Недра Вселенной: какие космические тела пригодны для добычи ископаемых и почему ученые сегодня против этого
За последние 100 лет численность населения возросла с 1,5 млрд до более чем 7 млрд человек — это обострило борьбу за и без того ограниченные ресурсы Земли. Технологические компании предлагают выход из этой ситуации — добывать полезные ископаемые в космосе. Однако ученые считают, что ископаемых в Солнечной системе может хватить максимум на 500 лет — затем они истощатся и получать новые ресурсы будет попросту неоткуда: расстояние до ближайшей к системе звезды составляет 4,2 световых года. «Хайтек» рассказывает, почему ученые предлагают решить проблему радикально — превратить 85% Солнечной системы в заповедник, реально ли добыть полезные ископаемые и доставить их на Землю.
По данным Геологической службы США (USGS), темпы использования железа в промышленности удваиваются каждые 20 лет. Если в 1800 году промышленности по всему миру требовалось 450 тыс. т этого металла, то в 1994 году — уже 900 млн т. К 2016 году этот показатель вырос до 2,2 млрд т — и продолжает расти до сих пор.
Если люди начнут добывать ископаемые на планетах, лунах, астероидах и других телах в Солнечной системе, они частично истощатся примерно через 460 лет, подсчитали ученые Смитсоновской астрофизической обсерватории.
Исследователи обнаружили, что ежегодный прирост в 3,5% израсходует восьмую часть ресурсов Солнечной системы за 400 лет. В этот момент у человечества будет всего 60 лет, чтобы ограничить добычу и избежать полного истощения запасов полезных ископаемых.
«Если мы не задумаемся об этом сейчас и пойдем осваивать ближайшие космические тела, мы продвинемся вперед, а через несколько сотен лет столкнемся с экстремальным кризисом, намного хуже, чем сейчас на Земле. Как только вы заканчиваете добывать ресурсы в Солнечной системе, вам больше некуда идти», — рассказывает Мартин Элвис, старший астрофизик в Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже.
У этого ограничения есть две цели: защитить еще не освоенные миры от наихудших проявлений человеческой деятельности и избежать катастрофического будущего, в котором все ресурсы, находящиеся в пределах его досягаемости, будут использованы на постоянной основе. При этом Элвис отмечает, что восьмая часть всего железа в Поясе астероидов более чем в миллион раз превышает оценочные запасы железной руды на Земле, которых может хватить на несколько веков.
Конкретные области, добыча полезных ископаемых в которых окажется под запретом, астрофизики не называют. Этот вопрос требует более детального изучения, поясняют авторы исследования в статье в журнале Acta Astronautica.
Какие запасы полезных ископаемых существуют в Солнечной системе?
Космические тела в Солнечной системе интересуют ученых и предпринимателей с точки зрения добычи трех типов ресурсов — воды, металлов и газов. Вода необходима по большей части для будущих колонизаторов — как в качестве источника влаги для живых организмов, так и в виде топлива для космических кораблей при расщеплении на кислород и водород. Газы и тяжелые металлы (железо, никель, молибден, кобальт, золото, платина и другие) представляют интерес для Земли, где их запасы близки к истощению.
Естественный спутник Земли не представляет большого интереса в качестве объекта по добыче полезных ископаемых. В первую очередь, потому что Луна представляет собой базальтовое тело — то есть, по сути, ту же скалу, которая образует дно океана.
Самую большую ценность представляет собой гелий-3 — самый легкий из изотопов гелия, который в большом количестве (по разным оценкам, от 500 тыс. т до 2,5 млн т) содержится в поверхностном слое спутника, но редко встречается на Земле. Элемент может использоваться в электростанциях в качестве топлива, практически не загрязняющего окружающую среду. Гипотетически, при термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 т гелия-3 с 0,67 т дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн т нефти.
Однако Луна, как и Антарктида, защищена международным правом — ни одна страна не может претендовать на права на естественный спутник Земли. Кроме юридических, существуют физические ограничения — скорость убегания Луны. Чтобы вывести 1 кг материала из гравитации спутника, его необходимо разогнать до 2,4 км/с. Для сравнения, для того же самого результата на комете 67P/Чурюмова — Герасименко груз необходимо разогнать лишь до 1 м/c.
Вторая по близости к Земле планета, Марс, по геологическому строению похожа на нашу. Это значит, что на ней можно обнаружить все основные соединения, такие как железо, алюминий, вольфрам и так далее. Исследователи также обнаружили на Красной планете следы лития, меди, золота, цинка, никеля, кобальта, ниобия и других элементов. Другими словами, можно случайным образом указывать на элементы периодической таблицы Менделеева и с большой долей вероятности угадать те, которые можно найти на Марсе.
