Видобуток корисних копалин у космосі: можливості, амбіції і реальність

Світ охопила лихоманка ресурсів: Україна зі США уклали “угоду століття” щодо розроблення родовищ, Китай намагається захиститися від незаконного вивезення корисних копалин з країни, а провідні виробники електроніки стурбовані ситуацією в Демократичній Республіці Конго. У цій країні з величезними запасами кобальту — а він незамінний у виробництві літій-іонних акумуляторів — регулярно спалахують військові конфлікти.

На тлі того, що відбувається, видобуток цінних для людини ресурсів у космосі видається привабливим. Він менше залежить від геополітичних ризиків, потенційно здатний задовольнити запити людства на століття вперед і знизити згубний вплив на природу. Про це вже неодноразово говорили в NASA і Геологічній службі США, але до практичної реалізації ще далеко, зважаючи на безліч стримувальних факторів і сумнівну раціональність.

Які корисні копалини в космосі становлять інтерес для людини

Законодавство США говорить, що “не можна володіти Місяцем або астероїдами, але можна володіти видобутими там матеріалами”. Точно так само, як ніхто не може володіти Світовим океаном, але водночас не заперечується право власності на виловлену в ньому рибу.

Яку ж “рибу” і де саме люди збираються ловити в космосі? Насамперед ідеться про видобуток корисних копалин на астероїдах, інших малих планетах і навколоземних об’єктах. Хоча Земля й астероїди були утворені зі схожих матеріалів, вони мають різний поверхневий склад. Самі астероїди теж неоднорідні за складом, який безпосередньо залежить від їхньої відстані до Сонця. Якщо в одних переважає вуглець, то в інших більше силікатів (солей кремнієвої кислоти), які також є породоутворювальними мінералами на Землі.

Крім кам’янистої частини, в астероїдах багато металу: переважно це нікель, кобальт, золото або платина, рідше трапляються іридій, паладій, осмій, рутеній і родій. Саме через те що мільйони років тому астероїди вдарялися об поверхню Землі, в її корі залишилися ці рідкісні метали. Решта були буквально втягнуті нашою планетою глибоко всередину, ближче до залізного ядра, силою гравітації.

Найповнішу інформацію про потенційні космічні “статки” містить база NASA Asterank, в якій понад 600 000 астероїдів. На основі їхньої маси, складу та інших відомих параметрів спеціальний калькулятор підраховує, які корисні копалини можна на них добувати і наскільки вони цінні. Завдяки Asterank вдалося з’ясувати, що всього десять найближчих до Землі астероїдів, гіпотетично, можуть принести вигоду в розмірі $1,5 трлн — але тільки після того як мінерали на них почнуть видобувати на постійній основі. Концентрації деяких металів в астероїдах вражають. Наприклад, подекуди у небесних тілах міститься до 100 г платини на тонну, а це більше, ніж у платинових копальнях Південної Америки. Водночас оцінка, яку дає база Asterank, вельми приблизна і не враховує таких важливих факторів, як складність і висока вартість видобутку або подальша доставка мінералів на Землю.

Найбільший інтерес становить астероїд 16 Psyche, розташований від Сонця втричі далі, ніж від Землі, у Головному поясі астероїдів між Марсом і Юпітером. Це яскравий представник астероїдів класу М — неймовірно важких, з величезними запасами заліза і нікелю, які займають від 30 до 60% об’єму. Науковці з’ясували це за допомогою радіолокаційних спостережень та вимірюючи, наскільки швидко астероїд притягує або повторно випромінює тепло. З огляду на те, що його діаметр становить близько 226 км, ринкова вартість металів, без урахування доставки на Землю, обчислюється квінтильйонами доларів. Подивіться, який вигляд має 3D-модель астероїда 16 Psyche — можливо, колись він зробить кожного жителя Землі мільярдером (але це не точно):

Не тільки гроші: що змушує шукати корисні копалини в космосі

Найцінніші для людства в космосі благородні метали, серед яких золото, срібло і платина. Економічну вигоду від їхнього видобутку на астероїдах, нехай поки що із застереженнями, можна обґрунтувати продажем на Землі. Тоді як кольорові метали (залізо, магній і алюміній) становлять зовсім інший інтерес: ними можна скористатися для створення інфраструктурних об’єктів прямо в космосі, наприклад, масивів сонячних панелей. Теоретично, це знизить витрати і допоможе подолати логістичні труднощі, пов’язані з доставкою всього необхідного із Землі.

