?

Log in

No account? Create an account

zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Почему добыча ресурсов на астероидах — это сложно?
zelenyikot


Добыча полезных ископаемых на астероидах — фантастический, пока, вид деятельности, о котором в последнее время часто заговаривают как о близком будущем. Только компании, замахнувшиеся на такое занятие, практически обанкротились, так и не добравшись ни до одного астероида. Разберемся, почему это так сложно.



Астероид — это малое космическое тело естественного происхождения, от нескольких метров до сотен километров в поперечнике, преимущественного каменного или металлического состава, что отличает его от комет, где главный материал — лед. Ледяные тела Солнечной системы, в основном, находятся далеко от Солнца — за Марсом и дальше, поэтому с Земли проще добраться до астероидов. Большая часть астероидов вращается в Главном поясе, между орбитами Марса и Юпитера, но немалая часть имеет орбиты близкие к земной или даже пересекающие земную орбиту. Относительно близкие к Земле или сближающиеся астероиды называют околоземными, а пересекающие орбиту считаются потенциально опасными для нас. Зато достижение таких астероидов при помощи космических аппаратов значительно проще, до некоторых астероидов можно добраться затратив топлива меньше чем в полете до Луны.



Состав астероидов также отличается, ученые разделяют их по спектральным классам, определенным в телескопы с Земли. Основных типов астероидов три: каменные, железо-каменные, металлические (железные). Наиболее богаты на разные металлы, включая редкоземельные и платину — металлические, которые являются обломками ядер первых протопланет сформированных и разрушенных во взаимных столкновениях на заре Солнечной системы. В некоторых подвидах каменных астероидов больше углерода и летучих соединений в том числе воды, что роднит их с кометами.

Любой космический старатель, отправляясь на охоту за астероидами должен выбрать цель по нескольким признакам:

1. Спектральный класс — чтобы знать, какие полезные ископаемые там ожидают (на металлический астероид бесполезно лететь с системой добычи воды).
2. Разница орбитальной скорости с Землей — чтобы знать сколько топлива придется использовать для полета туда и обратно. Разница скоростей Земли и пролетающих околоземных астероидов начинается примерно с 0,5 км/с. То есть для достижения астероида и возвращения на околоземную орбиту космическому аппарату потребуется запас топлива, которое позволит набрать скорость 1 км/с (0,5 км/с на разгон и 0,5 км/с на торможение). Для сравнения, для достижения и посадки на Луну требуется запас на 3,5 км/с. Сэкономить можно гравитационными маневрами, но они потребуют оптимальной траектории и могут значительно увеличить время полета. На торможении в атмосфере также можно сэкономить, но потребуется увеличить массу возвращаемой капсулы.
3. Наклонение орбиты астероида — и Земля и астероиды вращаются вокруг Солнца примерно в одной плоскости, но даже небольшая разница в наклонении орбит требует существенных затрат топлива. Примерно 0,5 км/с прибавки скорости требуется для изменения плоскости орбиты космического аппарата на 1 градус, а некоторые астероиды вращаются под углом до 20 градусов к плоскости орбиты Земли.



В результате, всего несколько десятков астероидов оказываются доступны для относительно простого и недорогого достижения и возврата добытого материала. Даже в этом случае каждый килограмм ресурсов обойдется в десятки или сотни миллионов долларов, затраченных на разработку, производство и запуск добывающего космического аппарата.



Самое обидное для "космических шахтеров", что астероидный материал и так регулярно сам прилетает на Землю в виде метеоритов. Кроме того, сама Земля содержит тот же состав химических элементов, что и окрестные космические тела. Правда в металлических астероидах концентрация тяжелых редкоземельных металлах выше чем в среднем в земной коре. Земля относится к телам прошедшим дифференциацию, в результате которой тяжелые элементы спустились к ядру, а на поверхности остались только легкие, а металлические астероиды как раз являются осколками древних ядер протопланет. Но здесь на помощь земным старателям приходит вулканизм. Результаты древних извержений, такие как кимберлитовые трубки Якутии, хребет Кондер или плато Путорана содержат повышенную концентрацию металлов, добывать которые человечество еще может сотни или тысячи лет.



Таким образом, в ближайшие десятилетия о коммерческих перспективах добычи полезных ископаемых в космосе можно говорить только в контексте использования их в космосе, без доставки на Землю.

Попытки заработать на поиске новых астероидов тоже не удались, поскольку астероиды успешно открывают государственные научные учреждения, включая NASA, за бюджетный счет.



Сложности достижения астероидов, и доступность метеоритного вещества на Земле, а главное — отсутствие реальной потребности земной экономики и космонавтики в космическом веществе, стали причинами отсутствия большого интереса к таким проектам как Planetary Resources и Deep Space Industries со стороны бизнеса. Добыча редкоземельных металлов на Земле, несмотря на все сложности, оказывается на порядки эффективнее и проще чем могли бы обеспечить космические старатели.

