О добыче полезных ископаемых в космосе сейчас говорят много и часто. Но говорить — одно, а вот добывать ресурсы на астероидах или где-то ещё — совсем другое. В течение нескольких лет различные стартапы разрабатывали технологии по добыче, и сейчас некоторые из них готовы представить хотя бы предварительные планы. Что это за планы, какие объекты планируют осваивать и насколько всё это реально, обсудим под катом.
Кто собирается добывать полезные ископаемые
В первую очередь это стартапы, хотя и государственные организации разных стран тоже время от времени заявляют о своих планах начать добычу. Например, Китай пару лет назад заявлял о том, что собирается добывать гелий-3 на Луне. Насколько можно судить, там его много, а это бесценное «топливо» для термоядерных реакторов.
Кроме того, есть несколько относительно известных частных компаний, которые разрабатывают технологии и методы добычи. Это, например, AstroForge, Trans Astronautica Corporation и Karman+.
Исследования о возможности начать добычу ресурсов в космосе проводят и учёные. Например, группа экономистов опубликовала ряд статей о возможности ведения экономической деятельности в космосе — околоземном пространстве и более удалённых регионах.
Стимулом для начала практических работ по добыче может стать потребность в больших объёмах редкоземельных металлов и других ресурсов. Так, эти металлы используются в электронной промышленности, «зелёной» энергетике, автомобилестроении и т. п. Некоторые компании предлагают добывать необходимые ресурсы со дна морей и океанов. Другие говорят, что на астероидах всего этого может быть с избытком, причём добыча не причинит никакого вреда живым организмам.
Прямо сейчас начать добычу всего, что нужно человечеству, на астероидах невозможно. Нет ни соответствующих технологий, ни обрабатывающих заводов и фабрик в космосе. Кроме того, на данный момент затраты на доставку ресурсов из космоса в несколько раз (вернее, в несколько десятков раз) превышают стоимость этих ресурсов. Но с течением времени цены падают.
Благодаря многоразовым ракетам, разработанным SpaceX, Rocket Lab и другими компаниями, с 2005 года стоимость запуска полезной нагрузки упала примерно в 20 раз за килограмм — и может снизиться ещё больше. Кроме того, стоимость металлов, даже не редкоземельных, постоянно растёт. Так, кобальт в настоящее время стоит около 33 000 долларов за тонну, а никель — 20 000 долларов за тонну. Никель необходим для производства электромобилей, солнечных батарей, а кобальт — для ветряных турбин.
По данным Международного энергетического агентства, спрос на кобальт может вырасти в шесть раз к 2050 году, в конечном счёте достигнув миллиона тонн в год, а спрос на никель может увеличиться в четыре раза, в зависимости от того, насколько серьёзно правительства и отрасли пытаются добиться перехода к экологически чистой энергетике. Ожидается также рост спроса на металлы платиновой группы — как для каталитических нейтрализаторов, так и для топливных элементов. Соответственно, при многократном росте цен на эти металлы их добыча в космосе в итоге может стать и рентабельной.
При этом учёные считают, что добытые ресурсы можно использовать как в космосе — для колоний на Луне и Марсе, так и на Земле, но тогда всё это придётся как-то доставлять на нашу планету. Как именно, пока что вопрос открытый, хотя варианты, конечно, есть. Все сходятся на одном — вряд ли добычу полезных ресурсов будут вести люди, скорее всего, это будут роботы и роботизированные станции.
Проблемы с добычей ресурсов на Земле в том, что месторождения ряда ископаемых расположены в ограниченном количестве регионов. И если страна с запасами кобальта, например, решит ограничить его поставки, стоимость металла вырастет многократно. Сейчас развивается как раз примерно такой сценарий — с Китаем, который ограничивает экспорт металлов, в первую очередь галлия и германия.
Ну а на астероидах ресурсы практически не ограничены. Вот, например, информация об астероиде Психея, о котором мы писали совсем недавно.
Сначала нужно больше информации об астероидах
Прежде чем начать добычу, нужны не только технологии, но и список целей-астероидов с максимальной концентрацией полезных ископаемых разных видов. Кроме того, нужны данные о том, насколько сложно будет добывать ископаемые на астероидах и как доставлять руду на Землю или какой-то промежуточный пункт хранения. Получить такую информацию не очень просто, поскольку на астероид нельзя просто отправить геолого-разведывательную партию или провести аэрофотосъёмку. Нужны зонды, которые смогут детально изучать наиболее перспективные объекты.
