Перспективи видобутку ресурсів на астероїдах

 https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2018/10/zaglushka-e1538748301621.png
Володимир Манько

Уже в середині XIX століття фахівці почали розуміти, що кількість корисних копалин на Землі обмежена. Тоді багато вчених передбачало вичерпання наявних родовищ до кінця тисячоліття та наступну «глобальну ресурсну кризу». Вони не врахували технологічного прогресу, завдяки якому ми зараз можемо використовувати родовища, які раніше вважалися занадто бідними (чи взагалі не розглядалися як джерело ресурсів — на кшталт сланцевих покладів нафти та газу). Але й вони за сучасних темпів розвитку будуть вичерпані максимум за сотню років. І тоді людство змушене буде звести свій погляд на небо.

Ідею добувати «небесні корисні копалини» озвучив іще відомий французький письменник-фантаст Жуль Верн. У своїй повісті «В гонитві за метеором» він описав відкриття поблизу Землі невеликого космічного тіла, що складалося з майже чистого золота. Письменник зумів передбачити навіть окремі пункти ще не сформульованої Теорії відносності. Геніальний вчений Зефірен Ксірдаль за допомогою генератора гравітаційних хвиль змінює орбіту астероїда, який урешті падає у безлюдному куточку Гренландії…

Сьогодні багато вигадок Жуля Верна поступово втілюється в життя. Щоправда, керувати гравітацією люди ще не вміють, але методи зміни орбіти небесних тіл унаслідок освітлення їх потужним лазером уже розробляються. Звичайно, не задля того, щоб якесь із цих тіл упало на Землю, а якраз навпаки — щоб уникнути небезпечного зіткнення. Але у віддаленому майбутньому, коли людство навчиться точно розраховувати рух об’єктів у космічному просторі та впливати на нього, якийсь із цих методів можна буде застосувати , щоб «скинути» особливо цінний астероїд на незаселені райони однієї з земних пустель.

Що ми шукаємо на астероїдах

У далекому минулому планети земної групи пройшли так звану гравітаційну диференціацію — важкі хімічні елементи, що входили до їхнього первісного складу, поступово опустились у напрямку планетного ядра, а легші  сконцентрувались у корі. Тому, наприклад, золото й метали платинової групи зустрічаються на земній поверхні досить рідко й через це мають велику вартість. У ядрі їхня концентрація значно більша, але як їх добути з глибини тисяч кілометрів?

Один із варіантів місії ARM, що розроблялася NASA, передбачав відправку до «спійманого» астероїда пілотованого корабля Orion. Астронавти мали висадитися на поверхню малого тіла та вивчати його впродовж кількох днів. Джерело: NASA

На ранніх стадіях еволюції Сонячної системи подібну диференціацію пережили менші планетоподібні об’єкти, що рухалися за межами орбіти Марсу. Подальші міграції планет-гігантів змусили ці об’єкти хаотично змінювати свої траєкторії й зіштовхуватися між собою. Внаслідок цих процесів утворився Головний пояс астероїдів, частина яких являє собою уламки майже сформованих протопланет, що вже мали легку алюмосилікатну кору та металеве ядро. І зараз деякі з цих ядер рухаються навколо Сонця у майже «оголеному» вигляді, надаючи доступ до цінних хімічних елементів, які на Землі залягають глибоко в надрах.

Ще одна важлива властивість «космічних ресурсів» полягає в тому, що співвідношення ізотопів — атомів одного й того ж хімічного елемента з різною кількістю нейтронів і, відповідно, різною атомною масою — на малих тілах Сонячної системи суттєво відрізняється від земних показників. Здебільшого у космосі присутні легкі ізотопи. З урахуванням прогресу в ядерній фізиці цей фактор теж може стати важливою причиною для початку видобутку позаземних ресурсів.