Ровер Opportunity также обнаружил на Марсе гематитовые сферы, богатые железной рудой — так называемые марсианские сфероиды. Последние не представляют интереса для промышленности и могут стать ценностью только для коллекционеров. Вода, азот и аргон могут быть использованы только для нужд будущих колонизаторов.
Часть элементов появилась на Марсе в результате астероидной бомбардировки. Другая сформировалась благодаря тому, что Красная планета и Земля образовались из одного облака газа и пыли. Однако концентрация веществ в марсианской почве, с высокой долей вероятности, невелика или сильно варьируется в зависимости от региона. Наряду с высокой стоимостью добычи и доставки ресурсов на Землю это делает Марс малопривлекательным местом для добычи полезных ископаемых для земной промышленности, — чего нельзя сказать о возможных будущих колонистах.
Венера
Венера и Земля — фактически близнецы по размеру, массе, составу и условиям, в которых они сформировались. Как и Земля, Венера имеет большое железное ядро и скалистую силикатную мантию, а ее кора, по аналогии с нашей планетой, базальтовая.
Судя по данным советских исследовательских аппаратов Venera 13, 14 и Vega 2, концентрация кремния, алюминия, магния, железа, кальция, калия, титана, марганца и серы в базальтах Венеры зависит от локации, однако в целом соответствует их концентрации на Земле.
Наблюдения также показали, что залежи этих минералов, вероятно, покрыты слоем полупроводников неизвестного происхождения — возможно, речь идет о железосодержащих минералах, таких как пирит или магнетит. Кроме того, на Венере присутствуют свинец и висмут, которым планета обязана своим ярким свечением на ночном небе.
Однако добыть эти минералы вряд ли удастся — давление на Венере в 92 раза выше, чем на нашей планете. Средняя температура составляет 460 °С — больше, чем на Меркурии, расположенном в два раза ближе к Солнцу. Такого жара хватит, чтобы расплавить свинец. Причина в особенном устройстве атмосферы планеты: вместо того, чтобы нагревать поверхность до тропического климата, как на Земле, облака отражают тепло и выжигают Венеру.
Ситуация усугубляется еще и тем, что на Венере отсутствует кислород — 96% атмосферы состоит из углекислого газа, а несколько раз в день на поверхности выпадают дожди из серной кислоты. Вряд ли хотя бы один известный науке организм проживет в таких условиях больше нескольких секунд, а техника — больше нескольких часов.
Пояс астероидов
Пояс астероидов — главный кандидат на добычу полезных ископаемых на космических телах и самый далекий от Земли среди перечисленных выше космических тел: расстояние от нашей планеты до ближайшей точки в поясе астероидов составляет 1,2 а.е. (180 млн км).
Астероиды в поясе делятся на два типа: водные и каменно-металлические. Первые содержат большое количество воды. Они, в общем-то, бесполезны для землян, но могут быть чрезвычайно ценным ресурсом для будущих космических колонистов: одного «водного» астероида может хватить на долгие-долгие годы снабжения космической колонии. Такой тип астероидов является наиболее распространенным, «водных» астероидов около 75% в нашей Солнечной системе.
В каменно-металлических астероидах много железа, никеля и кобальта. Кроме того, есть и золото, платина, родий, редкоземельные металлы и прочее. Само собой, ученых и представителей бизнеса больше всего интересуют металлические астероиды с максимальным содержанием металлов.
На большинстве астероидов обоих видов содержатся никель, железо, кобальт, на некоторых — платина, золото и аммиак. Проблема заключается в том, чтобы извлечь эти ресурсы и доставить их на Землю.
Экономическая выгода
Одно из самых больших препятствий в дополнение к еще не разработанному оборудованию для добычи ископаемых на астероидах и других описанных телах — транспортировка добытых ресурсов на Землю. Речь идет о миллионах и миллиардах метрических тонн ископаемых — в ином случае их просто нет смысла добывать. Современные ракеты и космические корабли с этой задачей справиться не смогут.
Кроме того, такие полеты будут очень дорогими — для сравнения, вся программа «Апполон», которая обошлась США в $25 млрд, позволила доставить на Землю лишь 383,7 кг лунного грунта. При этом перед астронавтами не стояла задача по добыче или переработке минералов.
Сейчас НАСА работает над миссией по отправке зонда на астероид Психея. Цель миссии — получить крошечный образец весом около 60 г. Оценочная стоимость миссии — около $1 млрд.
Но затраты могут окупиться — если оценки ученых верны, самый экономически выгодный астероид 253 Mathilde диаметром 2,8 км может принести до $9,53 трлн прибыли. Оценочная стоимость космического тела составляет более $100 трлн.