Некоторые стартапы, включая, например, AstroForge, предлагают сконцентрировать усилия на металлических астероидах М-типа, которые содержат огромные объёмы как обычных металлов, так и драгоценных и редкоземельных. Металлов платиновой группы в космосе достаточно много, о чём можно судить по составу железных метеоритов.
Чтобы получить больше информации о нюансах работы в космосе, стартап AstroForge запустил на околоземную орбиту спутник CubeSat, который предназначается для оценки того, как технологии добычи и переработки работают в условиях микрогравитации. В начале 2024 года та же компания планирует отправить зонд для изучения определённого астероида — сейчас компания не говорит, какого именно.
В том, что добывать ресурсы в космосе нужно, сходятся мнения учёных и бизнеса (правда, с определёнными оговорками). Соучредитель компании Planetary Resources прокомментировал ситуацию так: «Множество редких металлов и минералов на Земле присутствуют практически в бесконечном количестве в космосе. С появлением доступа к этим материалам стоит ожидать не только снижения цен на всё от микроэлектроники до хранения энергии, но и появления нового применения для этих элементов».
Без сложностей не обойтись
Если не учитывать чисто технические проблемы, есть и вопросы экономического характера. Так, многие эксперты опасаются, что с началом космической добычи произойдёт обвал цен на товары и на глобальную экономику в целом.
Всё это может просто разрушить мировую экономику добычи сырья, которая будет вытеснена космическими разработками. Ресурсов в космосе очень много, и если добыча таки начнётся, рынок будет перегружен, а стоимость ископаемых снижена.
При этом появятся компании-монополисты, которые будут обладать правом добычи ресурсов и доставки их на Землю. Соответственно, и цены такие компании смогут диктовать по своему усмотрению.
Кроме того, разрушатся экономики стран, которые держатся на плаву лишь за счёт добычи ресурсов. Такое происходит сплошь и рядом в Африке — страны поставляют на рынок ценные ресурсы и выживают за счёт этого. Если цены упадут, то экономика таких государств будет уничтожена.
Но как бы там ни было, всё это — дело ближайших десятилетий, а не лет. Вряд ли через пару лет кто-то начнёт добычу, вероятнее всего, лет через 40-50. Так что ждать ещё долго.
Комментарии (33)
Moog_Prodigy
27.10.2023 12:15+2Кроме того, на данный момент затраты на доставку ресурсов из космоса в несколько раз (вернее, в несколько десятков раз) превышают стоимость этих ресурсов. Но с течением времени цены падают.
Ну. Зачем тогда бояться обвала рынка ископаемых? Проведем моделирование. Ресурс на земле истощился, цена на него поднялась - стало выгодно построить летающую добывалку ресурса с астероида. Она улетела, поработала, отослала контейнер ресурса на землю. На земле цены на рынке немного упали из за такого "вброса", и космическая добыча опять становится невыгодной, колупалке астероидов приказывают встать на паузу. Потом ресурс на земле опять истощается (кончается тот контейнер), опять становится выгодно добывать - ковырялку опять включают и привозят новый ящик ресурса. Вот такая вот синусоида, пилообразная. В итоге цена ресурса в среднем будет равняться его добыче на астероиде, и не больше. Дорого ли это? Ничуть нет, если на земле ресурс уже весь добыт.
RusikR2D2
27.10.2023 12:15+1Добыча "космической колупалкой" выгодна до тех пор, пока ее стоимость обслуживания не превысит стоимость добытых полезный ископаемых. А при наличии двух и более конкурирующих "колупалок" искусственно останавливаться надолго никто не будет. Это как с добычей нефти на Земле.
ptr128
27.10.2023 12:15+1отослала контейнер ресурса на землю
Вот тут можно поподробней? С Луны контейнер ресурса можно разогнать электромагнитной катапультой (соляризация позволяет такие затраты энергии), и тормозной импульс, чтобы контейнер не сгорел в атмосфере, потребуется небольшой. На астероиде потребуются годы, чтобы накопить энергию, достаточную для разгона контейнера, масса которого способна хоть немного повлиять на рынок Земли. Все же скорость движения по орбите Земли ~30 км/с, а в поясе астероидов она ~20 км/c. А значит и разгон потребуется на ~10 км/с против 1.6 км/с на Луне. Ну пусть даже 7 км/с с гравитационным маневром у Марса. Тоже не мало. Или через Юпитер слать, дожидаясь этого контейнера годами и с возможностью отправить его раз лет в 20, чтобы астероид, Юпитер и Земля оказались в нужной синхронизации.
