Desarrollo industrial de asteroides

El desarrollo industrial de asteroides implica la extracción de materias primas de asteroides y cuerpos espaciales en el cinturón de asteroides, y especialmente en el espacio cercano a la Tierra.

Recursos de asteroides

Varios minerales y elementos volátiles que se encuentran en las rocas de un asteroide o cometa pueden servir como fuente de hierro, níquel y titanio . Además, se supone que algunos asteroides contienen en su composición minerales que contienen agua, de los que se puede obtener agua y oxígeno , necesarios para sustentar la vida, así como hidrógeno  , uno de los principales tipos de combustible para cohetes . En el proceso de exploración espacial adicional , el uso de recursos espaciales será simplemente necesario.

Metales

Con un nivel suficiente de desarrollo de la tecnología, la extracción de elementos como el platino , el cobalto y otros minerales raros en un asteroide con su posterior envío a la Tierra puede reportar beneficios muy importantes. A precios de 1997 , un asteroide metálico relativamente pequeño con un diámetro de 1,5 km contenía varios metales, incluidos los preciosos, por un valor de 20 billones de dólares estadounidenses . [1] De hecho, todo el oro , cobalto , hierro , manganeso , molibdeno , níquel , osmio , paladio , platino , renio , rodio y rutenio actualmente extraído de las capas superiores de la Tierra son los restos de asteroides que cayeron a La Tierra durante un bombardeo temprano de meteoritos, cuando después del enfriamiento de la corteza una enorme cantidad de material asteroidal cayó sobre el planeta [2] [3] . Debido a la gran masa, hace más de 4 mil millones de años, la diferenciación de los intestinos comenzó a ocurrir en la Tierra, como resultado de lo cual, la mayoría de los elementos pesados, bajo la influencia de la gravedad, descendieron al núcleo del planeta, por lo que el la corteza resultó estar empobrecida en elementos pesados. Y en la mayoría de los asteroides, debido a su masa insignificante, nunca se produjo la diferenciación de los intestinos y todos los elementos químicos se distribuyen en ellos de manera más uniforme.

En 2004, la producción mundial de mineral de hierro superó los mil millones de toneladas. [4] A modo de comparación, un pequeño asteroide de clase M con un diámetro de 1 km puede contener hasta 2 mil millones de toneladas de mineral de hierro y níquel [5] , que es 2-3 veces la producción de mineral de 2004. El asteroide metálico más grande conocido (16) Psyche contiene 1,7⋅10 19 kg de mineral de hierro y níquel (que es 100 mil veces mayor que las reservas de este mineral en la corteza terrestre ). Esta cantidad sería suficiente para satisfacer las necesidades de la población mundial durante varios millones de años, incluso con un mayor aumento de la demanda. Una pequeña parte del material extraído también puede contener metales preciosos. La NASA planea comenzar a estudiar estos recursos con la nave espacial Psyche , cuyo lanzamiento está programado para 2023-2024 con una entrada en la órbita de Psyche en 2029-2030.

Agua y sus derivados

En 2006, el Observatorio Keck anunció que el asteroide troyano binario (617) Patroclus [6] , así como muchos de los otros asteroides troyanos de Júpiter , están compuestos de hielo y posiblemente sean núcleos cometarios degenerados . Otros cometas y algunos asteroides cercanos a la Tierra también pueden tener grandes reservas de agua. El uso de recursos locales para crear y mantener la viabilidad de la base ayudará a reducir significativamente el costo de extracción de materias primas.

Selección de asteroides

Uno de los principales factores de recuperación de la base minera es la elección de la trayectoria y el tiempo de vuelo correctos, así como un asteroide con un valor aceptable de la primera velocidad cósmica ( ). Una parte importante de los recursos extraídos se pueden gastar en el proceso de su entrega a la Tierra, y especialmente cuando parten de un asteroide y aceleran.

El segundo factor es la elección del objetivo. Actualmente, se desconoce la calidad del mineral y, en consecuencia, el costo y la masa del equipo requerido para extraerlo. Sin embargo, es bastante realista identificar mercados potenciales para los recursos extraídos en asteroides, con la consiguiente ganancia. Por ejemplo, ahorrar varias toneladas de agua en órbita terrestre baja (LEO) extrayéndola de un asteroide puede generar beneficios significativos en el campo del turismo espacial [7] .

