В 2015 году США стали первой в истории страной, разрешившей своим компаниям вести промышленную добычу полезных ископаемых на астероидах, Луне и других небесных телах. Вскоре аналогичный закон был принят в Люксембурге, а потом в ОАЭ, Японии и некоторых других государствах. Примерно тогда же на аэрокосмическом рынке появился ряд стартапов, задекларировавших в качестве цели своей деятельности начало промышленного освоения астероидов.
Но насколько реальны эти планы? Какие ценные ресурсы мы можем найти в космосе, и велика ли вероятность, что добыча полезных ископаемых на других небесных телах действительно будет коммерчески выгодной?
Редакция Max Polyakov Space разбиралась в этих вопросах.
Материальные ресурсы Солнечной системы
Вначале поговорим о том, что ценного можно найти в космосе. Что способна предложить нам Солнечная система?
На данный момент все потенциально полезные космические ресурсы можно разделить на две основные категории — материальные и нематериальные. В свою очередь, первую категорию тоже можно условно поделить на две группы. В первую войдут ресурсы, жизненно необходимые для создания постоянных поселений на других небесных телах и поддержания их нормального функционирования. Главными из них, безусловно, являются кислород и водород. Они могут обеспечить космических поселенцев питьевой водой, воздухом для дыхания и компонентами для создания ракетного топлива.
Наиболее легкодоступным источником этих элементов является водный лед. На Марсе он присутствует в приповерхностном слое на большей части территории планеты, а вот на Луне его залежи можно найти на дне никогда не освещаемых Солнцем полярных кратеров. Именно по этой причине лунные полюса являются основной целью для многих исследовательских миссий “ближнего прицела”, которые будут реализованы в текущем десятилетии (“Луна-25”, VIPER, “Чанъэ-6” и др.). Впрочем, при необходимости кислород и водород можно добыть и из иных источников. Например, лунный реголит содержит достаточно большое количество кислорода в “связанном” состоянии (в виде окислов). Проведенные учеными эксперименты показали, что его можно высвободить с помощью электрохимических реакций.
Ко второй группе можно отнести ресурсы, чья добыча будет представлять интерес с точки зрения их последующей доставки на Землю с целью коммерческой продажи. Это в первую очередь драгоценные металлы и редкоземельные элементы. Считается, что некоторые из крупнейших металлических астероидов содержат на порядки больше металлов, нежели вся земная кора.
В космосе можно найти и элементы, практически не встречающиеся на нашей планете. И главный из них — гелий-3, изотоп, который некоторые ученые называют своеобразной “Меккой” термоядерной энергетики. Теоретические расчеты показывают, что при термоядерной реакции с использованием одной тонны гелия-3 высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию примерно 15 миллионов тонн нефти.
Ближайший к Земле источник этого исключительно ценного элемента — Луна. Гелий-3 содержится в солнечном ветре и постепенно накапливается на поверхности спутника. По разным оценкам, в общей сложности на Луне имеется от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов тонн этого изотопа.
Нематериальные ресурсы Солнечной системы
Помимо различных полезных ископаемых и редких изотопов, космос способен предложить нам еще один весьма ценный ресурс. Речь об орбитальных позициях, а точнее говоря, наиболее выгодных орбитах для размещения космических аппаратов и сооружений.
Из всех эксплуатируемых на сегодняшний день орбит важнейшей для человечества, безусловно, является геостационарная (ГСО). Она активно используется для размещения спутников связи, погодных спутников и аппаратов дистанционного зондирования Земли. При этом ее ресурс далеко не безграничен. Спутники, использующие сходные или близкие частотные диапазоны, должны находиться между собой на значительном удалении — иначе их сигналы могут наложиться друг на друга. В некоторых случаях расстояние между ними должно быть не менее 10-15°, что позволяет разместить на ГСО не больше 24-36 космических аппаратов одинакового частотного диапазона.
Согласно международным нормам, каждое государство на Земле имеет собственный участок ГСО. При этом оно может как самостоятельно использовать его, так и продать либо сдать в аренду. Многие страны так и поступают, используя орбитальный ресурс как источник пополнения бюджета.