Наземні випробування механізму захоплення невеликого астероїда, який планували встановити на космічному апараті ARM, проходили у Центрі космічних польотів ім. Ґоддарда (Ґрінбелт, штат Меріленд). Джерело: NASA

Практично всі проєкти видобутку корисних копалин на астероїдах передбачають відряджання до них спеціалізованого космічного апарата, який, використовуючи сонячну енергію та бурові пристрої, «вилучить» потрібні мінерали й доправить їх на Землю — самостійно або завантаживши в окремий пристрій із власною системою керування, призначений для входу в земну атмосферу та м’якої посадки. Трохи інша стратегія передбачалась у започаткованій з ініціативи президента США Барака Обами місії ARM (Asteroid Redirect Mission): необхідно було знайти порівняно невеликий «небесний камінь», що рухається по орбіті поблизу земної, «приєднати» до нього електрореактивний двигун і відтранспортувати в околиці нашої планети. Але ця місія мала радше дослідницький характер, і 2017 року за рішенням адміністрації президента Дональда Трампа NASA від неї відмовилася.

Хто полетить за «небесним камінням»

З розробкою позаземних ресурсів склалася цікава ситуація. Жодна з великих державних космічних агенцій не оголошувала про наміри нею займатися, але це вже зробили з десяток приватних компаній (переважно американських). Це, між іншим, Asteroid Mining Corporation Ltd., Planetoid Mines Company, NEO Resource Atlas (NEORA), Moon Express, Kleos Space, TransAstra, OffWorld, Aten Engineering, Air Space and Beyond (ASB), а також Planetary Resources і Deep Space Industries. Про дві останні варто розповісти докладніше.

Planetary Resources була заснована 2009 року під назвою Arkyd Astronautics американськими інженерами та підприємцями Еріком Андерсоном і Пітером Діамандісом (Eric Anderson, Peter Diamandis). За їхнім задумом, пошук корисних копалин на астероїдах має початися з проведення дистанційного огляду потенційно досяжних об’єктів за допомогою малих телескопів, розміщених на навколоземних орбітах. Розгортання «сузір’я» таких телескопів уже почалося. Щоправда, запуск першого їх прототипу Arkyd-100, здійснений у жовтні 2014 року, завершився аварією. Другий космічний апарат цієї серії у квітні 2015-го був доправлений на Міжнародну космічну станцію вантажним кораблем Dragon компанії SpaceX і пізніше виведений на самостійну орбіту. На початку 2018 року запустили ще один сателіт, який отримав номер Arkyd 6. Збір коштів на будівництво телескопів здійснювався, між іншим, на сайті для пожертв Kickstarter. Того ж року Planetary Resources перейшла у власність компанії ConsenSys.

Проєкт космічного апарата для видобутку корисних копалин на астероїдах. Джерело: Deep Space Industries

Значно більшою активністю, але меншим переліком досягнень, може похвалитися Deep Space Industries, заснована 2013 року. Серед її очільників є й відомий американський бізнесмен, ентузіаст «нового космосу» Рік Тамлінсон (Rick Tumlinson). Він уже неодноразово приїздив в Україну, вивчаючи можливість використання українського досвіду в ракетобудуванні для пошуків і видобутку космічних ресурсів. На сьогодні компанія ще не здійснила жодного запуску, але активно займається розробкою високоефективних ракетних двигунів і систем керування для автоматичних «астероїдокопачів». Один із цих двигунів зможе використовувати воду як робоче тіло без її попереднього розкладу на кисень і водень (та, відповідно, без важких кріогенних паливних баків).

Стратегія компанії передбачає переважне використання добутих ресурсів «на місці», тобто як палива для ракетних двигунів і для життєзабезпечення екіпажів міжпланетних кораблів або мешканців позаземних поселень (щоб уникнути складного та енергетично витратного «підйому» необхідних матеріалів із Землі). Найважливішою речовиною в космосі з цієї точки зору є вода. Але поступово, в міру збільшення кількості таких поселень і розбудови «міжпланетного флоту», з’явиться можливість займатись і пошуками інших «космічних цінностей».