Традиційні технології видобутку корисних копалин далекі від досконалості і справляють сильний вплив на навколишнє середовище. Це завжди масштабне будівництво, яке часто призводить до вирубки лісів і зниження біологічного різноманіття. Використання вибухових речовин і важкої техніки спричиняє ерозію та деградацію ґрунтів. Вугільні шахти забруднюють воду й повітря, що негативно впливає на здоров’я населення у регіоні видобутку. Якщо відмовитися від традиційних методів видобутку на Землі, люди поліпшать екологічну ситуацію, збережуть природні ландшафти та біорізноманіття для майбутніх поколінь.

Великі поклади корисних копалин часто розташовані в країнах з низьким рівнем життя, де процвітають кустарні методи видобутку, жорстоке поводження з робітниками та експлуатація дитячої праці. У цьому плані видобуток на астероїдах стане драйвером важливих змін в екологічному плані та допоможе уникнути важких соціальних проблем.

Хто вже намагався зробити крок до видобування мінералів у космосі

Ідея добувати позаземні корисні копалини не нова — перші зразки мінералів із космосу доправили і вивчили вчені ще у 1960-х. Однак реальні кроки до освоєння космосу в цьому контексті відбулися набагато пізніше. У 2007 році в Техасі заснували Shackleton Energy Company, аби розробити технологію видобутку мінералів на Місяці. З метою привернути увагу інвесторів організували краудфандингову кампанію, але вдалося зібрати менше 0,5% від суми, необхідної для фінансування задуму. Так ідея створення мережі заправних станцій у космосі провалилася, не набувши навіть більш-менш чітких обрисів.

Історія Planetary Resources, Inc., заснованої 2009-го, виявилася успішнішою. У довгостроковій перспективі компанія планувала займатися роботизованим видобутком ресурсів на астероїдах, проте почала з розвитку ринку недорогих космічних телескопів, оснащених лазерно-оптичними системами — їм належало стати першим кроком до реалізації основної мети. Ці телескопи планували використовувати для спостереження за Землею, зокрема для вивчення навколоземних астероїдів. У компанії були амбітні плани “додати трильйони доларів до світового ВВП”, їй вдалося завершити наземні випробування прототипу телескопа Arkyd-100 і захопити своєю ідеєю американську інжинірингову компанію Bechtel. Але все це закінчилося 2018-го — попри те, що в стартап інвестували такі впливові особи, як Ларрі Пейдж та Ерік Шмідт із Google, а також Чарльз Сімоні з Microsoft.

Схожу діяльність розгорнула компанія Deep Space Industries, яку називали конкурентом Planetary Resources, Inc. Вона планувала використовувати значну частину видобутих на астероїдах матеріалів (переважно воду) просто в космосі, щоб уникнути величезних витрат на паливо. І хоча обидві компанії зрештою досить швидко завершили свою діяльність, вони встигли сумарно ідентифікувати близько 15 000 астероїдів із найбільшим потенціалом для видобутку мінералів.

Серед тих, хто працює донині, варто відзначити японську компанію iSpace. Вона збирається налагодити на Місяці видобуток води і мінеральних ресурсів, а також надати іншим доступ до нових бізнес-можливостей на природному супутнику Землі. Наприкінці 2024 року iSpace спільно з геологорозвідувальним підприємством Magna Petra оголосили про майбутню місію, спрямовану на отримання комерційних обсягів ізотопу гелію-3 з реголіту на місячній поверхні.