Подготовлено для научно-популярного портала Nplus1.ru, публикуется в авторской редакции.

zelenyikot

Поддержать выход новых постов можно через сервис Patreon.
Другие способы оказать поддержку.



promo zelenyikot сентябрь 5, 2018 07:45 77
Buy for 800 tokens
Наконец-то я могу официально объявить, что в продаже появилась научно-популярная книга моего авторства об исследовании Солнечной системы автоматическими межпланетными станциями. Здесь можно найти как описание отдельных космических миссий последних лет, так и обобщенные результаты исследований…

  • 1
>> каждый килограмм ресурсов обойдется в десятки или сотни миллионов долларов, затраченных на разработку, производство и запуск добывающего космического аппарата

Экстраполяция -- так себе метод прогнозирования в технике, особенно если экстраполировать производительность техники для забора научных проб на технику для промышленной добычи

Единственный реально разрабатывающийся на сегодняшний день аппарат, способный привести значительный груз с околоземных астероидов -- это BFR|Starship, и речь там может идти о десятках или сотнях миллионов долларов за десятки тонн, а не за килограмм.

*******************************

Основная проблема в другом (и это, в принципе, описано в статье) : околоземные астероиды (как и абсолютное большинство астероидов вообще) состоят в основном из мусора. Там нечего добывать. Теоретически, ситуация некоторыми с металлическими астероидами может быть другой, но ни один такой астероид до сих пор не был исследован. Металлические метеориты, которые падают не землю -- это не то чтобы мусор, это нормальная нержавейка, но каких-то огромных процентов платины там нет. А значит, типичный металлический астероид, к которому мы прилетим -- это железо, никель и нихера

Итак,

1) Исследовать перспективные астероиды не просто, потому что приблизительно все они труднодостижимы. Причем, судя по составу метеоритов, исследовать надо много астероидов сразу в попытке найти иголку в стоге сена, которой там, вероятно, просто нет

2) Для того, чтобы их разрабатывать, нужен космический корабль класса BFR|Starship, с грузоподъемностью десятки или сотни тонн, но с совершенно другим, куда большим deltaV. А это либо атомный двигатель, которого нет даже в проектах, либо инфраструктура для производства топлива прямо на астероидах из ресурсов, которые там не факт, что имеются.

3) Путем несложных расчетов можно показать, что граница рентабельности для корабля класса BFR -- это десяток тонн металлов платиновой группы, привезенных за один рейс. А значит, никакой речи о том, чтобы просто привести астероидное вещество, и быть не может. Нужен еще и горно-обогатительный комплекс. Который нужно вписать в сто тонн полезной нагрузки, который будет работать без воды и гравитации, и который сможет накопать десять тонн платины за несколько лет

Итого, с самой оптимистичной точки зрения, проект добычи ресурсов на астероидах выглядит так:

Вам надо отправить десятки зондов, которые не факт, что что-то найдут, для того, чтобы найти подходящий астероид, который не факт, что существует, к которому надо будет отправить огромный атомный корабль, которого не существует, с горно-обогатительным комплексом на борту, который не факт, что возможно создать. И тогда, возможно, вы выйдете в ноль.

Теоретически, лет через 20 все может получится. Если у нас будет колония на Марсе и если в этом пруду (в смысле, на астероидах) в принципе есть что ловить. Но шансы так себе.

Edited at 2019-03-26 09:40 am (UTC)

Бурение,обогащение,скапливание концентрата в рамках несуществующего ГОКа с неизведанной технологией шанс появления которой очень-очень мал.

Проект лунной станции более реален чем эти фантазии из 80-ых.

Ну, в рамках сделанных здесь допущений уже есть не только база на Луне, но ещё и город на Марсе.

Просто большому атомному кораблю без этого будет особо некуда летать. Соответственно, он и не появится на ровном месте

Другими словами появление поддобного рода деятельности наврядли возможно в первой половине 21 века.Да и вообще в 21 веке.


Ну не знаю, Маск обещает людей на Марсе в 2024 году, а кто мы такие, чтобы спорить?

Если плясать от этой вне всякого сомнения удивительной цифры, то в середине 30-х можно что-то думать, потому как в 2040-х может появиться что-то большое и при этом способное слетать в главный пояс и обратно.

Да, ближе к середине века. Самый оптимистичный расклад, который приходит в голову. А неоптимистичный - это никогда, потому что нечего там ловить (если речь о доставке ископаемых на Землю, а не о строительстве Звезды Смерти прямо на месте)



Edited at 2019-03-29 02:23 pm (UTC)

Обещать незначить жениться.Чем больше хайпа,тем больше инвестиций.

Тут вопрос в целесобразности.Я бы даже сказал в прямом вопросе, который должен возникать у любого здравомыслящего человека - зачем ? Что там делать на Марсе ?Ну,кроме флаговтыка.

== Экстраполяция -- так себе метод прогнозирования в технике, особенно если экстраполировать производительность техники для забора научных проб на технику для промышленной добычи ==

Но и нынешние цены на труднодоступные химические элементы нельзя экстраполировать на случай развёртывания их добычи в космосе. При увеличении предложения цены тут же поедут вниз, и широкомасштабная промышленная добыча (которая по идее должна была бы отбить изначальные инвестиции) станет нерентабельной.

Конечно. Цены и без того гуляют вверх-вниз, рассчитывать на то, что они останутся более-менее постоянными можно только в том случае, если объемы вашей добычи не очень сильно повлияют на общие цифры.

То есть вот это вот "мимо земли пролетел астероид, в котором платины на 5 триллионов долларов" -- это бред не только потому, что нет там столько платины, но еще и по той причине, о которой вы написали

  • 1