Industriell utveckling av asteroider

Den industriella utvecklingen av asteroider innebär utvinning av råmaterial från asteroider och rymdkroppar i asteroidbältet, och särskilt i rymden nära jorden.

Asteroidresurser

Olika mineraler och flyktiga element som finns i stenarna i en asteroid eller komet kan fungera som en källa till järn, nickel och titan . Dessutom antas det att vissa asteroider innehåller vattenhaltiga mineraler i sin sammansättning, från vilka du kan få vatten och syre , nödvändigt för att upprätthålla liv, samt väte  , en av huvudtyperna av raketbränsle . I processen för ytterligare rymdutforskning kommer användningen av rymdresurser helt enkelt att vara nödvändig.

Metaller

Med en tillräcklig utvecklingsnivå av teknik kan utvinningen av element som platina , kobolt och andra sällsynta mineraler på en asteroid med deras efterföljande leverans till jorden ge mycket stora vinster. I 1997 års priser innehöll en relativt liten metallisk asteroid med en diameter på 1,5 km olika metaller, inklusive ädelmetaller, värda 20 biljoner US-dollar . [1] Faktum är att allt guld , kobolt , järn , mangan , molybden , nickel , osmium , palladium , platina , rhenium , rodium och rutenium som för närvarande utvinns från de övre lagren av jorden är resterna av asteroider som föll till Jorden under ett tidigt meteorbombardement , när efter avkylning av jordskorpan en enorm mängd asteroidalt material föll på planeten [2] [3] . På grund av den stora massan, för mer än 4 miljarder år sedan, började differentiering av tarmarna ske på jorden, vilket resulterade i att de flesta av de tunga elementen, under påverkan av gravitationen, gick ner till planetens kärna, så skorpan visade sig vara utarmad i tunga element. Och på de flesta asteroider, på grund av deras obetydliga massa, inträffade aldrig differentiering av tarmarna och alla kemiska element är fördelade i dem mer jämnt.

År 2004 översteg världsproduktionen av järnmalm 1 miljard ton. [4] Som jämförelse kan en liten asteroid av klass M med en diameter på 1 km innehålla upp till 2 miljarder ton järn-nickelmalm [5] , vilket är 2-3 gånger 2004 års malmproduktion. Den största kända metalliska asteroiden (16) Psyche innehåller 1,7⋅10 19 kg järn-nickelmalm (vilket är 100 tusen gånger större än reserverna av denna malm i jordskorpan ). Detta belopp skulle räcka för att möta behoven hos världens befolkning under flera miljoner år, även med en ytterligare ökad efterfrågan. En liten del av det extraherade materialet kan också innehålla ädelmetaller. NASA planerar att börja studera dessa resurser med rymdfarkosten Psyche , som är planerad att lanseras 2023-2024 med ett inträde i Psyches omloppsbana 2029-2030.

Vatten och dess derivat

2006 meddelade Keck Observatory att den binära trojanska asteroiden (617) Patroclus [6] , såväl som många av Jupiters andra trojanska asteroider , består av is och är möjligen degenererade kometkärnor . Andra kometer och vissa jordnära asteroider kan också ha stora vattenreserver. Användningen av lokala resurser för att skapa och upprätthålla basens livskraft kommer att bidra till att avsevärt minska kostnaderna för att utvinna råvaror.

Asteroidval

En av de viktigaste återbetalningsfaktorerna för gruvbasen är valet av rätt bana och flygtid, samt en asteroid med ett acceptabelt värde på den första kosmiska hastigheten ( ). En betydande del av de utvunna resurserna kan användas upp i processen för leverans till jorden, och speciellt när man startar från en asteroid och accelererar.

Den andra faktorn är valet av mål. För närvarande är kvaliteten på malmen och, som ett resultat, kostnaden och massan av den utrustning som krävs för att utvinna den, okänd. Ändå är det ganska realistiskt att identifiera potentiella marknader för resurser utvunna på asteroider, med efterföljande vinst. Att till exempel spara flera ton vatten till låg omloppsbana om jorden (LEO) genom att utvinna det från en asteroid kan leda till betydande vinster inom rymdturismen [7] .