Хоча значна частина стартапів, націлених на видобуток мінералів у космосі, зазнають невдачі, їхні ідеї захоплюють інших ентузіастів. А ті, зі свого боку, будують плани на використання ще не видобутих у космосі копалин і розвивають паралельні напрямки. Наприклад, заснована у 2018-му і дотепер наявна компанія Orbit Fab розробляє системи дозаправки супутників у космосі й успішно укладає контракти з Міністерством оборони США. Можливо, у майбутньому її паливо вироблятимуть безпосередньо в космосі. А поки вона поповнює запаси води на МКС і вже запустила перше космічне паливне депо на низькій навколоземній орбіті.

А хтось знайшов альтернативну нішу, проте не відмовився й від своєї основної місії — просто вважав за краще заробляти тут і зараз. Такого підходу дотримується каліфорнійська компанія Offworld: вона розробляє універсальних промислових роботів, які можуть виконувати видобувні операції не тільки на Землі, а й на Місяці, Марсі та астероїдах. Роботами керує штучний інтелект, тому вони повністю автономні в ухваленні рішень. Схожий напрямок розвиває британська компанія Asteroid Mining Corp., яка створює спеціальних роботів SCAR-E для дослідження кратерів і розвідки ресурсів на астероїдах. А поки що ці машини виконують інші завдання. Наприклад, вони здатні детально досліджувати корпуси космічних кораблів.

Стартап TransAstra, заснований у Кремнієвій Долині, успішно розв’язує задачу “останньої милі” в космосі — надає космічні буксири для транспортування супутників із точки прибуття до пункту призначення. Часто з метою економії в одну велику ракету-носій завантажують багато супутників, а вона доставляє їх на одну орбіту. Але для виконання своїх завдань вони мають розміститися на різних орбітах, і потрапити туди їм допомагають якраз буксирувальники на кшталт тих, що розробляє TransAstra. 

Ще один каліфорнійський стартап, AstroForge, заснований колишніми співробітниками NASA і SpaceX, бачить у майбутньому неабияку зацікавленість у використанні екологічно чистої енергії. А це автоматично означає зростання попиту на мінеральні ресурси, запаси яких на Землі обмежені, однак дуже потрібні для виробництва сонячних панелей, вітрових турбін, електроавтомобілів і супутніх інфраструктурних об’єктів. Тому в AstroForge працюють над відправкою в космос крихітного очисного “заводу”, який зможе витягувати метал з астероїдів і відправляти їх на Землю. З цією метою з різницею в кілька місяців були запущені місії Brokkr-1 і Odin, та обидві вони провалилися через проблеми зі зв’язком. Однак в AstroForge не відкидають ідею займатися видобутком і очищенням металів платинової групи, які у великих концентраціях містяться в астероїдах групи М.

Крім американців, видобутком корисних копалин у космосі цікавляться інші країни -— переважно ті, що ухвалили закони про космічні ресурси: Японія, Об’єднані Арабські Емірати, Люксембург. Японське космічне агентство JAXA спільно з Індійською організацією космічних досліджень (ISRO) планують на 2028 рік місію LUPEX із дослідження водяного льоду на Місяці та повернення на Землю місячних зразків. На цей самий рік намічено старт 13-річної Emirates Mission (EMA) для вивчення апаратом ОАЕ Головного поясу астероїдів. У межах цієї місії космічний корабель MBR Explorer здійснить подорож у 5 млрд км, щоб зібрати інформацію і підготувати ґрунт для майбутнього використання мінеральних ресурсів на астероїдах. Тим часом Люксембург прагне стати європейським центром космічного видобутку ресурсів. Щоправда, поки що це призвело лише до того, що було розроблено законодавчу базу і налагоджено партнерські стосунки з американською компанією Deep Space Industries, яка займається розвідкою води і мінералів у космосі.