Los asteroides cercanos a la Tierra son objetivos principales para el desarrollo industrial. El bajo valor los hace adecuados para la extracción de materiales de construcción para objetos espaciales cercanos a la Tierra, lo que reduce significativamente los costos económicos del transporte de carga a la órbita terrestre.

Un ejemplo de un asteroide más prometedor para la exploración es el asteroide (4660) Nereus . Este asteroide tiene una altura muy baja , incluso en comparación con la Luna, lo que facilita recoger materiales extraídos de su superficie. Sin embargo, para entregarlos a la Tierra, será necesario acelerar la nave a una velocidad mucho mayor.

Según la base de datos de Asterank, la extracción de recursos de los siguientes asteroides puede ser la más rentable desde el punto de vista económico [8] :

Botín

Hay tres opciones posibles para la extracción de materias primas:

  1. Extracción de mineral y su entrega al lugar de procesamiento posterior,
  2. Procesamiento del mineral extraído directamente en el lugar de extracción, con posterior entrega del material resultante,
  3. Mover un asteroide a una órbita segura entre la Luna y la Tierra. En teoría, esto podría ahorrar materiales extraídos en el asteroide.

El procesamiento de alta calidad de las materias primas directamente en el sitio de extracción reducirá significativamente el costo de transporte de los materiales extraídos, aunque esto requerirá la entrega de equipos adicionales al asteroide.

La extracción y el procesamiento de minerales en un asteroide requiere equipo especializado capaz de operar en condiciones de espacio abierto. Debido a la baja gravedad, incluso un impulso relativamente pequeño puede ser suficiente para sacar el equipo de la superficie del asteroide y volar al espacio exterior, por lo que todo el equipo debe estar bien sujeto. El atraque con un asteroide se puede hacer usando un arpón : se dispara un proyectil especial en la superficie del asteroide y se profundiza en él, sirviendo así como ancla, después de lo cual la nave o el equipo en sí es atraído a la superficie por medio de un cabrestante. y un cable unido al arpón. En este caso, es necesario que la superficie del asteroide sea lo suficientemente dura para que el arpón se fije de forma segura.

Hay varias formas posibles de extraer mineral:

  1. Los minerales se pueden extraer mediante un método similar al que se usa actualmente en las canteras. Dado que muchos asteroides están cubiertos con fragmentos de roca que se formaron como resultado de la caída de numerosos meteoritos [9] , este método es bastante aplicable.
  2. En los asteroides metálicos, la superficie puede estar cubierta con granos de metal, que pueden recogerse con un imán [10] .
  3. En los núcleos de los cometas degenerados, con la ayuda de la acción térmica, el agua y varios compuestos volátiles de los gases, como el hidrógeno, pueden extraerse y utilizarse como combustible [11] .
  4. Si la minería a cielo abierto no es posible y se requieren minas, será necesario construir sistemas de transporte para llevar el mineral de las minas a la superficie y al centro de procesamiento.
  5. Para garantizar el desarrollo de la producción y eliminar la necesidad de intervención humana en diversas situaciones de emergencia, es posible crear máquinas autorreproductoras en el asteroide. Por ejemplo, imagina una máquina que sea capaz de ensamblar su copia exacta del material extraído de la superficie de un asteroide en un mes (Mantrid's Paws). Luego, un mes después de la llegada, no una, sino dos máquinas trabajarán en el asteroide. Después de diez meses habrá hasta 1024, después de veinte más de un millón, después de 30 más de mil millones, y después de 40 más de un billón, y así exponencialmente. Así, en 5 años, dichos dispositivos podrán procesar más de la mitad de la masa total del asteroide (16) Psyche , el más masivo de los asteroides metálicos de clase M y uno de los diez asteroides más grandes del Cinturón Principal . Tales máquinas pueden usar silicio y metales extraídos para la construcción y ser alimentadas por paneles solares.