Таким в уяві художника є будівництво космічної станції для видобутку астероїдних ресурсів, що розробляється компанією Deep Space Industries. Джерело: Deep Space Industries

1 січня 2019 року була підписана угода продажу Deep Space Industries європейській компанії Bradford Space. Відтоді інформації про її активність у відкритих джерелах суттєво поменшало. В усякому разі, про дату запуску компанією хоча б експериментального космічного апарата досі не повідомлялося.

Перспективні цілі

Якщо приватні компанії ще тільки «прицілюються» до потенційних джерел позаземних ресурсів, астрономи шукають їх уже давно — насамперед як цілі дослідницьких місій, фінансованих державними космічними агенціями. Одним із головних критеріїв при цьому є близькість орбіти астероїда до земної, що дозволяє відправити до нього автоматичний апарат із мінімально можливими витратами палива. Але не менш важливими вважаються й фізичні характеристики об’єкта, щоі можуть свідчити про його склад.

Так художник NASA зобразив наближення космічного апарата NEAR до астероїда Ерос. Джерело: NASA

Коли в 90-ті роки NASA планувала місію NEAR (Near-Earth Asteroid Rendezvous) до якогось із астероїдів, здатних досить близько підлітати до Землі, однією з цілей був обраний півкілометровий Нерей (4660 Nereus). Його перигелій лежить трохи всередині земної орбіти, а в афелії він «залітає» до Головного астероїдного пояса, віддаляючись від Сонця більш ніж на 300 млн км. В лютому 2060 року він підійде до нас на відстань 1,2 млн км (під час зближення у грудні 2021-го мінімальна відстань до нього була приблизно втричі більшою). Спектральні властивості Нерея вказують на те, що у його складі є значна кількість металів — переважно заліза та нікелю. Зазвичай подібні тіла містять ще й такий цінний хімічний елемент, як іридій, що належить до групи платинових металів. Зрештою метою місії обрали 30-кілометровий Ерос (433 Eros), що має «зручнішу» орбіту, але не такий цікавий склад.

25 жовтня 2011 року під час огляду неба автоматизованою системою PanSTARRS астрономи виявили слабкий астероїд, що отримав попередній індекс 2011 UW158 (після уточнення орбіти йому дали постійний номер 436724). Він може наближатися до Землі на відстань менше середнього радіуса місячної орбіти. Під час прольоту 19 липня 2015 року, коли цей об’єкт наблизився до нас на 2,4 млн км, була проведена його радіолокація. Вчених зацікавив той факт, що за розмірів приблизно 300 м і досить видовженої форми астероїд робить один оберт навколо осі лише за 37 хвилин. Отже, він має бути цілісним шматком металу — за іншого складу його вже давно розірвало би відцентровими силами. Водночас характеристики відбитого радіопроменя свідчили про те, що це тіло містить значну кількість платини. Її загальна вартість може сягати кількох трильйонів доларів. Компанія Planetary Resources відразу включила астероїд у перелік першочергових цілей своїх місій.

Радарне зображення астероїда 2011 UW158. Джерело: NASA

Розвиток космічної техніки дозволить здійснювати подорожі не лише до близьких астероїдів, але й до «мешканців» Головного поясу, яких дістатися значно важче. NASA вже працює над організацією місії до «залізного астероїда» Психеї (16 Psyche) — швидше за все, цей 200-кілометровий об’єкт масою майже 24 квадрильйони тонн являє собою уламок металічного ядра невеликої протопланети. У майбутньому він може стати вагомим джерелом металів для підкорювачів космосу, а цінні елементи, що містяться в ньому, можна буде виокремлювати й відправляти на Землю.

Звичайно, для видобутку сировини на металічних астероїдах доведеться розробити досконаліші інструменти, здатні ефективно та з мінімальними втратами відділяти фрагменти «небесного каменя» чи відразу переробляти їх до стану, зручного для транспортування до місця призначення (на Землю чи в колонію на якомусь небесному тілі). Найдоступнішим джерелом енергії для всіх цих маніпуляцій ще довго лишатиметься Сонце: радіоізотопні термоелектрогенератори занадто коштовні та викликають ризик радіоактивного забруднення, а компактні установки для термоядерного синтезу наразі існують лише на сторінках фантастичних оповідань. Варто також зауважити, що створення більшої частини описаної техніки перебуває ще на стадії ескізних проєктів. Але робота в цьому напрямку триває, причому, як зазначалося вище, в основному нею зайняті недержавні компанії.