Jordnära asteroider är främsta mål för industriell utveckling. Det låga värdet gör dem lämpliga för utvinning av byggmaterial för rymdobjekt nära jorden, vilket avsevärt minskar de ekonomiska kostnaderna för att transportera last till jordens omloppsbana.

Ett exempel på en asteroid som är mest lovande för utforskning är asteroiden (4660) Nereus . Denna asteroid har en mycket låg , även jämfört med månen, vilket gör det lätt att plocka upp minerat material från dess yta. Men för att leverera dem till jorden kommer det att vara nödvändigt att accelerera skeppet till en mycket högre hastighet.

Enligt Asterank-databasen kan utvinningen av resurser från följande asteroider vara den mest lönsamma ur ekonomisk synvinkel [8] :

Plundra

Det finns tre möjliga alternativ för utvinning av råvaror:

  1. utvinning av malm och dess leverans till platsen för efterföljande bearbetning,
  2. Bearbetning av bruten malm direkt på utvinningsplatsen, med efterföljande leverans av det resulterande materialet,
  3. Flytta en asteroid till en säker bana mellan månen och jorden. Detta skulle teoretiskt kunna rädda material utvunnet på asteroiden.

Högkvalitativ bearbetning av råmaterial direkt på gruvplatsen kommer avsevärt att minska kostnaderna för att transportera det utvunna materialet, även om detta kommer att kräva leverans av ytterligare utrustning till asteroiden.

Utvinning och bearbetning av mineraler på en asteroid kräver specialiserad utrustning som kan arbeta i öppna utrymmen. På grund av den låga tyngdkraften kan även ett relativt litet momentum räcka för att bryta av utrustningen från asteroidens yta och flyga ut i rymden, så all utrustning måste vara ordentligt fastsatt. Dockning med en asteroid kan göras med hjälp av en harpun : en speciell projektil skjuts in i asteroidens yta och fördjupas in i den, och fungerar därigenom som ett ankare, varefter själva fartyget eller utrustningen attraheras till ytan med hjälp av en vinsch och en kabel fäst vid harpunen. I det här fallet är det nödvändigt att asteroidens yta är tillräckligt hård för att harpunen ska vara säkert fixerad i den.

Det finns flera möjliga sätt att bryta malm:

  1. Malmer kan brytas med en metod liknande den som för närvarande används i stenbrott. Eftersom många asteroider är täckta med stenfragment som bildades som ett resultat av många meteoritfall [9] är denna metod ganska användbar.
  2. På metallasteroider kan ytan vara täckt med metallkorn, som skulle kunna samlas upp med en magnet [10] .
  3. På kärnorna hos degenererade kometer kan man med hjälp av termisk verkan utvinna vatten och olika flyktiga föreningar av gaser, såsom väte, och använda som bränsle [11] .
  4. Om dagbrottsbrytning inte är möjlig och gruvor krävs, kommer det att bli nödvändigt att bygga transportsystem för att föra malmen från gruvorna till ytan och till bearbetningscentret.
  5. För att säkerställa utvecklingen av produktionen och eliminera behovet av mänskligt ingripande i olika nödsituationer är det möjligt att skapa självreproducerande maskiner på asteroiden. Föreställ dig till exempel en maskin som kan sätta ihop sin exakta kopia från materialet som extraherats från ytan på en asteroid på en månad (Mantrid's Paws). Sedan, en månad efter ankomsten, kommer inte en utan två maskiner att fungera på asteroiden. Efter tio månader kommer det att finnas upp till 1024, efter tjugo mer än en miljon, efter 30 mer än en miljard, och efter 40 mer än en biljon, och så vidare exponentiellt. Om 5 år kommer sådana enheter således att kunna bearbeta mer än hälften av den totala massan av asteroiden (16) Psyche , den mest massiva av metallasteroiderna i M -klassen och en av de tio största asteroiderna i Main Belt . Sådana maskiner kan använda kisel och utvunna metaller för konstruktion och drivas av solpaneler.