Debido a la gran distancia entre la Tierra y el asteroide, debido a la finitud de la velocidad de transmisión de la señal, habrá un retraso de señal bastante grande de varias decenas de minutos o incluso más, dependiendo de la distancia del asteroide a la Tierra. Así, para el funcionamiento de cualquier equipo minero es necesario un grado muy alto de automatización o la presencia de una persona directamente sobre el asteroide. También se necesitarán personas para solucionar problemas y mantener el equipo en funcionamiento. Por otro lado, un retraso en la comunicación de varios minutos no interfiere con los vehículos automáticos, por ejemplo, en la exploración de Marte, además, el uso de sistemas automatizados será más económico [12] .

En el próximo milenio, será posible mover un asteroide a una órbita segura entre la Luna y la Tierra aterrizando un robot constructor (o varios robots interconectados) en el asteroide, extrayendo una pequeña cantidad de recursos e imprimiendo en 3D en la ubicación deseada del asteroide. asteroide motor. Luego, el motor del asteroide se enciende y lo mueve a la órbita deseada. Y el robot constructor , habiendo completado su trabajo, va al próximo asteroide y repite sus acciones. Para acelerar el proceso de minería, también es posible que el robot imprima su copia antes de abandonar el asteroide.

Futuros proyectos de exploración de asteroides planificados

Véase también

Notas

  1. ↑ Lewis, John S. Mining the Sky: Untold Riches from the Asteroids, Comets, and  Planets . - Perseo, 1997. - ISBN 0-201-32819-4 .
  2. ↑ Universidad de Toronto (2009, 19 de octubre). Los geólogos apuntan al espacio exterior como fuente de las riquezas minerales de la Tierra. Archivado el 21 de abril de 2012 en Wayback Machine . Ciencia diaria
  3. ↑ James M. Brenan y William F. McDonough, " Formación de núcleos y fraccionamiento de silicato metálico de osmio e iridio a partir de oro Archivado el 6 de julio de 2011 en Wayback Machine ", Nature Geoscience (18 de octubre de 2009)
  4. ↑ " World Produces 1.05 Billion Tonnes of Steel in 2004 Archivado el 31 de marzo de 2006 en Wayback Machine ", Instituto Internacional del Hierro y el Acero, 2005
  5. ↑ Luis, 1993
  6. ↑ F. Marchis et al. , " Una baja densidad de 0,8 g/cm 3 para el asteroide binario troyano 617 Patroclus Archivado el 17 de octubre de 2012 en Wayback Machine ", Nature, 439, págs. 565-567, 2 de febrero de 2006.
  7. ↑ Sonter, Mark Mining Economics and Risk-Control in the Development of Near-Earth-Asteroid Resources (enlace no disponible) . futuro espacial. Consultado el 8 de junio de 2006. Archivado desde el original el 20 de junio de 2012. 
  8. ↑ Base de datos de asteroides y clasificaciones mineras: Asterrank . www.asterank.com. Consultado el 2 de marzo de 2016. Archivado desde el original el 14 de diciembre de 2019.
  9. ↑ L. Wilson, K. Keil, SJ Love.  Las estructuras internas y las densidades de los asteroides  // Meteoritics & Planetary Science : diario. - 1999. - vol. 34 , núm. 3 . - pág. 479-483 . -doi : 10.1111/ j.1945-5100.1999.tb01355.x .
  10. ↑ William K. Hartmann. La forma de Kleopatra  (inglés)  // Ciencia. - 2000. - vol. 288 , núm. 5467 . - P. 820-821 . -doi : 10.1126 / ciencia.288.5467.820 .
  11. ↑ David L. Kuck, "Explotación de oasis espaciales", Actas de la Duodécima Conferencia SSI-Princeton, 1995.
  12. ↑ Crandall WBC, et al. Por qué el espacio, recomendaciones de la revisión del Comité de Planes de Vuelos Espaciales Tripulados de los Estados Unidos  //  Servidor de documentos de la NASA: revista. — 2009.

Literatura

Enlaces

 Colonización del espacio
Colonización
del sistema solar		 Colonización del espacio
Terraformación
Colonización fuera
del sistema solar
Asentamientos espaciales
Recursos y Energía