«Приватизація» астероїдів

Законодавчою базою для здійснення діяльності за межами земної атмосфери зараз є «Договір про космос» (Outer Space Treaty), підписаний США, СРСР і Великобританією в 1967 році. Станом на середину 2019-го до нього офіційно приєдналися 109 країн. Цей договір, зокрема, забороняє державам-учасницям розміщувати ядерну або іншу зброю масового знищення на навколоземній орбіті, Місяці, будь-якому небесному тілі чи на станції у космічному просторі. Він також обмежує використання Місяця та інших небесних тіл винятково мирними цілями, прямо забороняючи проводити там випробування будь-яких видів зброї. У договорі вказано, що жодна країна не може пред’являти претензії на володіння космічним тілом натурального походження чи його частиною, а суверенітет держав розповсюджується лише на безпосередньо запущені ними космічні об’єкти.

Підписання «Договору про принципи, що регулюють діяльність держав у галузі розвідки та використання космічного простору, включно з Місяцем й іншими небесними тілами» (більш відомого як «Договір про космос»). Джерело: thespacereview.com

Ситуація змінюється, якщо хоч крихта небесного тіла потрапляє до космічного апарата. Тоді вона вже фактично стає його частиною, й на неї можна розповсюдити принципи захисту права власності. Такими міркуваннями керувалися законодавці, розробляючи закон, що дозволяє американським компаніям займатися видобутком сировини у космічному просторі. Відповідно до нього, уряд США не має права конфісковувати добуту будь-ким позаземну речовину. Додатково підприємців, які працюють у цій галузі, до 2023 року звільнили від деяких податків і перевірок, що має стимулювати інвестиційну активність у цьому напрямі. Новий закон Барак Обама підписав 26 листопада 2015 року.

Приклад Сполучених Штатів наслідували не так уже й багато країн. Серед тих, які це вже зробили, варто згадати Велике Герцогство Люксембург — у лютому 2016 року його уряд оголосив, що докладе максимум зусиль, щоб «запустити промисловий сектор для видобутку… ресурсів у космосі» (в тому числі шляхом створення «правової бази» та нормативних стимулів для профільних компаній). У червні 2016 року держава оголосила про наміри  «інвестувати понад 200 млн доларів США у дослідження, демонстрацію технологій і пряму купівлю акцій [приватних космічних] компаній, що переїздять до Люксембурга». На підтвердження цих намірів 3 листопада 2016 року люксембурзький віцепрем’єр Етьєн Шнайдер (Etienne Schneider) підписав інвестиційну угоду на суму 25 млн євро з президентом компанії Planetary Resources Крісом Левіцки (Chris Lewicki). Гроші будуть витрачені на створення та запуск космічного телескопа для фотозйомки астероїдів у інфрачервоному діапазоні з метою пошуків на них водяного льоду та водовмісних мінералів.

У 2017 році Люксембург, за повідомленням урядової пресслужби, став «першою європейською країною, що впровадила закон, який дає компаніям право власності на довільні ресурси, добуті в космосі», та надалі  продовжив активно просувати державну політику в галузі космічних ресурсів. Сподіваємося, що його приклад надихне інші держави планети — насамперед ті, які володіють ракетно-космічними технологіями.

Важко сказати, коли мешканці нашої планети зможуть торкнутися перших «небесних мінералів», видобутих на астероїдах. Можливо, це станеться вже у найближчому десятилітті. Якщо ж говорити про масштабний промисловий видобуток з метою постачання земних підприємств — це, безумовно, справа значно віддаленішого майбутнього. Але перші кроки до нього зроблені вже сьогодні, й той факт, що астероїдними ресурсами збираються займатися приватні компанії, переконливо свідчить на користь перспективності цього напряму космонавтики.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!

Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine