2015 року США стали першою в історії країною, що дозволила своїм компаніям вести промисловий видобуток корисних копалин на астероїдах, Місяці та інших небесних тілах. Незабаром аналогічний закон було ухвалено у Люксембурзі, а потім в ОАЕ, Японії та деяких інших державах. Приблизно тоді ж на аерокосмічному ринку з’явилася низка стартапів, які задекларували за мету своєї діяльності початок промислового освоєння астероїдів.

Але наскільки реальні ці плани? Які цінні ресурси ми можемо знайти у космосі та чи здатен видобуток корисних копалин на інших небесних тілах дійсно бути комерційно вигідним?

Редакція Max Polyakov Space розбиралася у цих питаннях.

Матеріальні ресурси Сонячної системи

Спочатку поговоримо про те, що цінного можна знайти у космосі. Що здатна запропонувати нам Сонячна система?

Наразі всі потенційно корисні космічні ресурси можна розділити на дві основні категорії — матеріальні та нематеріальні. Так само першу категорію теж можна умовно поділити на дві групи. До першої увійдуть ресурси, життєво необхідні для створення постійних поселень на інших небесних тілах і підтримки їхнього нормального функціонування. Головними з них, безумовно, є кисень і водень. Вони здатні забезпечити космічних поселенців питною водою, повітрям для дихання та компонентами для створення ракетного палива.

Найбільш доступним джерелом цих елементів є водний лід. На Марсі він наявний у приповерхневому шарі на більшій частині території планети, а ось на Місяці його поклади можна знайти на дні ніколи не освітлених Сонцем полярних кратерів. Саме з цієї причини місячні полюси є основною метою для багатьох дослідницьких місій “ближнього прицілу”, які будуть реалізовані у поточному десятилітті (“Місяць-25”, VIPER, “Чан’є-6” тощо). Втім, за необхідності кисень та водень можна добути і з інших джерел. Наприклад, місячний реголіт містить досить велику кількість кисню в “пов’язаному” стані (у вигляді оксидів). Проведені вченими експерименти показали, що його можна вивільнити за допомогою електрохімічних реакцій.

До другої групи слід віднести ресурси, видобуток яких може становити інтерес з огляду на можливість їхньої подальшої доставки на Землю з метою комерційного продажу. Передусім це дорогоцінні метали і рідкісноземельні елементи. Вважається, що деякі з найбільших металевих астероїдів містять на порядок більше металів, аніж уся земна кора.

У космосі можна знайти й елементи, що практично не зустрічаються на нашій планеті. І головним з них є гелій-3 — ізотоп, який деякі вчені називають своєрідною “Меккою” термоядерної енергетики. Теоретичні розрахунки свідчать, що під час термоядерної реакції з використанням однієї тонни гелію-3 вивільняється енергія, еквівалентна згорянню приблизно 15 мільйонів тонн нафти.

Найближчим до Землі джерелом цього виключно цінного елементу є Місяць. Гелій-3 міститься в сонячному вітрі та поступово накопичується на поверхні супутника. За різними оцінками, на Місяці є від кількох сотень тисяч до декількох мільйонів тонн цього ізотопу.

Нематеріальні ресурси Сонячної системи

Крім різних корисних копалин і рідкісних ізотопів, космос здатен запропонувати нам іще один вельми цінний ресурс. Мова про орбітальні позиції, а точніше кажучи, найбільш вигідні орбіти для розміщення космічних апаратів і споруд.

З усіх експлуатованих на сьогодні орбіт найважливішою для людства, безумовно, є геостаціонарна (ГСО). Вона активно використовується для розміщення супутників зв’язку, погодних супутників і апаратів дистанційного зондування Землі. Водночас її ресурс далеко не безмежний. Супутники, які використовують подібні або близькі частотні діапазони, повинні перебувати між собою на значній відстані — інакше їхні сигнали можуть накладатися один на одного. У деяких випадках відстань між ними має бути не менше 10-15°, що дозволяє розмістити на ГСО не більше 24-36 космічних апаратів однакового частотного діапазону.

Відповідно до міжнародних норм, кожна держава на Землі має власну ділянку ГСО. Вона може як самостійно використовувати її, так і продати або здати в оренду. Багато країн так і роблять, використовуючи орбітальний ресурс як джерело поповнення бюджету.

