Добыча полезных ископаемых в космосе: возможности, амбиции и реальность

Мир охватила лихорадка ресурсов: Украина и США заключили «сделку века» о разработке месторождений, Китай пытается защититься от незаконного вывоза полезных ископаемых из страны, а ведущие производители электроники обеспокоены ситуацией в Демократической Республике Конго. В этой стране с огромными запасами кобальта — а он незаменим в производстве литий-ионных аккумуляторов — регулярно вспыхивают военные конфликты.

На фоне происходящего добыча ценных для человека ресурсов в космосе выглядит заманчивой. Она меньше зависит от геополитических рисков, потенциально может удовлетворить запросы человечества на столетия вперед и снизить пагубное влияние на природу. Об этом уже неоднократно говорили в NASA и Геологической службе США, но до практической реализации еще далеко ввиду множества сдерживающих факторов и сомнительной рациональности.

Какие полезные ископаемые в космосе представляют интерес для человека

Законодательство США гласит, что «нельзя обладать Луной или астероидами, но можно владеть добытыми там материалами». Точно так же, как никто не может владеть Мировым океаном, но при этом не оспаривается право собственности на выловленную в нем рыбу. 

Какую же «рыбу» и где именно люди собираются ловить в космосе? В первую очередь, речь идет о добыче полезных ископаемых на астероидах, других малых планетах и околоземных объектах. Хотя Земля и астероиды образовались из похожих материалов, они имеют разный поверхностный состав. Сами астероиды тоже неоднородны по составу, который напрямую зависит от их расстояния до Солнца. Если в одних преобладает углерод, то в других больше силикатов (солей кремниевой кислоты), которые также являются породообразующими минералами на Земле. 

Помимо каменистой части, в астероидах много металла: чаще это никель, кобальт, золото или платина, реже встречаются иридий, палладий, осмий, рутений и родий. Именно благодаря тому, что миллионы лет назад астероиды ударялись о поверхность Земли, в ее коре остались эти редкие металлы. Остальные были буквально втянуты нашей планетой глубоко внутрь, ближе к железному ядру, силой гравитации.

Самую полную информацию о потенциальных космических «богатствах» содержит база NASA Asterank, в которой более 600 000 астероидов. На основе их массы, состава и других известных параметров специальный калькулятор подсчитывает, какие полезные ископаемые можно там добывать и насколько они ценны. Благодаря Asterank удалось выяснить, что всего десять ближайших к Земле астероидов, гипотетически, могут принести выгоду в размере $1,5 трлн — но только после того как минералы на них начнут добывать на постоянной основе. Концентрации некоторых металлов в астероидах впечатляют. Например, в иных небесных телах содержится до 100 г платины на тонну, а это больше, чем в платиновых рудниках Южной Америки. В то же время оценка, которую дает база Asterank, весьма приблизительная и не учитывает такие важные факторы, как сложность и высокая стоимость добычи либо последующая доставка минералов на Землю. 

Наибольший интерес представляет астероид 16 Psyche, расположенный от Солнца в три раза дальше, чем от Земли, в Главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Это яркий представитель астероидов класса М — невероятно тяжелых, с огромными запасами железа и никеля, занимающими от 30 до 60% их объема. Ученые выяснили это с помощью радиолокационных наблюдений и измеряя то, как быстро астероид притягивает или повторно излучает тепло. Поскольку его диаметр составляет около 226 км, рыночная стоимость металлов, без учета доставки на Землю, исчисляется квинтиллионами долларов. Посмотрите, как выглядит 3D-модель астероида 16 Psyche — возможно, когда-то он сделает каждого жителя Земли миллиардером (но это не точно):

Не только деньги: что заставляет искать полезные ископаемые в космосе

Наиболее ценны для человечества в космосе благородные металлы, среди которых золото, серебро и платина. Экономическую выгоду от их добычи на астероидах, пусть пока с оговорками, можно обосновать продажей на Земле. В то время как цветные металлы (железо, магний и алюминий) представляют совсем другой интерес: ими можно воспользоваться для создания инфраструктурных объектов прямо в космосе, например, массивов солнечных панелей. Теоретически, это снизит расходы и поможет преодолеть логистические трудности, связанные с доставкой всего необходимого с Земли. 

Традиционные технологии добычи полезных ископаемых далеки от совершенства и оказывают сильное влияние на окружающую среду. Это всегда масштабное строительство, которое часто приводит к вырубке лесов и снижению биологического разнообразия. Использование взрывчатых веществ и тяжелой техники становится причиной эрозии и деградации почв. Угольные шахты загрязняют воду и воздух, что негативно влияет на здоровье населения в регионе добычи. Если отказаться от традиционных методов добычи на Земле, люди улучшат экологическую ситуацию, сберегут природные ландшафты и биоразнообразие для будущих поколений.

Большие залежи полезных ископаемых часто находятся в странах с низким уровнем жизни, где процветают кустарные методы добычи, жестокое обращение с рабочими и эксплуатация детского труда. В этом плане добыча на астероидах станет драйвером важных изменений в экологическом плане и поможет избежать тяжелых социальных проблем.