Впрочем, можно предположить, что и некоторые другие околоземные орбиты тоже могут стать предметом конкуренции между различными государствами и частными компаниями. Речь о наиболее выгодных орбитальных эшелонах, которые можно использовать для размещения спутниковых мегасозвездий, предназначенных для предоставления глобального интернета. В отличие от ГСО, за распределение ресурса которой отвечает Международный союз электросвязи, для этих орбит не существует никакого единого контролирующего органа — каждая космическая держава решает этот вопрос самостоятельно. Например, в США лицензии на занимание орбитальных эшелонов выдает Федеральное управление гражданской авиации (FAA).
Уже сейчас мы видим первые признаки начала борьбы за этот ресурс среди частных компаний. В то время как та же SpaceX стремится как можно скорее занять наиболее выгодные орбиты, стремительно развертывая группировку аппаратов Starlink, их конкуренты из Blue Origin пытаются помешать этим планам, в том числе и путем подачи официальных жалоб в FAA.
Некоторые территории на поверхности небесных тел тоже можно считать важным ресурсом. Например, на Луне ими являются так называемые “пики вечного света” — участки валов и центральные возвышенности наиболее крупных полярных кратеров, которые остаются освещенными в течение почти всего года. Соседство с залежами водного льда превращает их в идеальное место для размещения солнечных электростанций, которые могут использоваться для снабжения энергией лунных баз. Сделанные автоматическими станциями снимки уже позволили ученым идентифицировать ряд подобных “пиков” на северном и южном полюсах спутника нашей планеты.
Перспективы промышленной добычи полезных ископаемых
В СМИ часто можно встретить утверждения о поистине “космической” стоимости полезных ископаемых, заключенных в недрах различных небесных тел. Например, в случае с металлическим астероидом Психея фигурирует оценка в 10 квинтиллионов долларов. Казалось бы, столь головокружительные цифры уже по умолчанию делают обреченными на успех проекты по извлечению полезных ископаемых. Главное лишь — суметь довести дело до конца.
К сожалению, не все так просто. Даже если убрать в сторону все правовые аспекты, добыча полезных ископаемых — крайне непростая затея с технологической точки зрения. Компании или государству, которое решит заняться такой деятельностью, придется найти ответ на множество весьма и весьма непростых вопросов.
Первым из них является обеспечение надежного извлечения полезных ископаемых. Да, предполагается, что на некоторых металлических астероидах для добычи руды достаточно лишь, грубо говоря, поскрести поверхность. Но даже если это и так, инженерам все равно необходимо придумать, как надежно собирать и хранить это вещество. Ведь из-за очень низкой силы тяжести на астероидах достаточно совсем небольшого усилия, чтобы извлекаемый материал навсегда улетел в открытый космос. Это же, к слову, касается и космической техники.
Далее возникает вопрос человеческого фактора. Во многих фантастических книгах и фильмах фигурируют этакие “космические шахтеры” — люди в скафандрах, занимающиеся добычей полезных ископаемых в космосе. Но уже сейчас очевидно, что подобные картины вряд ли когда-нибудь станут реальностью. Участие людей существенно повышает стоимость космических миссий. Поэтому массовое использование ручного труда в космосе, как это показывают в кино, попросту бессмысленно. Идеальным же вариантом станет полная автоматизация всего процесса добычи и доставки ископаемых. Но для этого конструкторам необходимо создать полностью автономные добывающие станции, которые смогут сами развертываться, самостоятельно добывать руду и сами себя обслуживать и чинить вышедшие из строя механизмы. Вряд ли стоит объяснять сложность подобной задачи.
Затем нужно решить вопрос переработки — отправлять ли сырую руду на Землю или же организовать ее переработку на месте? Первый вариант проще, однако значительно увеличивает транспортные издержки. Второй позволяет существенно сэкономить на доставке, но при этом требует использования дополнительного дорогостоящего оборудования, которое надо доставить к месту добычи, а затем собрать его.
И наконец, необходимо придумать, как организовать массовую доставку собранных материалов на Землю. Опять же, это не так и просто. Современные космические корабли могут вернуть несколько тонн груза на Землю. В случае же с полезными ископаемыми, чтобы сделать предприятие коммерчески выгодным, речь должна идти о миллионах, а скорее даже миллиардах тонн, которые каким-то образом следует невредимыми провезти через земную атмосферу и безопасно посадить в заданной точке.
Так что, даже несмотря на крайне упрощенное описание всей схемы, легко понять, насколько сложен с технологической точки зрения процесс добычи полезных ископаемых в космосе. Он требует использования технологий, многие из которых либо еще не существуют, либо находятся в зачаточном состоянии, не говоря уже о внушительных капиталовложениях.
