Wie die Erde enthalten Planetenkörper wie Mond, Mars, Asteroiden und Kometen große Vorkommen an wertvollen Ressourcen. Dies hat die Aufmerksamkeit von Forschern und der Industrie auf sich gezogen, in der Hoffnung, sie eines Tages zur Unterstützung einer Weltraumwirtschaft nutzen zu können.
Aber der Aufbau einer oberirdischen Bergbauindustrie wird nicht einfach sein. Schauen wir uns an, womit wir es zu tun haben.
Nutzung von Ressourcen vor Ort
Wenn Sie an oberirdischen Bergbau denken, können Sie sich vorstellen, Materialien aus verschiedenen Körpern im Weltraum zu extrahieren und sie zurück zur Erde zu bringen. Aber es ist unwahrscheinlich, dass es das erste kommerziell brauchbare Beispiel ist.
Wenn wir eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond aufbauen wollten, wie z Die NASA hat vorgeschlagen, müssten wir die dort lebenden Astronauten mit Nachschub versorgen. Ressourcen wie Wasser können nur bis zu einem gewissen Grad recycelt werden.
Gleichzeitig ist es extrem teuer, Ressourcen von der Erde aus zu starten. Seit 2018 ist er kostet etwa 3.645 AU$ um ein Kilogramm Materie in eine niedrige Erdumlaufbahn zu befördern, und mehr, um sie höher oder zum Mond zu befördern. Es ist wahrscheinlich, dass im Weltraum abgebaute Materialien im Weltraum verwendet werden, um diese Kosten zu sparen.
Die Ernte der benötigten Materialien vor Ort wird als „In-situ-Ressourcennutzung“ bezeichnet. Es kann alles beinhalten, vom Eisbergbau bis zum Sammeln von Erde, um Strukturen zu bauen. Die NASA untersucht derzeit die Möglichkeit, Gebäude auf dem Mond mit zu bauen 3d Drucken.
Der Bergbau im Weltraum könnte auch das Management von Satelliten verändern. Derzeitige Praxis ist es, Satelliten nach 10 bis 20 Jahren zu deorbitieren, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht. Eines der hochgesteckten Ziele von Raumfahrtunternehmen wie Orbit Fab ist es, einen Satellitentyp zu entwickeln, der es sein kann aufgetankt Verwendung von im Weltraum gesammelten Treibmitteln.
Es wäre schwierig, eine vollständige Überarbeitung des Designs der Satelliten zu erreichen. Aber auf lange Sicht könnte es die Branche revolutionieren. Foto: Shutterstock
Selbst für Satelliten in einer erdnahen Umlaufbahn ist die Energie, die benötigt wird, um sie vom Mond aus zu erreichen, geringer als die Energie, die benötigt wird, um sie von der Erde aus zu erreichen.
Welche Ressourcen stehen zur Verfügung?
Wenn es um oberirdische Bergbaumöglichkeiten geht, gibt es einige wenige Ressourcen, die sowohl reichlich als auch wertvoll sind. Einige Asteroiden enthalten große Mengen an Eisen, Nickel, Gold und Metallen der Platingruppe, die für Bau und Elektronik verwendet werden können.
Mondregolith (Gestein und Erde) enthält Helium-3, die in Zukunft zu einer wertvollen Ressource werden könnte, wenn die Kernfusion rentabel und weit verbreitet wird. Das britische Unternehmen Metalysis hat ein Verfahren entwickelt, das das könnte Sauerstoff aus Mond-Regolith extrahieren.
Das Eis ist sollte bestehen auf der Oberfläche des Mondes, in permanent beschatteten Kratern in der Nähe seiner Pole. Wir glauben auch, dass es Eis unter der Oberfläche von Mars, Asteroiden und Kometen gibt. Dies könnte zur Erhaltung des Lebens verwendet oder in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt und als Treibmittel verwendet werden.
Wie würden wir im Weltraum agieren?
In meiner Doktorarbeit (von Michael) ging es darum zu testen, wie Explorationstechniken funktionieren würden Mond und Mars. Unsere andere Arbeit umfasste die wirtschaftliche Modellierung für Eisbergbau auf dem Marsund Computermodellierung auf der Tunnelstabilität Auf dem Mond.
Einige Vorschläge für den oberirdischen Bergbau ähneln dem Bergbau an Land. Zum Beispiel könnten wir Mond-Regolith mit a abbauen Schaufelbaggeroder einen Asteroiden mit a abbauen Tunnelbohrmaschine.
Schaufelradbagger sind große Maschinen, die in Tagebauen, einschließlich Kohlebergwerken, eingesetzt werden und ein kontinuierliches Graben ermöglichen. Foto: Shutterstock
Andere Vorschläge sind weniger bekannt – wie die Verwendung von a Maschine ähnlich wie ein Staubsauger um Regolith in einer Röhre hochzuziehen (die bei Ausgrabungen auf der Erde nur begrenzt verwendet wurde).