Однак можна припустити, що й деякі інші навколоземні орбіти теж здатні стати предметом конкуренції між різними державами і приватними компаніями. Йдеться про найбільш вигідні орбітальні ешелони, які можна використовувати для розміщення супутникових мегасузір’їв, призначених для надання глобального інтернету. До того ж, на відміну від ГСО, за розподіл ресурсів якої відповідає Міжнародний союз електрозв’язку, для цих орбіт не існує жодного єдиного контролюючого органу — кожна космічна держава вирішує це питання самостійно. Наприклад, у США ліцензії на зайняття орбітальних ешелонів видає Федеральне управління цивільної авіації (FAA).

Вже зараз бачимо перші ознаки початку боротьби за цей ресурс серед приватних компаній. У той час, як SpaceX прагне якомога швидше зайняти найбільш вигідні орбіти, стрімко розгортаючи угруповання апаратів Starlink, їхні конкуренти з Blue Origin намагаються перешкодити цим планам, зокрема й шляхом подачі офіційних скарг до FAA.

Деякі території на поверхні небесних тіл теж можна вважати важливим ресурсом. Наприклад, на Місяці ними є так звані “піки вічного світла” — ділянки валів і центральні вершини найбільших полярних кратерів, які залишаються освітленими протягом майже всього року. Сусідство із покладами водного льоду перетворює їх на ідеальне місце для розміщення сонячних електростанцій, які можуть використовуватися для забезпечення енергією місячних баз. Зроблені автоматичними станціями знімки вже дозволили вченим ідентифікувати низку подібних “піків” на північному і південному полюсах супутника нашої планети.

Перспективи промислового видобутку корисних копалин

У ЗМІ часто можна зустріти твердження про воістину “космічні” вартості корисних копалин, схованих у надрах різних небесних тіл. Наприклад, у випадку з металевим астероїдом Психея фігурує оцінка у 10 квінтильйонів доларів. Здавалося б, настільки запаморочливі цифри вже роблять приреченими на успіх проекти із видобутку з них корисних копалин. Головне лише — зуміти довести справу до кінця.

На жаль, не все так просто. Навіть якщо не зважати на всі правові аспекти, видобуток корисних копалин є досить непростим заняттям з технологічної точки зору. Компанії або державі, яка вирішить зайнятися такою діяльністю, доведеться знайти відповідь на безліч вельми непростих запитань.

Першим з них є забезпечення надійного вилучення корисних копалин. Так, передбачається, що на деяких металевих астероїдах для видобутку руди досить лише, грубо кажучи, пошкребти поверхню. Але навіть якщо це й так, інженерам все одно необхідно придумати, як надійно збирати та зберігати цю речовину. Адже через дуже низьку силу тяжіння на астероїдах достатньо зовсім невеличкого зусилля, щоб видобутий матеріал назавжди полетів у відкритий космос. Це ж, до речі, стосується й космічної техніки.

Далі виникає питання людського фактора. У багатьох фантастичних книгах та фільмах фігурують такі собі “космічні шахтарі” — люди у скафандрах, що видобувають корисні копалини в космосі. Втім, вже зараз очевидно, що подібні картини навряд чи коли-небудь стануть реальністю. Участь людей багаторазово підвищує вартість космічних місій. Тож масове використання ручної праці у космосі, як це показують у кіно, є просто безглуздим. Ідеальним же варіантом є повна автоматизація всього процесу видобутку і доставки копалин. Але для цього конструкторам необхідно створити повністю автономні видобувні станції, які зможуть самі розгортатися, самостійно добувати руду і самі себе обслуговувати та ремонтувати механізми, що вийшли з ладу. Навряд чи варто пояснювати складність такого завдання.

Потім потрібно вирішити питання переробки — чи відправляти руду на Землю, чи організувати її переробку на місці? Перший варіант простіший, проте значно збільшує транспортні витрати. Другий дозволяє істотно заощадити на доставці, але водночас вимагає використання додаткового дорогого обладнання, яке треба доставити до місця видобутку, а потім зібрати його.

Зрештою, слід придумати, як організувати масову доставку зібраних матеріалів на Землю. Знову ж таки, це не так і просто. Сучасні космічні кораблі здатні повернути кілька тонн вантажу на Землю. У випадку ж із корисними копалинами, щоб зробити підприємство комерційно вигідним, має йтися про мільйони, а скоріше навіть мільярди тонн, які якимось чином потрібно неушкодженими провезти через земну атмосферу і безпечно посадити у заданій точці.

Так що, навіть незважаючи на вкрай спрощений опис всієї схеми, легко зрозуміти, наскільки складним з технологічної точки зору є процес видобутку корисних копалин у космосі. Він вимагає використання технологій, багато з яких або ще не існують, або перебувають у зародковому стані, не кажучи вже про значні капітальні вкладення.