Кто уже пытался сделать шаг в сторону разработки минералов в космосе

Идея добывать внеземные полезные ископаемые не нова — первые образцы минералов из космоса были доставлены и изучены учеными еще в 1960-х. Однако реальные шаги к освоению космоса в этом контексте предприняли намного позже. В 2007 году в Техасе основали Shackleton Energy Company с целью разработать технологию добычи минералов на Луне. В попытке привлечь внимание инвесторов организовали краудфандинговую кампанию, но удалось собрать менее 0,5% от суммы, необходимой для финансирования замысла. Так идея создания сети заправочных станций в космосе провалилась, не обретя даже более-менее четких очертаний. 

История Planetary Resources, Inc., основанной в 2009-м, оказалась успешнее. В долгосрочной перспективе компания планировала заняться роботизированной добычей ресурсов на астероидах, однако начала с развития рынка недорогих космических телескопов, оснащенных лазерно-оптическими системами — им предписывалось стать первым шагом к реализации основной цели. Эти телескопы планировали использовать для наблюдения за Землей, в том числе для изучения околоземных астероидов. У компании были амбициозные планы «добавить триллионы долларов к мировому ВВП», ей удалось завершить наземные испытания прототипа телескопа Arkyd-100 и увлечь своей идеей американскую инжиниринговую компанию Bechtel. Но все это закончилась в 2018-м — несмотря на то, что в стартап инвестировали такие влиятельные лица, как Ларри Пейдж и Эрик Шмидт из Google, а также Чарльз Симони из Microsoft. 

Похожую деятельность развернула компания Deep Space Industries, которую называли конкурентом Planetary Resources, Inc. Она планировала использовать значительную часть добываемых на астероидах материалов (в основном воду) непосредственно в космосе, чтобы избежать огромных затрат на топливо. И хотя обе компании в итоге довольно скоро прекратили свою деятельность, они успели суммарно идентифицировать около 15 000 астероидов с наибольшим потенциалом для добычи минералов. 

Среди тех, кто работает по сей день, стоит отметить японскую компанию iSpace. Она намерена наладить на Луне добычу воды и минеральных ресурсов, а также предоставить другим доступ к новым бизнес-возможностям на естественном спутнике Земли. В конце 2024 года iSpace совместно с геологоразведочным предприятием Magna Petra объявили о будущей миссии, направленной на получение коммерческих объемов изотопа гелия-3 из реголита на лунной поверхности. 

Хотя значительная часть стартапов, нацеленных на добычу минералов в космосе, терпят неудачу, их идеи увлекают других энтузиастов. А те, в свою очередь, строят планы на использование еще не добытых в космосе ископаемых и развивают параллельные направления. Например, основанная в 2018-м и до сих пор существующая компания Orbit Fab разрабатывает системы дозаправки спутников в космосе и успешно заключает контракты с Министерством обороны США. Возможно, в будущем ее топливо будет производиться непосредственно в космосе. А пока она пополняет запасы воды на МКС и уже запустила первое космическое топливное депо на низкой околоземной орбите. 

А кто-то нашел альтернативную нишу, но не отказался и от своей основной миссии — просто предпочел зарабатывать здесь и сейчас. Такого подхода придерживается калифорнийская компания Offworld: она разрабатывает универсальных промышленных роботов, которые могут выполнять горнодобывающие операции не только на Земле, но и на Луне, Марсе и астероидах. Роботы управляются искусственным интеллектом, поэтому полностью автономны в принятии решений. Похожее направление развивает британская компания Asteroid Mining Corp., создавая специальных роботов SCAR-E для исследования кратеров и разведки ресурсов на астероидах. А пока эти машины выполняют другие задачи. Например, они способны детально исследовать корпуса космических кораблей.

Стартап TransAstra, основанный в Кремниевой Долине, решает задачу «последней мили» в космосе — предоставляет космические буксиры для транспортировки спутников из точки прибытия в пункт назначения. Часто из соображений экономии в одну большую ракету-носитель загружают много спутников, а она доставляет их на одну орбиту. Но для выполнения своих задач они должны разместиться на разных орбитах, и попасть туда им помогают как раз буксировщики вроде тех, что разрабатывает TransAstra. 

Еще один калифорнийский стартап, AstroForge, основанный бывшими сотрудниками NASA и SpaceX, видит в будущем большой интерес к использованию экологически чистой энергии. А это автоматически означает рост спроса на минеральные ресурсы, запасы которых на Земле ограничены, но очень нужны для производства солнечных панелей, ветровых турбин, электроавтомобилей и сопутствующих инфраструктурных объектов. Поэтому в AstroForge работают над отправкой в космос крошечного очистного «завода», который сможет извлекать металл из астероидов и отправлять их на Землю. С этой целью с разницей в несколько месяцев были запущены миссии Brokkr-1 и Odin, но обе они провалились ввиду проблем со связью. Однако в AstroForge не отбрасывают идею заняться добычей и очисткой металлов платиновой группы, которые в больших концентрациях содержатся в астероидах группы М. 