Так что боюсь, в обозримом будущем, даже несколько тонн родия из пояса астероидов доставлять на Землю не будет выгодно. А вот с Луны - совсем другое дело.
Про более дорогие калифорний-252 или осмий-187 речь не веду, так как они получаются только искусственно и на астероидах их нет. А вот на Луне, из-за более сильной солнечной радиации, они вполне могут быть.
agat000
27.10.2023 12:15Меня тоже удивляет эта тема с астероидами. Рядом висит здоровенный булыжник, набитый всеми ресурсами.
Может проблема в том, что Луна рядом и все будет подконтрольно и на виду? А астероиды далеко, делай что хочешь. Частные шахтерские колонии, экономия на всем, свои законы... В общем "Экспансия" в чистом виде. Пусть и в далеком будущем.
RusikR2D2
27.10.2023 12:15Луну нужно бурить, копать. Возможно, глубоко. Она покрыта пылью, которая будет портить механизмы. А среди астероидов предполагается найти те, где ценное уже на поверхности. И, в некоторых случаях его можно забрать целиком.
ptr128
27.10.2023 12:15Намного дешевле пробурить Луну хоть насквозь, чем доставлять грузы с астероидов. С пылью проблема общая, как для астероидов, так и для Луны. Она будет возникать при любом способе добычи.
Даже если взять чуть ли самый перспективный для промышленной добычи ископаемых Нерей (23.6 км/с), затраты топлива на доставку грузов с него в 16 раз выше, чем с Луны.
Valerij56
27.10.2023 12:15Намного дешевле пробурить Луну хоть насквозь, чем доставлять грузы с астероидов.
Вы не правы. Доставить околоземный астероид на близкую к лунной орбиту возможно уже сейчас, и относительно недорого.
Даже если взять чуть ли самый перспективный для промышленной добычи ископаемых Нерей (23.6 км/с),
С чего вы взяли, что он самый перспективный?
ptr128
27.10.2023 12:15Доставить околоземный астероид на близкую к лунной орбиту возможно уже сейчас, и относительно недорого.
Пруф? Вы точно не из будущего?
С чего вы взяли, что он самый перспективный?
По расчетам NASA во время разработки программы NEAR Shoemaker для Нерей получался минимальный ΔV, 5,05 км/с. Но в итоге был выбран Эрос, так как Нерей слишком мал размером и не столь интересен, как объект исследования.
Valerij56
27.10.2023 12:15Нет, я из прошлого, я из 2012 года: https://kiss.caltech.edu/final_reports/Asteroid_final_report.pdf
ptr128
27.10.2023 12:15Данная работа как раз и дает ответ, что технически наиболее важные ограничения масса (до 500 тонн) и ∆V. "require a ∆V for return of less than ~200 m/s"
Но NASA, как я уже писал выше, смогло обнаружить астероид с минимумом ∆V только 5,05 км/с, что 25 раз больше максимума в статье и требует в 625 раз больше энергии на выравнивание скоростей.
Valerij56
27.10.2023 12:15Данная работа как раз и дает ответ, что технически наиболее важные ограничения масса (до 500 тонн)
Это не так. Вот цитата: "Because there are many known but uncharacterized NEAs, it is possible to find a few small objects
with orbits similar enough to Earth’s to return large (~1000 t) masses". Масса "до пятисот тонн" выбрана из соображений способности"require a ∆V for return of less than ~200 m/s"
Да, но это не та ∆V, на которую вы ссылались. 200 м/с на гелиоцентрической орбите могут изменить траекторию на миллионы километров. У вас же ∆V, необходимая для полёта к астероиду и возвращения, а в данном случае речь идёт о ∆V, достаточной для того, чтобы подставить астероид под гравитационный манёвр. Например, однократный гравитационный манёвр у Луны может изменить скорость астероида на 1,6 км/с, а проект предусматривает каскад гравитационных маневров...
