна индустрия извън Земята няма да бъде малък подвиг. Нека да видим срещу какво се изправяме.

Използване на ресурси на място

Когато мислите за добив извън Земята, може да си представите извличане на материали от различни тела в космоса и връщането им обратно на Земята. Но това едва ли ще е първият търговски жизнеспособен пример.

Ако искахме да установим постоянно човешко присъствие на Луната, т.к НАСА предложи, ще трябва да снабдим астронавтите, живеещи там. Ресурси като водата могат да бъдат рециклирани само до известна степен.

В същото време ресурсите са изключително скъпи за изстрелване от Земята. Към 2018 г. то струва около 3645 австралийски долара да изстреля един килограм материал в ниска околоземна орбита и повече, за да го изстреля по-високо или на Луната. Вероятно материалите, добивани в космоса, ще бъдат използвани в космоса, за да се спестят тези разходи.

Материалите за прибиране на реколтата, необходими на място, се наричат ​​„използване на ресурси на място“. Може да включва всичко – от добив на лед до събиране на почва за изграждане на структури. В момента НАСА проучва възможността за изграждане на сгради на Луната с 3D печат.

Добивът в космоса също може да промени управлението на сателитите. Съвременната практика е спътниците да се свалят от орбита след 10-20 години, когато горивото им свърши. Една възвишена цел на космически компании като Orbit Fab е да проектират тип сателит, който може да бъде зареден с гориво използвайки гориво, събрано в космоса.

Сателит в космоса обикаля около Земята (вижда се на заден план)

Би било трудно да се постигне цялостна промяна на начина, по който са проектирани сателитите. Но в дългосрочен план това може да революционизира индустрията. Снимка: Shutterstock

Дори за спътниците в ниска околоземна орбита енергията, необходима за достигането им от Луната, е по-малка от тази, необходима за достигането им от Земята.

Какви ресурси има там?

Когато става въпрос за възможности за копаене извън Земята, има няколко ресурса, които са едновременно изобилни и ценни. Някои астероиди съдържат огромни количества желязо, никел, злато и метали от платиновата група, които могат да се използват за строителството и електрониката.

Лунен реголит (скали и почва) съдържа хелий-3, което може да се превърне в ценен ресурс в бъдеще, ако ядреният синтез стане жизнеспособен и широко разпространен. Британската компания Metalysis разработи процес, който може извличане на кислород от лунния реголит.

Ледът е се очаква да съществува на повърхността на Луната, в постоянно засенчени кратери близо до нейните полюси. Също така смятаме, че има лед под повърхността на Марс, астероиди и комети. Това може да се използва за поддържане на живот или да се разгради на кислород и водород и да се използва като гориво.

Как бихме копаели в космоса?

Моята докторска дисертация (на Майкъл) включваше тестване на начина, по който ще работят изследователските техники Луната и Марс. Другата ни работа включва икономическо моделиране за добив на лед на Марси компютърно моделиране на стабилност на тунелите на Луната.

Някои предложения за добив извън Земята са подобни на добива на Земята. Например, можем да копаем лунен реголит с a багер с кофаили копайте астероид с помощта на a машина за пробиване на тунели.

Голям багер с кофа, който се използва във въглищна мина.

Кофовите багери са големи машини, използвани в повърхностния добив, включително добива на въглища, които позволяват непрекъснато копаене. Снимка: Shutterstock

Други предложения са по-непознати – като например използването на a машина, подобна на вакуум за изтегляне на реголит нагоре по тръба (която е използвана ограничено при разкопки на Земята).

Изследователи от Университета на Нов Южен Уелс в Сидни и Австралийския национален университет предлагат да се използва биодобив. При това бактериите, въведени в астероид, ще консумират определени минерали и ще произвеждат газ, който след това може да бъде събран и събран от сонда.

Огромни предизвикателства продължават

Нашата работа в UNSW Австралийски център за изследване на космическото инженерство включва намиране на начини за намаляване на рисковете в индустрията за космически ресурси. Излишно е да казвам, че има много технически и икономически предизвикателства.

Същите разходи за изстрелване, които имат толкова много нетърпеливи да започнат добив извън Земята, също означават, че доставянето на оборудване за добив в космоса е скъпо. Минните операции ще трябва да бъдат възможно най-леки, за да бъдат рентабилни (или дори осъществими).

Освен това, колкото по-далече е нещо от Земята, толкова повече време отнема да достигне. Има забавяне до 40 минути при изпращане на команда към марсоход и установяване дали е била успешна.

Луната има само 2,7 секунди закъснение за комуникация и може да бъде по-лесно да се копае дистанционно. Близките до Земята обекти също имат орбити, подобни на Земята, и то понякога минават покрай Земята на разстояния, сравними с Луната. Те са идеален кандидат за копаене, тъй като изискват малко енергия за достигане и връщане.

Добивът извън Земята ще трябва да бъде предимно автоматизиран или дистанционно контролиран, като се имат предвид допълнителните предизвикателства на изпращането на хора в космоса – като необходимост от поддържане на живота, избягване на радиация и допълнителни разходи за изстрелване.

Въпреки това дори системите за копаене на Земята все още не са напълно автоматизирани. Роботиката ще трябва да се подобри, преди да могат да се добиват астероиди.

Докато космически кораби са кацали на астероиди няколко пъти и дори са извличали проби – които са били върнати в Уумера в Южна Австралия, по време на Hayabusa 1 и 2 мисии – общият ни процент на успех за кацане на астероиди и комети е нисък.

През 2014 г. спускаемият модул Philae, изпратен до кометата 67P/Чурюмов/Герасименко, се срина в канавка по време на неуспешен опит за кацане.

Спускаем апарат Philae на повърхността на кометата

Спускаемият модул Philae на Европейската космическа агенция, който придружаваше космическия кораб Rosetta, отскочи два пъти, преди да се установи в неудобно положение в канавка. Снимка: Wiki Commons, CC BY

Има и екологични съображения. Добивът в космоса може да помогне за намаляване на количество копаене необходими на Земята. Но това е, ако добивът извън Земята води до по-малко, а не повече изстрелвания на ракети, или ако ресурсите се върнат и използват на Земята.

Въпреки че събирането на ресурси в космоса може да означава, че не се налага да ги изстрелвате от Земята, неизбежно може да има повече изстрелвания с нарастването на космическата икономика.

След това възниква въпросът дали предложените техники за копаене изобщо ще работят космически среди. Различните планетарни тела имат различна атмосфера (или никаква), гравитация, геология и електростатична среда (например може да имат електрически заредена почва поради частици от Слънцето).

Как тези условия ще повлияят на операциите извън Земята все още е до голяма степен неизвестно.

Но работата е в ход

Въпреки че все още е рано, редица компании в момента разработват технологии за добив извън Земята, изследване на космически ресурси и за други приложения в космоса.

Канадецът Space Mining Corporation разработва инфраструктура, необходима за поддържане на живота в космоса, включително генератори на кислород и други машини.

Базирана в САЩ компания OffWorld разработва индустриални роботи за операции на Земята, Луната, астероидите и Марс. И на Asteroid Mining Corporation също работи за създаване на пазар за космически ресурси.

Разговорът

Майкъл Дело-ЯковоНебрежен академичен, UNSW Сидни и Серкан СайдамИзвънземно копаене, Бъдещо копаене, Системи за копаене, UNSW Сидни

Тази статия е препубликувана от Разговорът под лиценз Creative Commons. Прочетете оригинална статия.