Але, припустимо, якійсь компанії вдасться вирішити всі ці проблеми та налагодити масову доставку руди на Землю. Чи зробить це її керівництво трильйонерами? Насправді, не факт. Справа у тому, що висока вартість багатьох матеріалів визначається їхньою рідкістю. Наприклад, згадаймо алюміній, який іще у ХІХ сторіччі коштував дорожче золота. Опісля появи доступної технології його видобутку вартість металу миттєво впала. Як інший історичний приклад можна навести наслідки відкриття Америки, після чого в Європу почало надходити багато золота і срібла, що також призвело до помітного падіння цін на ці метали. Саме тому гучні заголовки про неймовірну вартість будь-якого астероїда насправді безглузді. Адже якщо якимось чином доставити всі заховані у ньому метали на Землю, це призведе до миттєвого обвалу цін.

Тобто, маємо цікавий парадокс. З одного боку, щоб бути вигідним, видобуток корисних копалин у космосі повинен бути масовим. З іншого — занадто “велика” масовість призведе до різкого падіння цін, що поставить під сумнів рентабельність бізнесу. До того ж не варто забувати й про альтернативні варіанти, які можуть бути економічно вигіднішими за видобуток копалин у космосі — при менших витратах. Серед них — пошуки нових родовищ на Землі, вдосконалення технології видобутку та повторної переробки.

Звичайно, все сказане вище не має стосунку до ресурсів, які можна знайти тільки у космосі, на кшталт уже згаданого гелію-3. У цьому випадку, через брак земних аналогів йому не загрожує знецінення. Однак тут теж є свої нюанси. Гелій-3 має цінність лише у контексті розвитку термоядерної енергетики. А ця галузь поки що теж перебуває у зародковому стані, і наразі досить складно прогнозувати, коли вона зможе перейти від стадії експериментальних установок до початку реального комерційного використання.

Місцеве використання корисних копалин

Хоча за уважного вивчення перспективи комерційного видобутку корисних копалин у космосі з їхньою доставкою на Землю мають вигляд зовсім не настільки райдужний, як заведено вважати, у них є й інше застосування. Ресурси інших небесних тіл можна використовувати для “місцевого” виробництва — будівництва паливних станцій, космічних кораблів та електростанцій.

І це цілком логічно. Адже, навіть незважаючи на зниження пускових розцінок, доставка вантажів у космос все одно залишається колосально дорогим задоволенням. Вартість доставки одного кілограма корисного навантаження на Місяць зараз вимірюється п’яти, а скоріше навіть шестизначними цифрами. А створення більш-менш великого поселення або бази потребуватиме доставки туди маси будматеріалів, що може розорити навіть найбагатшу країну.

На щастя, сучасні технології здатні запропонувати нам вихід. Мова про 3D-друк. Вже зараз різні космічні агентства і компанії вивчають питання щодо використання цієї технології для потреб позаземних поселень. І попередні висновки вельми оптимістичні. Так, нещодавно проведене компаніями Azimut Space і ESA дослідження показало, що за допомогою 3D-принтера з місячного реголіту можна виготовити монолітні цеглини. Вони можуть стати у пригоді не тільки для зведення споруд, а й для вирішення завдання збереження тепла. Результати експериментів говорять про те, що реголітні цеглини здатні накопичувати енергію, яку потім можна використовувати для обігріву внутрішніх приміщень.

Більше того, можливості 3D-принтерів не обмежуються лише виготовленням базових деталей. Їх можна використовувати і для створення інших компонентів космічних поселень — наприклад, сонячних батарей, захисних екранів або несучих конструкцій. Так що у перспективі 3D-друк здатен повністю революціонізувати процес освоєння інших тіл Сонячної системи. Замість того, щоб запускати на Місяць громіздкі відсіки і важке обладнання, досить буде доставити туди кілька принтерів, та побудувати все необхідне вже на місці.

Зрозуміло, це не означає, що описаний процес стане легкою прогулянкою. Необхідно створити 3D-принтер, який зможе працювати в умовах відкритого космосу, вирішити питання забезпечення його енергією, організувати видобуток і підвезення “будматеріалів”. Але в будь-якому випадку ці операції будуть значно простіші та дешевші за масовий видобуток корисних копалин з їхньою доставкою на Землю.

Звісно, для того щоб встановити ще один прапор на Місяці, людству, можливо, і не потрібно облаштовувати космічне виробництво. Але якщо воно дійсно хоче стати мультипланетним видом та підкорити Сонячну систему, йому доведеться навчитися використовувати її ресурси.