På grund av det stora avståndet mellan jorden och asteroiden, på grund av ändligheten i signalöverföringshastigheten, kommer det att finnas en ganska stor signalfördröjning på flera tiotals minuter eller till och med mer, beroende på asteroidens avstånd från jorden. Således, för driften av någon gruvutrustning, är antingen en mycket hög grad av automatisering eller närvaron av en person direkt på asteroiden nödvändig. Det kommer också att behövas folk för att felsöka och hålla utrustningen igång. Å andra sidan stör en kommunikationsfördröjning på flera minuter inte automatiska fordon, till exempel i utforskningen av Mars, dessutom kommer användningen av automatiserade system att bli billigare [12] .

Under nästa årtusende kommer det att vara möjligt att flytta en asteroid till en säker bana mellan månen och jorden genom att landa en byggrobot (eller flera sammankopplade robotar) på asteroiden, utvinna en liten mängd resurser och 3D-utskrift på önskad plats för motorasteroid. Därefter startar motorn på asteroiden och flyttar den till önskad omloppsbana. Och byggroboten , efter att ha avslutat sitt arbete, går till nästa asteroid och upprepar sina handlingar. För att påskynda gruvprocessen är det också möjligt för roboten att skriva ut sin kopia innan den lämnar asteroiden.

Framtida planerade asteroidutforskningsprojekt

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Lewis, John S. Mining the Sky: Untold Riches from the Asteroids, Comets and  Planets . - Perseus, 1997. - ISBN 0-201-32819-4 .
  2. ↑ University of Toronto (2009, 19 oktober). Geologer pekar på yttre rymden som källa till jordens mineralrikedom Arkiverad 21 april 2012 vid Wayback Machine . ScienceDaily
  3. ↑ James M. Brenan och William F. McDonough, " Kärnbildning och metall-silikatfraktionering av osmium och iridium från guld Arkiverad 6 juli 2011 på Wayback Machine ", Nature Geoscience (18 oktober 2009)
  4. ↑ " Världen producerar 1,05 miljarder ton stål 2004 Arkiverad 31 mars 2006 på Wayback Machine ", International Iron and Steel Institute, 2005
  5. ↑ Lewis, 1993
  6. ↑ F. Marchis et al. , " En låg densitet på 0,8 g/cm 3 för den trojanska binära asteroiden 617 Patroclus Arkiverad 17 oktober 2012 på Wayback Machine ", Nature, 439, s. 565-567, 2 februari 2006.
  7. ↑ Sonter, Mark Mining Economics and Risk-Control in the Development of Near-Earth-Asteroid Resources (länk ej tillgänglig) . rymdframtiden. Hämtad 8 juni 2006. Arkiverad från originalet 20 juni 2012. 
  8. ↑ Asteroiddatabas och gruvrankningar - Asterrank . www.asterank.com. Hämtad 2 mars 2016. Arkiverad från originalet 14 december 2019.
  9. ↑ L. Wilson, K. Keil, S. J. Love.  Asteroidernas inre strukturer och tätheter  // Meteoritics & Planetary Science : journal. - 1999. - Vol. 34 , nr. 3 . - s. 479-483 . - doi : 10.1111/j.1945-5100.1999.tb01355.x .
  10. ↑ William K. Hartmann. The Shape of Kleopatra  (engelska)  // Vetenskap. - 2000. - Vol. 288 , nr. 5467 . - s. 820-821 . - doi : 10.1126/science.288.5467.820 .
  11. ↑ David L. Kuck, "Exploitation of Space Oases", Proceedings of the Twelfth SSI-Princeton Conference, 1995.
  12. ↑ Crandall WBC, et al. Why Space, Recommendations the Review of United States Human Space Flight Plans Committee  //  NASA Document Server: journal. — 2009.

Litteratur

Länkar

 Rymdkolonisering
Kolonisering
av solsystemet		 Rymdkolonisering
Terraformning
Kolonisering utanför
solsystemet
Rymdbosättningar
Resurser och energi