Чому ми все ще не видобуваємо ресурси в космосі

Дослідники з Тель-Авівського університету якось змоделювали ситуацію, в якій людство успішно видобуває корисні копалини в космосі. Ізраїльтяни встановили, що це швидко зруйнує світову економіку сировини, оскільки призведе до девальвації сировинних ресурсів. Ціна золота обвалиться до 50 центів, інші рідкісні метали спіткає приблизно така ж доля. У результаті бідні країни з регіонів, що розвиваються, будуть приречені на голод, адже надто залежать від експорту корисних копалин.

Якщо відійти від результатів моделювання до реальних чинників, що обмежують видобуток мінералів у космосі, то вони більш передбачувані: все це дуже дорога і дуже складна затія. Саме тому реальні проєкти надалі залишаються у кресленнях і розрахунках, а не доходять до практичної реалізації. Наприклад, під час однієї з місій NASA OSIRIS-REx на Землю доставили фрагмент астероїда 101955 Бенну вагою 121 г, а сам проєкт, реалізація якого розтягнулася на сім років, обійшовся уряду США в $1,16 млрд. Це величезна ціна за “видобуток” такої скромної кількості матеріалу. Однак місія не була марною: дослідники виявили молекули, які необхідні для виникнення життя.

Складність і висока вартість таких місій багато в чому пояснюється недосконалістю технологій. Як стверджує Джоел Серсель, засновник і CEO каліфорнійського стартапу TransAstra, “необхідно здійснити кілька технічних проривів, щоб зробити можливим видобуток на астероїдах”. Людство потребує високоточних інструментів, які могли б ідентифікувати астероїди та виявляти серед них найцінніші, а також забезпечувати навігацію й м’яку посадку туди, адже ці небесні тіла практично завжди мають неправильну форму та нестійку поверхню.

Видобуток ресурсів у космосі стане можливим лише після того, як ми зуміємо спроєктувати та виготовити спеціальних роботів, які в суворих умовах космосу зможуть автономно займатись бурінням, видобутком, транспортуванням та багатьма іншими процесами. Якщо не орієнтуватися тільки на використання ресурсів на місці (ISRU), потрібно буде доставляти їх на Землю — з огляду на величезні відстані і витрати на паливо проєкт може не окупитися навіть через сотні років. Крім того, видобувна діяльність на астероїдах може вплинути на траєкторії їхнього руху і спровокувати появу додаткових обсягів космічного сміття.

Що далі?

Останнім часом людству вдалося знизити вартість космічних перевезень завдяки багаторазовим ракетам-носіям. Але це лише одна зі змінних у складній системі рівнянь. І цього катастрофічно мало, щоб всерйоз говорити про масштабний видобуток корисних копалин у космосі. Сьогодні ця ідея досягла такого рівня зрілості, коли з’явилися десятки стартапів, які або лише планують робити це в майбутньому, або створюють додаткову цінність зі своєї діяльності просто зараз — як та сама TransAstra. 

Астрофізик Ніл Деграсс Тайсон ще 2015 року заявив, що перший трильйонер з’явиться завдяки видобутку ресурсів на астероїдах. Через 10 років стало зрозуміло: людство зробило в цей бік всього один крок. А щоб подолати весь шлях, знадобиться дуже багато ресурсів і нові технологічні прориви. Деякі дослідники впевнені, що ключ до ефективної організації видобувних робіт на астероїдах та інших планетах може дати Місяць. Принаймні на його вивчення покладають великі надії, і заплановані найближчим часом місії Artemis допоможуть нам дізнатися більше про ресурси, якими він володіє.

У підсумку, попри велику кількість стартапів, інвестицій, ентузіастів і навіть обговорень на державному рівні, людство не вельми наблизилося до космічного видобутку в традиційному розумінні. А якщо й наблизиться, то тривалий час це буде невигідним, тому в коротко- і середньостроковій перспективі раціонально вкладати ті самі кошти в інші, більш перспективні проєкти. Наприклад, ті, що пов’язані з освоєнням космосу, пошуком альтернативних джерел енергії або “незамінних” мінералів для електронної промисловості.