И, наконец, надо иметь в виду, два обстоятельства. Во первых, это довольно скромный аппарат, массой всего 17 тонн, предназначенный для демонстрации технологии и пригодный для запуска на Атласе-5. Никто не запрещает построить аппарат большей массы и запускать на Фальконе Хэви или New Glenn. А, во вторых, для добычи ресурсов не имеет особого значения масса единичного астероида, важно регулярная и планомерная подача сырья. Даже для крупнейших домн, производительностью миллионы тонн чугуна, руда и кокс поступают вагонами по шестьдесят тонн.
Radisto
27.10.2023 12:15Доставлять даже не надо - они сами там пролетают. Проблема в другом - изменить его скорость. Есть правда ненулевая вероятность, что он сам остановится об поверхность Земли, возможно даже рядом с центрами потребления полезных ископаемых, но этому никто не рад
Oncenweek
27.10.2023 12:15+1Все же скорость движения по орбите Земли ~30 км/с, а в поясе астероидов она ~20 км/c.
Обычно когда говорят о добыче ресурсов на астероиде речь идет не об астероидах главного пояса, а об околоземных. некоторые из них ближе луны проходят.
ptr128
27.10.2023 12:15А там не сильно легче. Я уже указывал выше наиболее удобный Нерей. Орбитальная скорость 23.6 км/с. Но у него такая орбита, что гравитационным маневром грузы разгонять вообще не получится. Получаем 6.4 км/с разницы в скорости. В четыре раза больше, чем для Луны. А значит затрат энергии (читай топлива) в 16 раз больше. Вот такая вот простая математика.
Valerij56
27.10.2023 12:15Ответ прост - значит Нерей вовсе не "наиболее удобный".
ptr128
27.10.2023 12:15С точки зрения стоимости полета к нему сейчас - самый удобный. С остальными еще хуже.
Valerij56
27.10.2023 12:15Простите, нам надо лететь к нему или добывать ресурсы? Это очень разные вещи. Вы, похоже, не в курсе обсуждаемой темы.
ptr128
27.10.2023 12:15Какая разница? Хоть туда, хоть обратно минимальная ΔV с Землей у Нерей. Для остальных астероидов ΔV больше.
Valerij56
27.10.2023 12:15ΔV безусловно, важная характеристика. Однако ещё в 2012 году был проект перенаправления околоземного астероида на орбиту, близкую к лунной: https://kiss.caltech.edu/final_reports/Asteroid_final_report.pdf
Потом этот проект стал одним из вариантов программы Обамы о полёте к астероиду, так что об этом надо бы знать. Суть в том, что у Земли есть Луна, и возможно, незначительно меняя орбиту околоземного астероида подставить его под каскад гравитационных манёвров в системе четырёх тел - Солнце, Земля, Луна и сам астероид. Поэтому сама по себе ΔV ничего, в данном случае, не решает.
ptr128
27.10.2023 12:15Только что выше ответил цитатой из этого файла:
"require a ∆V for return of less than ~200 m/s"Неизвестны такие астероиды.
Valerij56
27.10.2023 12:15Иными словами, ссылаясь на проект "перенаправления" астероида, сделанный для НАСА, в котором рассматриваются для примера три астероида, вы говорите, что пригодных для перенаправления астероидов не существует? Подумайте ещё раз.
Только что выше ответил вам. 200 м/с не та ∆V, на которую вы ссылаетесь.
Valerij56
27.10.2023 12:15Все же скорость движения по орбите Земли ~30 км/с, а в поясе астероидов она ~20 км/c.
Вы забыли про околоземные астероиды разных размеров, которых много, и орбиты которых сближаются или пересекают земную орбиту. Их как раз можно "доставить" на околоземную орбиту для переработки.
А ещё вы забыли про то, что ресурсов на Луне много, но вот их разнообразие желает ждать лучшего. В углистых хондридах до 20% воды, ещё 20% летучих веществ, в остатке углерод, всё это на Луне редкость.
ptr128
27.10.2023 12:15Вы забыли про околоземные астероиды разных размеров, которых много, и орбиты которых сближаются или пересекают земную орбиту.
Все тоже самое. Разница их орбитальных скоростей с орбитальной скоростью Земли от 6.4 км/c у Нерея. 10 км/с - в среднем. Как раз наоборот, с тех которые подальше есть шансы раз лет 20-30 недорого доставлять грузы, используя гравитационный маневр вокруг Юпитера.
ptr128
27.10.2023 12:15С Луны грузы можно доставлять относительно не дорого:
Солнечной энергии там на порядки больше, чем в поясе астероидов
Есть в наличии водород, кислород, азот, алюминий, железо и хлор, которые можно использовать для тормозных твердотопливных двигателей.