Но, допустим, какой-то компании удастся решить все эти проблемы и наладить массовую доставку руды на Землю. Сделает ли это ее руководство триллионерами? На самом деле, далеко не факт. Дело в том, что высокая стоимость многих материалов определяется их редкостью. Как пример можно вспомнить алюминий, который еще в ХІХ веке стоил дороже золота. После появления доступной технологии его добычи стоимость металла мгновенно упала. В качестве другого исторического примера можно привести последствия открытия Америки, после чего в Европу стало поступать много золота и серебра, что также привело к заметному падению цен на эти металлы. Именно поэтому громкие заголовки о невероятной стоимости какого-либо астероида на самом деле бессмысленны. Ведь если каким-то образом доставить все заключенные в нем металлы на Землю, это приведет к мгновенному обвалу цен.
Таким образом, налицо любопытный парадокс. С одной стороны, чтобы быть выгодной, добыча полезных ископаемых в космосе должна быть массовой. С другой — слишком “большая” массовость приведет к резкому падению цен, что поставит под вопрос рентабельность бизнеса. К тому же не стоит забывать и об альтернативных вариантах, которые могут быть экономически выгоднее добычи ископаемых в космосе — при меньших издержках. В их числе поиски новых месторождений на Земле, совершенствование технологии добычи и повторной переработки.
Конечно, все сказанное выше не относится к ископаемым, которые можно найти только в космосе, вроде уже упомянутого гелия-3. В этом случае, за неимением земных аналогов, ему не грозит обесценивание. Однако тут тоже есть свои нюансы. Гелий-3 имеет ценность лишь в контексте развития термоядерной энергетики. А эта отрасль пока что также пребывает в зачаточном состоянии, и на данный момент достаточно сложно прогнозировать, когда она сможет перейти от стадии экспериментальных установок к началу реального коммерческого использования.
Местное использование полезных ископаемых
Хотя при внимательном изучении перспективы коммерческой добычи полезных ископаемых в космосе с их доставкой на Землю выглядят далеко не так радужно, как принято считать, у них есть и иное применение. Ресурсы других небесных тел можно использовать для “местного” производства — строительства заправочных станций, космических кораблей и электростанций.
И это вполне логично. Ведь, даже несмотря на снижение пусковых расценок, доставка грузов в космос все равно остается колоссально дорогим удовольствием. Стоимость доставки одного килограмма полезной нагрузки на ту же Луну сейчас измеряется пяти, а скорее даже шестизначными цифрами. А создание любого, сколь бы то ни было крупного поселения или базы, потребует доставки туда массы стройматериалов, что может разорить даже самую богатую страну.
К счастью, современные технологии могут предложить нам выход. Речь о 3D-печати. Уже сейчас различные космические агентства и компании изучают вопрос использования этой технологии для нужд внеземных поселений. И предварительные выводы весьма оптимистичны. Так, недавно проведенное компаниями Azimut Space и ESA исследование показало, что при помощи 3D-принтера из лунного реголита вполне можно изготовить монолитные кирпичи. Они могут пригодиться не только для возведения сооружений, но и для решения задачи сохранения тепла. Результаты экспериментов говорят о том, что реголитные кирпичи способны накапливать энергию, которую затем можно использовать для обогрева внутренних помещений.
Более того, возможности 3D-принтеров не ограничиваются изготовлением базовых деталей. Их можно использовать и для создания других компонентов космических поселений — например, солнечных батарей, защитных экранов или несущих конструкций. Так что в перспективе 3D-печать способна полностью революционизировать процесс освоения других тел Солнечной системы. Вместо того чтобы запускать на ту же Луну громоздкие отсеки и тяжелое оборудование, достаточно будет доставить туда несколько принтеров, и построить все необходимое уже на месте.
Разумеется, это не означает, что описанный процесс станет легкой прогулкой. Необходимо создать 3D-принтер, способный работать в условиях открытого космоса, решить вопрос снабжения его энергией, организовать добычу и подвоз “стройматериалов”. Но, в любом случае, эти операции будут значительно проще и дешевле, чем массовая добыча полезных ископаемых с их доставкой на Землю.
Конечно, для того чтобы установить еще один флаг на Луне, человечеству, возможно, и не нужно обустраивать космическое производство. Но если оно действительно хочет стать мультипланетным видом и покорить Солнечную систему, ему придется научиться использовать ее ресурсы.