какие ресурсы есть на марсе
Журнал «Все о Космосе»
Почти всё, что нужно для жизни на Марсе уже там есть
Мы продолжаем понимать, что Марс богат ресурсами, которые могли бы иметь жизненно важное значение для поддержки астронавтов на Красной планете в течение продолжительного времени. Вместо отправки ресурсов, таких как вода и материалы для создания жилищ человека на Марсе, может быть гораздо более экономически эффективно отправлять автоматических роботов, чтобы собирать ресурсы из марсианской поверхности и атмосферы, готовясь к прилёту людей.
Эта стратегия колонизации обсуждалась в научно-техническом информационном документе НАСА от апреля 2016 года, названном «Frontier In-Situ Resource Utilization for Enabling Sustained Human Presence on Mars» («Пределы использования местных ресурсов для обеспечения устойчивого присутствия человека на Марсе»), в документе утверждается, что информация, полученная с помощью марсоходов и орбитальных аппаратов позволяет предполагать, что на Марсе и так есть множество полезного. Более того, мы находимся на пороге разработки технологии, которая может быть важной для извлечения ресурсов автоматическими системами, чтобы сделать их доступными для астронавтов.
В последние годы, измерения марсоходов и марсианских спутников показали огромное количество воды в форме льда под верхним слоем почвы и в самой почве. Время от времени, в течение марсианского года, жидкая вода наблюдается на поверхности Марса. Если бы планета была ровной и лёд бы растаял, она была бы вся покрыта океаном много метров глубиной. Эти огромные запасы воды могут быть извлечены несколькими способами, и в сочетании с большим количеством углерода, находящегося в виде CO2, составляющего 95% атмосферы, можно использовать воду для производства жизнеобеспечивающих жидкостей, топлива, окислителя и пластика для транспорта и запчастей.
В предварительном плане всё начинается с воды. Отправляя поверхностное оборудование освоения ресурсов в области Марса с запасами грунтовых вод и отложений льда, становится возможно извлечь воду, которая является ключом к производству других материалов. Углерод, извлечённый из атмосферы, можно было бы использовать для создания широкого спектра необходимых материалов, от пластмассы до ракетного топлива и топлива для прогрева жилых помещений.
Минеральные ресурсы есть в изобилии, среди них железо, титан, никель, алюминий, сера, хлор и кальций. «Глиноподобные минералы также широко распространены в марсианской почве, что делает изготовление керамики для посуды и других целей весьма простым предприятием, – говорится в документе, – наиболее распространённым материалом на Марсе, по измерениям спускаемых аппаратов миссий «Викинг», был диоксид кремния (SiO2) – основная составляющая стекла, которое, таким образом, можно легко получить на Марсе с использованием методов песочного плавления, таких же, которые использовались на Земле тысячи лет». SiO2 также может использоваться для изготовления «многих важных стеклянных изделий, в том числе стекловолокна – отличного материала для создания различных структур».
Самое логичное, что можно сделать для защиты поселенцев от космической радиации и сильного холода – это создать жилое пространство под поверхностью, полностью заполняя полости в породах расширяемыми обитаемыми модулями. Раскопки грунта для создания жилых пространств также могут быть эффективным способом добычи подповерхностного водяного льда и освоения других необходимых приповерхностных ресурсов.
Если все это звучит знакомо, это потому что, да, это в значительной степени соответствует книге Кима Стэнли Робинсона «Красный Марс».
Для того, чтобы на самом деле создать марсианской форпост, подобный тому, что описан в работе НАСА (и / или книге «Красный Марс»), мы будем опираться на достижения в робототехнике и автоматике. В принципе, стоит послать роботов, чтобы начать строить наше марсианское поселение, прежде чем мы придём, и сохранять жилые помещения, установки производства пищи, иного оборудования. «Экипаж будет там, чтобы исследовать и колонизировать, а не обслуживать и ремонтировать. Любое время, потраченное, чтобы «просто жить там» и «вести домашний быт» должно быть сведено к минимуму – к наблюдению за правильной работой роботизированных систем», – говорится в материале.
Мы начинаем только слегка касаться разработки роботизированных систем, которые могли бы стать первопроходцами в создании нашего нового марсианского дома. Прототип такого инструмента под названием «Moxie» будет включен на марсоход 2020 года для извлечения кислорода из марсианской атмосферы. НАСА также рассматривает план запуска орбитального аппарата к Марсу в 2022 году, который будет искать ледяные отложения вблизи поверхности Красной планеты, помогая ученым выбрать идеальное место для марсианского поселения.