Forscher der University of New South Wales in Sydney und der Australian National University schlagen die Verwendung vor Bioabbau. Dabei würden in einen Asteroiden eingeführte Bakterien bestimmte Mineralien verbrauchen und ein Gas produzieren, das dann von einer Sonde geerntet und gesammelt werden könnte.
Riesige Herausforderungen bleiben bestehen
Unsere Arbeit bei UNSW Australisches Zentrum für Weltraumforschung geht es darum, Wege zu finden, Risiken in einer Raumfahrtindustrie zu reduzieren. Natürlich sind die technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen zahlreich.
Die gleichen Startkosten, die so viele Menschen dazu bringen, mit dem Bergbau über der Erde zu beginnen, bedeuten auch, dass es teuer ist, Bergbauausrüstung in den Weltraum zu bringen. Der Bergbaubetrieb muss so schlank wie möglich sein, um rentabel (oder sogar machbar) zu sein.
Je weiter etwas von der Erde entfernt ist, desto länger dauert es, es zu erreichen. Es gibt eine Verzögerung von bis zu 40 Minuten, wenn ein Befehl an einen Mars-Rover gesendet und festgestellt wird, dass er erfolgreich war.
Der Mond hat nur eine Kommunikationsverzögerung von 2,7 Sekunden und kann aus der Ferne leichter ausgenutzt werden. Auch erdnahe Objekte haben erdähnliche Umlaufbahnen, und manchmal durch die Erde gehen in Entfernungen vergleichbar mit dem Mond. Sie sind ein idealer Kandidat für den Abbau, da sie wenig Energie benötigen, um sie zu erreichen und von ihnen zurückzukehren.
Angesichts der zusätzlichen Herausforderungen, Menschen in den Weltraum zu schicken, wie z. B. die Notwendigkeit des Überlebens, die Vermeidung von Strahlung und zusätzliche Startkosten, wird erwartet, dass der Abbau von Aliens größtenteils automatisiert oder ferngesteuert wird.
Aber auch Mining-Systeme auf der Erde sind noch nicht vollständig automatisiert. Die Robotik muss sich verbessern, bevor Asteroiden abgebaut werden können.
Während Raumfahrzeuge mehrmals auf Asteroiden gelandet sind und sogar Proben geborgen haben, die während Hayabusa 1 und 2 nach Woomera in Südaustralien zurückgebracht wurden Zuordnungen – unsere Gesamterfolgsquote bei der Landung auf Asteroiden und Kometen ist gering.
Im Jahr 2014 stürzte der zum Kometen 67P/Churyumov/Gerasimenko geschickte Lander Philae ab in einem Graben bei einem gescheiterten Landeversuch.
Der Lander Philae der Europäischen Weltraumorganisation, der die Raumsonde Rosetta begleitete, prallte zweimal ab, bevor er sich in einer ungünstigen Position in einem Graben niederließ. Foto: Wiki Commons, CC DURCH
Hinzu kommen Umweltaspekte. Space Mining kann helfen, zu reduzieren Abbaumenge auf der Erde benötigt. Dies ist jedoch der Fall, wenn der Bergbau außerhalb der Erde zu weniger, nicht mehr Raketenstarts führt oder wenn Ressourcen zurückgeschickt und auf der Erde verwendet werden.
Während das Sammeln von Ressourcen im Weltraum bedeuten kann, dass sie nicht von der Erde aus gestartet werden müssen, können mit dem Wachstum der Weltraumwirtschaft unweigerlich mehr Starts erfolgen.
Dann stellt sich die Frage, ob die vorgeschlagenen Mining-Techniken überhaupt funktionieren werden räumliche Umgebungen. Verschiedene Planetenkörper haben unterschiedliche (oder keine) Atmosphären, Schwerkraft, Geologie und elektrostatische Umgebungen (z. B. können sie aufgrund von elektrisch geladenem Boden sein Teilchen der Sonne).
Wie sich diese Bedingungen auf Operationen außerhalb der Erde auswirken werden, ist noch weitgehend unbekannt.
Aber die Arbeit ist im Gange
Obwohl noch in den Kinderschuhen steckend, entwickeln eine Reihe von Unternehmen derzeit Technologien für den oberirdischen Bergbau, die Exploration von Weltraumressourcen und andere Weltraumanwendungen.
Der Kanadier Raumfahrtunternehmen entwickelt die für das Leben im Weltraum notwendige Infrastruktur, darunter Sauerstoffgeneratoren und andere Maschinen.
Unternehmen mit Sitz in den USA Abseits der Welt entwickelt Industrieroboter für Operationen auf Erde, Mond, Asteroiden und Mars. Und die Asteroid Mining Company arbeitet auch an der Etablierung eines Marktes für Weltraumressourcen.
Michel Dello-Iacovogelegentlicher Gelehrter, UNSW Sydney und Serkan SaydamOberirdischer Bergbau, Future Mining, Bergbausysteme, UNSW Sydney
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