Наиболее экономически активным считается астероид 2000 BM19, очень маленький объект O-типа (шириной менее 1 км). Он находится достаточно близко к Земле, а его оценочная стоимость составляет $18,50 трлн. Прибыль оценивается в $3,55 трлн. Подробнее с оценкой экономической эффективности разработки астероидов можно ознакомиться здесь.
Юридические вопросы
Юридические ограничения в вопросах, связанных с разработкой астероидов, — это едва ли не самые сложные для будущей космической добывающей индустрии. Могут ли полезные ископаемые на космических телах принадлежать компаниям или частным инвесторам, правительствам или они являются собственностью всего человечества, как следует из Договора о космосе?
Договор о космосе, или Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну — межправительственный документ, подписанный в 1967 году. Основные положения договора сводятся к запрету размещения ядерного оружия или любого другого оружия массового уничтожения на орбите Земли, Луны или другого космического тела. Документ ограничивает использование Луны и других небесных тел только мирными целями и запрещает предъявлять претензию на владение космическим телом или его частью.
Некоторые страны — например, США и Люксембург — уже приняли законы, которые позволяют частным компаниям получить право на добычу ресурсов в космосе. Однако такие решения пока не согласуются с международным правом и не обсуждались с правительствами других государств.
Пока Договор о космосе, ратифицированный почти 100 странами, предполагает, что ни одна нация не может заявлять свои права на астероиды, планеты или любые другие космические объекты.
Источник
Космические недра: как добывать полезные ископаемые с астероидов
Космос — не только последний рубеж, но и деньги. К счастью, зарабатывать на скучном орбитальном туризме или предоставлении услуг связи интересно не всем, поэтому иногда приходится искать более экзотичные варианты. Основатель британской компании Asteroid Mining Corporation Митч Хантер-Скуллион уверен, что нет ничего лучше, чем добывать полезные ресурсы на астероидах. «Хайтек» выяснил, насколько это реально сейчас делать.
Зачем нужно искать полезные ископаемые в космосе
Для того, чтобы понимать, почему британцам так интересны внеземные ресурсы, достаточно посмотреть на цифры. Большинство масштабных космических проектов от строительства колоний до производства чего-либо на орбите предполагает использование материалов, которые можно получить на другой планете. Это и топливо для кораблей, и возможности по жизнеобеспечению, и строительные материалы. В этот список входят тот же гелий-3 (перспективное топливо, планы по добыче которого на Луне есть уже сейчас), вода, реголит, редкоземельные металлы и прочее.
Металлы эффективнее всего добывать из астероидов, причем их добыча даже позволяет неплохо заработать на этом. К примеру, астероид 2011 UW158, «стоит» около $5 трлн.
Для «майнинга» в космосе нужно выполнить сразу несколько задач. Сперва необходимо, конечно, выбрать подходящий объект. Затем — добраться до него и извлечь необходимые ресурсы. И, наконец, вернуть их на Землю или другую точку, где планируется переработать добытые материалы. Это предельно упрощенная схема, но даже она звучит как нечто грандиозное и сложное.
Мы делаем роботизированные решения, которые позволяют подобраться к астероиду, идентифицировать ресурсы и извлечь их. Само небесное тело не будет никуда перемещаться: мы, как буйволочные скворцы, сядем на «гиппопотама», заберем, что нам нужно, и улетим. Да, добыча на астероидах — сложная задача, но в ней нет ничего невозможного. Впереди еще много работы, но, по моим оценкам, это может стать реальностью уже через 10–15 лет.
Митч Хантер-Скуллион, основатель британской компании Asteroid Mining Corporation
Компания фокусируется на добыче металлов платиновой группы. Это рутений, родий, палладий, осмий, иридий и, собственно, сама платина. По плану, применять добытые ресурсы планируется именно на Земле — планов по участию в каких-либо перспективных производствах вне Земли пока нет.
Главная проблема использования ресурсов с астероидов — место их использования. Спускать на Землю, даже в переработанном виде — слишком сложно и дорого, поэтому желательно такие ресурсы использовать прямо в космосе, например на лунной фабрике или заводе на орбите нашей планеты. А таких пока нет, и, к сожалению, не видно и перспектив их создания. По крайней мере до начала сборки космических кораблей, подобных ядерному орбитальному буксиру. Как только такое производство развернут — сразу встанет вопрос о сырье и тут и понадобятся металлы с астероидов. А пока его нет, увы.
Михаил Котов, научный журналист
Кстати, на вопрос о том, почему именно астероиды, а не, к примеру, те же ресурсы Луны, находятся в центре интересов компании, Хантер-Скуллион сообщил, что «люди слишком переживают о ней, здесь много эмоций в духе «наша Луна». На астероиды, отметил глава Asteroid Mining Corporation, напротив, «всем наплевать: дробите их, разрывайте на части, никто не прольёт ни слезинки».