Достаточно места и материалов для строительства электромагнитной катапульты
Есть возможность содержать почти полностью обеспечивающую себя базу для обслуживающего персонала. Роботы ведь тоже ломаются и требуют обслуживания.
С астероидами все намного хуже:
Огромные энергетические затраты на торможение у астероида, так как никаких объектов для гравитационного торможения рядом нет
Неизвестно, есть ли вообще астероиды, содержащие все необходимые элементы хотя бы для топлива тормозных двигателей.
-
Применение электромагнитной катапульты под вопросом, так как импульсы от нее могут влиять на орбиту астероида.
Иными словами, колонизация Луны, потенциально, возможна. Колонизация астероидов - очень маловероятна.
maximtkachev
27.10.2023 12:15+1А если подгонять астероид к Земле и тормозить его об Луну? Точнее _в_ Луну. Нужен будет импульс для вывода его с орбиты в поясе астероидов и задания направления в сторону Земли. А там "прицелиться" в Луну. Думаю, можно подгадать условия для того, чтобы он прилунился как можно мягче, плюс, на подлете отправить к нему навстречу пару-тройку кораблей с тормозными двигателями. А после прилунения его уже можно спокойно расковыривать.
Естественно, это сработает только с небольшими астероидами.
Valerij56
27.10.2023 12:15Не надо генерировать бред. Смотрите то, что давно уже сделано: https://kiss.caltech.edu/final_reports/Asteroid_final_report.pdf
agat000
27.10.2023 12:15На Луне несколько миллионов кратеров. Каждый - это астероид (хотя возможно и кометы есть)
Бури, исследуй, добывай. Зачем еще один?
Проблема в том, что после импакта там струдно что то собрать - часть испарится, раскидает на тыщщи километров, часть уйдет на глубину, часть расплавится и растечется по трещинам.
sabaca
27.10.2023 12:15+1Все эти рассуждения о добыче в космосе и последующей транспортировке каких-то полезных ископаемых на Землю являются фантастикой, причем в наше время это даже не научная фантастика.
Во первых откуда вообще следует что в составе астероидов есть что-то полезное в концентрированном виде? Более того, очевидно что это не так, т.к. процессы, приводящие к обогащению теми или иными минералами, там не происходят. А вот на Земле таких процессов множество.
И во вторых это огромные энергетические затраты на осуществление транспортных операций. Если человечеству станет доступно столько дешевой энергии, то ресурсы планеты будут неисчерпаемы ни за какой разумный промежуток времени.
Единственное для чего может потребоваться разработка ресурсов в космосе это их использование прямо там на месте добычи, чтобы не поднимать их с поверхности Земли. Это может потребоваться только при осуществлении каких-то крупномасштабных проектов в космосе или на поверхности Луны или Марса. А вот нужны ли вообще такие проекты это очень большой вопрос.
Valerij56
27.10.2023 12:15Все эти рассуждения о добыче в космосе и последующей транспортировке каких-то полезных ископаемых на Землю являются фантастикой, причем в наше время это даже не научная фантастика.
На этих идеях основан, например, проект "перенаправления" околоземного астероида и последующего пилотируемого полёта к нему из космической программы времен Обамы "Гибкий путь".
Во первых откуда вообще следует что в составе астероидов есть что-то полезное в концентрированном виде? Более того, очевидно что это не так, т.к. процессы, приводящие к обогащению теми или иными минералами, там не происходят. А вот на Земле таких процессов множество.
В составе углистых хондридов, например, 20% воды, ещё 20% летучих веществ, что можно использовать как сырьё для топлива и реактивной массы, кремний, никель и т.д. В оставшемся шлаке - углерод, необходимый для оранжерей. Ценность астероидного материала, прежде всего, не в цене, а в том, что его не надо доставлять с Земли.
И во вторых это огромные энергетические затраты на осуществление транспортных операций.
Ещё раз повторю - астероидный материал позволяет экономить именно транспортные расходы на его доставку.
Это может потребоваться только при осуществлении каких-то крупномасштабных проектов в космосе или на поверхности Луны или Марса. А вот нужны ли вообще такие проекты это очень большой вопрос.
Это как раз не вопрос.
iig
Отрицательный обвал разве что.