Добыча полезных ископаемых в космосе является одной из популярных тем в научной фантастике, компьютерных играх посвященных космосу, а также в работах различных учёных-футуристов. Давайте разберемся в том насколько реалистичной является добыча полезных ископаемых за пределами Земли в настоящее время.
Сперва давайте разберемся в этом с точки зрения физики космических полётов. Шахтёрское оборудование стоит дорого и весит очень много. Масса средней буровой установки измеряется десятками тонн. При этом мы с вами сидим на дне гравитационного колодца Земли и для того, чтобы поднять груз от поверхности Земли даже на низкоземельную орбиту нужно потратить очень много энергии.
Сатурн-5 использовавшаяся для лунных миссий была самой грузоподъемной ракетой в истории космонавтики. Масса Сатурна составляла 3000 тонн и ракета могла вывести 150 тонн (меньше 5% от массы) на низкоземельную орбиту, а на орбиту Луны — всего 50 тонн полезной нагрузки.
Если речь идет об отправке с помощью такой ракеты полезной массы к поясу астероидов, то количество полезной нагрузки уменьшится еще сильнее, ведь потребуется еще больше топлива. При этом ракетное уравнение Циолковского — упрямая вещь. Если мы построим ракету в два раза больше, чем Сатурн-5 это вовсе не будет означать, что мы в два раза увеличим и полезную массу, которую такая ракета способна транспортировать, ведь ракета должна будет тратить топливо на то, чтобы вести с собой и дополнительный запас топлива!
Конечно, можно оборудование можно поднять на низкоземельную орбиту за несколько запусков и там уже построить большой космический корабль для полёта к поясу астероидов и допустим мы это сделали.
Пояс астероидов находится между орбитами Марса и Юпитера и лежит примерно в границах 2.2 до 3.2 астрономических единиц от Солнца. Одна астрономическая единица, напомню, равна расстоянию от Земли до Солнца, т.е. примерно 150 млн. километров.
Расстояние от Земли до ближайшего края пояса астероидов составляет 1.2 а.е. (180 млн. км), но скорее всего нам придется лететь дальше и вряд ли объект, который нам нужен будет лежать на оси Земля — Солнце. Это намного увеличит время на путешествие.
Кроме того, когда мы уже прилетим на нужный нам астероид расстояние между нами и Землей будет постоянно меняться из-за того, что будет меняться и взаимное расположение астероида и Земли в ходе их орбитального движения.
Таким образом путешествие на случайно взятый астероид может занять сколько угодно времени в промежутке между 9 месяцами и несколькими годами. На практике это означает, что космический корабль должен быть очень большой, чтобы нести не только экипаж, но и систему жизнеобеспечения, а также запасы провизии и воды для многомесячного или даже многолетнего пребывания вдалеке от Земли.
Послать роботизированную станцию для добычи полезных ископаемых на текущем уровне развития технологий не представляется возможным. Разработка робота, который будет способен самостоятельно находить месторождения полезных ископаемых, разрабатывать их, загружать добытые ископаемые в космический корабль и отправлять на Землю задача крайне сложно реализуемая и наверное более сложная, чем отправка людей на корабле.
Затем, допустим мы прилетели в пояс астероидов. Какой астероид выбрать? Среднее расстояние между объектами в поясе астероидов порядка миллиона километров. При этом меньше одного процента объектов пояса астероидов было исследовано. Мы знаем орбиты всех более-менее крупных объектов в поясе, но на этом наши знания о нем, по сути, заканчиваются.
Хотите верьте, хотите нет — мы не имеем ни малейшего представления где в поясе астероидов искать полезные ископаемые. Тут все как на Земле. Мы не можем просто воткнуть лопату или бур в Землю и найти то что нам нужно. Месторождения полезных ископаемых приходится искать с помощью геологической разведки. Таким образом для успеха миссии по добыче ископаемых в поясе астероидов нам будет нужно заложить в миссию также время и оборудование для проведения геологической разведки на астероидах.
Допустим мы нашли на астероидах полезные ископаемые. Пусть это будет золото и добыли большое количество золотой руды. Золотоносную руду необходимо обогатить, т.е. отделить золото от минеральных примесей. На Земле для этого используется специальное обогатительное оборудование. Его тоже придется тащить с собой, что еще больше увеличит массу космического корабля и, как следствие, расходы по выводу этого всего на орбиту и достижению пояса астероидов.
Допустим нам как-то удалось очистить 100 тонн золота. Теперь нужно потратить много топлива, чтобы привезти это золото обратно на Землю. Если только мы не придумаем какой-то способ изготовить топливо прямо на астероиде, то топливо нужно будет везти с собой с Земли с самого начала.
Подведем итоги. Нам нужно везти с собой: шахтерское оборудование, экипаж, припасы, геологоразведочное оборудование, обогатительное оборудование, огромный запас топлива. Итого по самой скромной оценке масса полезной нагрузки, которую нужно будет вывести на орбиту Земли, для организации такой миссии составит не меньше 2-3 тысяч тонн.
Окей, допустим мы доставили 100 тонн золота обратно на Землю. Сейчас килограмм золота стоит примерно $42 тысячи. Появление 100 тонн золота на рынке обрушит цену на золото раза в два, если не больше, но допустим цена та ки останется $42 тысячи. Вывод 2000 тонн на орбиту обойдется примерно в $40-60 миллиардов, а с продажи 100 тонн золота удастся выручить хорошо если 4-5 миллиардов при условии, что цены не рухнут. А ведь мы даже не считали сколько будет стоить само оборудование для полета.
Таким образом нет, с использованием текущих технологий добыча полезных ископаемых в поясе астероидов не может быть выгодной экономически.
Что может сделать добычу выгодной?
Есть несколько условий, которые, в случае их выполнения, могут сделать добычу полезных ископаемых за пределами Земли целесообразной.
- Появление дешевых способов выведения грузов на орбиту, например таких как космический лифт. Это существенно удешевило бы миссию.
- Появление более экономичных способов ускорения в пространстве, чем использование ракетных двигателей. Пока мы в плену у ракетной формулы Циолковского: увеличение ракеты не приводит к пропорциональному увеличению полезной нагрузки. Более того, чем сильнее мы увеличиваем ракету, тем медленнее растет полезная нагрузка. Нужны принципиально иные способы разгона космического корабля.
- Обнаружение полезных ископаемых, которые в принципе нельзя или крайне сложно добыть на Земле, а также насущная необходимость в этих полезных ископаемых. К примеру на Луне есть много гелия-3, но пока он не особо нам нужен в промышленных количествах на Земле, поэтому вопросом его добычи на Луне никто толком и не занимался.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.