Говоря о же сроках начала промышленного «майнинга», глава компании не уточнил причин своего оптимизма, но его слова о реальности реализации подобного проекта имеют под собой основание. Стоит лишь посмотреть на то, что мы имеем сейчас. Даже если смотреть на позитивные эпизоды только с манипуляциями с астероидами, человечеству есть, чем похвастаться. К примеру, в еще в 2010 году японский аппарат Hayabusa успешно доставил на Землю образцы с астероида (25143) Итокава, а в начале декабря 2020 года аппарат Hayabusa-2 вернулся с пробами с астероида (162173) Рюгу. В 2023 году американский OSIRIS-REx доставит пробы с астероида Бенну, а годом раньше начнется миссия NASA по полету и забору образцов с небесного «булыжника» (16) Психея.
Фактически человечество уже сейчас способно доставить что-либо на или с астероида. Вопрос сейчас в том, насколько быстро удастся разработать решение, позволяющее не «соскребать» образцы с поверхности, а разрабатывать небесное тело с промышленной точки зрения.
Считаю, что коммерческая добыча начнется не позднее, чем через 30 лет. Возможно, из-за различных факторов (в том числе и амбиций государств или компаний), даже раньше. Но здесь нужны комплексный подход, акцент на транспортные технологии и обязательная монетизация промежуточных шагов. Иначе мало что поможет.
Александр Ильин, гендиректор российской компании «Лин Индастриал», разрабатывающей ракеты
Фактически человечество уже сейчас способно доставить что-либо на или с астероида. Вопрос сейчас в том, насколько быстро удастся разработать решение, позволяющее не «соскребать» образцы с поверхности, а разрабатывать небесное тело с промышленной точки зрения.
Но готовность британцев взяться за дело — отдельный разговор, ведь в добыче на астероидах есть, чего опасаться.
Так ли выгодна добыча в космосе
«Майнинг» на астероидах — свежая, но не только что появившаяся идея, основной хайп от которой уже прошел и даже унес с собой первые жертвы. Чего стоят только компании Planetary Resources и Deep Space Industries, также обещавшие приступить к разработке иноземных ресурсов. Они привлекали миллионы инвестиций, но в итоге практически полностью свернули свою деятельность. Да, в каком-то смысле майнинговый пузырь уже лопнул — сейчас выехать только на инновационной идее не получится.
В Asteroid Mining Corporation, судя по всему, держат в уме печальный опыт коллег и выстраивают свою схему работы. Так, научную подпитку компания получает от сотрудничества с вузами Британии и специалистами Университета Тохоку, Япония. Ученые последнего работали, кстати, над уже упомянутым аппаратом Hayabusa, доставившим на Землю образцы с астероида. А вот с деньгами сложнее: видя пример с изначально привлекательными для инвесторов, но провалившимися коллегами по цеху, британцы выработали новый путь.
Мы на самофинансировании. Конечно, со временем начнем работу с инвесторами, но хочется быть уверенным, что это будет правильный инвестор и правильные условия сотрудничества. Мы уже отказывали инвесторам и прошлом и готовы сделать это снова — Asteroid Mining Corporation придерживается идеологии бережливого стартапа.
Митч Хантер-Скуллион, основатель британской компании Asteroid Mining Corporation
Кстати, по оценке Goldman Sachs, именно космический «майнинг» явит миру первых триллионеров. Но кроме финансовых и технологических рисков, есть и другие неопределенности.
К ногтю?
Вопрос космических ресурсов имеет еще и политический подтекст — ведь каких-либо документов, регулирующих сферу, по сути нет. Да, международное сообщество выработало основополагающий документ космического права, договор о космосе 1967 года. Но максимум, что там есть, это формулировка «Космическое пространство, включая Луну и другие небесные тела, не подлежит национальному присвоению ни путем провозглашения на них суверенитета, ни путем использования или оккупации, ни любыми другими средствами».
Именно про ресурсы здесь не сказано ни слова, что, разумеется, порождает споры уже сейчас: государства придерживаются разных позиций. В США, например, поддерживают «майнинг», а в России как минимум сомневаются и только формулируют позицию. Стало быть, ситуация пока что пущена на самотек.
Когда космическое право будет проработано, оно зафиксирует status quo между сильными. До тех пор нужно столбить то, что будет твоим. Любыми средствами.
Александр Ильин, гендиректор российской компании «Лин Индастриал»
В итоге же «космический майнинг» по-прежнему остается темной лошадкой как точки зрения технологий, так и в вопросах инвестирования. С одной стороны, мы неминуемо придем к тому, чтобы осваивать ресурсы космоса, а с другой — вызовы здесь буквально со всех сторон. Вопрос разработки астероидов или других небесных тел совмещает в себе вопросы экономики, политика и технологии, потому для успеха лучше всего продвигаться сразу по всем направлениям.
Источник