Кроме американцев, добычей полезных ископаемых в космосе интересуются другие страны — в основном те, что приняли законы о космических ресурсах: Япония, Объединенные Арабские Эмираты, Люксембург. Японское космическое агентство JAXA совместно с Индийской организацией космических исследований (ISRO) планируют на 2028 год миссию LUPEX по исследованию водяного льда на Луне и возвращению на Землю лунных образцов. На этот же год намечен старт 13-летней Emirates Mission (EMA) для изучения аппаратом ОАЭ Главного пояса астероидов. В рамках этой миссии космический корабль MBR Explorer совершит путешествие в 5 млрд км, чтобы собрать информацию и подготовить почву для будущего использования минеральных ресурсов на астероидах. Тем временем Люксембург стремится стать европейским центром космической добычи ресурсов. Правда, пока это привело лишь к тому, что была разработана законодательная база и налажены партнерские отношения с американской компанией Deep Space Industries, которая занимается разведкой воды и минералов в космосе.

Почему мы все еще не добываем ресурсы в космосе

Исследователи из Тель-Авивского университета как-то смоделировали ситуацию, в которой человечество успешно добывает полезные ископаемые в космосе. Израильтяне установили, что это быстро разрушит мировую экономику сырья, ведь приведет к девальвации сырьевых ресурсов. Цена золота обрушится до 50 центов, другие редкие металлы постигнет примерно та же участь. В результате бедные страны из развивающихся регионов будут обречены на голод, поскольку сильно зависят от экспорта полезных ископаемых.

Если отойти от результатов моделирования к реальным факторам, ограничивающим добычу минералов в космосе, то они намного более предсказуемые: все это очень дорогая и очень сложная затея. Именно поэтому реальные проекты все еще остаются в чертежах и расчетах, а не доходят до практической реализации. Например, в ходе одной из миссий NASA OSIRIS-REx на Землю был доставлен фрагмент астероида 101955 Бенну весом 121 г, а сам проект, реализация которого растянулась на семь лет, обошелся правительству США в $1,16 млрд. Это огромная цена за «добычу» столь скромного количества материала. Однако миссия не была напрасной: исследователи выявили молекулы, которые необходимы для возникновения жизни. 

Сложность и высокая стоимость подобных миссий во многом объясняется несовершенством технологий. Как утверждает Джоэл Серсель, основатель и CEO калифорнийского стартапа TransAstra, «необходимо осуществить несколько технических прорывов, чтобы сделать возможной добычу на астероидах». Человечество нуждается в высокоточных инструментах, которые могли бы идентифицировать астероиды и выявлять среди них наиболее ценные, а также обеспечивать навигацию и мягкую посадку туда, ведь эти небесные тела практически всегда имеют неправильную форму и неустойчивую поверхность. 

Добыча ресурсов в космосе станет возможной лишь после того как мы сумеем спроектировать и произвести специальных роботов, которые в суровых условиях космоса смогут автономно заниматься бурением, извлечением, транспортировкой и многими другими процессами. Если не ориентироваться только на использование ресурсов на месте (ISRU), нужно будет доставлять их на Землю — с учетом огромных расстояний и затрат на топливо проект может не окупиться даже через сотни лет. Кроме того, горнодобывающая деятельность на астероидах может повлиять на траектории их движения и спровоцировать появление дополнительных объемов космического мусора. 

Что дальше? 

За последнее время человечеству удалось снизить стоимость космических перевозок благодаря многоразовым ракетам-носителям. Но это лишь одна из переменных в сложной системе уравнений. И этого катастрофически мало, чтобы всерьез говорить о масштабной добыче полезных ископаемых в космосе. Сегодня эта идея достигла такого уровня зрелости, когда появились десятки стартапов, которые либо только планируют делать это в будущем, либо создают дополнительную ценность из своей деятельности прямо сейчас — как та же TransAstra. 

Астрофизик Нил Деграсс Тайсон еще в 2015 году заявил, что первый триллионер появится благодаря добыче ресурсов на астероидах. Спустя 10 лет стало ясно: человечество сделало в эту сторону лишь один шаг. А чтобы преодолеть весь путь, потребуется очень много ресурсов и новые технологические прорывы. Некоторые исследователи уверены, что ключ к эффективной организации горнодобывающих работ на астероидах и других планетах может дать Луна. По крайней мере, на ее изучение возлагают большие надежды, и запланированные на ближайшее время миссии Artemis помогут нам узнать больше о ресурсах, которыми она обладает. 

В итоге, несмотря на обилие стартапов, инвестиций, энтузиастов и даже обсуждений на государственном уровне, человечество не сильно приблизилось к космической добыче в традиционном понимании. А если и приблизится, долгое время это будет невыгодным, поэтому в кратко- и среднесрочной перспективе рациональнее вкладывать те же средства в другие, более перспективные проекты. Например, те, что связаны с освоением космоса, поиском альтернативных источников энергии или «незаменимых» минералов для электронной промышленности.