Самое главное, что нужные ресурсы уже сейчас ждут нас там. Нужно просто выяснить, как ими воспользоваться.
Как NASA будет добывать полезные ископаемые на Марсе?
Год 2038-й. Спустя 18 месяцев жизни и работы на поверхности Марса команда из шести исследователей садится обратно в космический аппарат и возвращается на Землю. На планете не осталось ни одной живой души, но работа здесь не останавливается ни на минуту. Автономные роботы продолжают добычу полезных ископаемых и доставляют их для переработки на фабрику химического синтеза, которая была построена за несколько лет до того, как на Марс впервые ступила нога человека. Фабрика производит из местных ресурсов воду, кислород, а также ракетное топливо, рутинно подготавливая запасы для следующей экспедиции, которая прибудет сюда через два года.
Как вам такой марсоход?
Эта роботизированная фабрика никакая не научная фантастика. Это проект, над которым в настоящий момент трудятся сразу несколько научных команд аэрокосмического агентства NASA. Одна из них, Swamp Works, работает в Космическом центре Кеннеди во Флориде. Официально разрабатываемая ими установка называется «системой утилизации ресурсов in situ» (ISRU), однако люди, которые над ней работают привыкли называть ее пылеулавливающей фабрикой, потому что она перерабатывает обычную пыль в ракетное топливо. Эта система однажды позволит людям жить и работать на Марсе, а также возвращаться при необходимости обратно на Землю.
Добыча полезных ископаемых на Марсе
Зачем вообще что-то синтезировать на Марсе? Почему просто не привезти все необходимое туда с Земли? Проблема в стоимости этого удовольствия. По некоторым оценкам доставка одного килограмма полезной нагрузки (например, топлива) с Земли на Марс — то есть, вывод этого килограмма на низкую околоземную орбиту, отправку его к Марсу, замедление космического аппарата при выходе на орбиту планеты и наконец безопасную посадку на поверхность – потребуется сжечь 225 килограммов ракетного топлива. Соотношение 225:1 – та еще эффективность. При этом те же цифры будут характерны при использовании любого космического корабля. То есть, для доставки той же тонны воды, кислорода или технического оборудования на Красную планету потребуется сжечь 225 тонн ракетного топлива. Единственный способ избавить себя от такой затратной арифметики – собственное производство воды, кислорода или того же топлива на месте.
Сразу несколько исследовательских и инженерных групп в NASA работают над решением различных аспектов этой проблемы. Например, команда Swamp Works из Космического центра Кеннеди недавно начала сборку всех отдельных модулей системы добычи полезных ископаемых. Установка представляет собой ранний прототип, но сочетает в себе все детали, которые будут необходимы для работы пылеулавливающей фабрики.
Долгосрочный план NASA направлен на колонизацию Марса, но сейчас агентство сконцентрировало все свои силы и внимание на Луне. Таким образом проверка большей части разрабатываемого оборудования будет проводиться сперва на лунной поверхности, что в свою очередь позволит решить все возможные проблемы, чтобы избежать их в будущем при использовании установки на Марсе.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Пыль и грязь на внеземном космическом теле принято называть реголитом. В общем смысле речь идет о вулканической породе, которая за несколько миллионов лет под воздействием различных погодных условий превратилась в мелкий порошок. На Марсе под слоем коррозийных минералов железа, которые дают планете ее знаменитый красноватый оттенок, лежит толстый слой кремниевых и кислородных структур, соединенных с железом, алюминием и магнием. Добыча этих материалов представляет собой очень сложную задачу, поскольку запасы и концентрация этих веществ может варьироваться от одной области планеты к другой. К сожалению, эта задача усложняется еще и низкой гравитацией Марса – копать в таких условиях, используя преимущество массы гораздо сложнее. На Земле для добычи полезных ископаемых мы обычно используем большие машины. Их размеры и вес позволяют прилагать достаточно усилий для того, чтобы «вгрызаться» в грунт. Везти на Марс такую роскошь будет совершенно непозволительно. Помните проблему стоимости? С каждым граммом, который будет отправлен на Марс, цена всего запуска будет постоянно возрастать. Поэтому в NASA работают над тем, как производить добычу минералов на Красной планете с использованием легковесного оборудования.
Космический экскаватор. NASA разрабатывает роботизированный экскаватор с двумя противоположными барабанными ковшами, вращающимися в противоположном друг от друга направлении. Такой подход позволит машине работать в условиях низкой гравитации и исключит необходимость в приложении больших усилий
Как добываются ресурсы на Марсе
Знакомьтесь, RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot) – автономный добытчик, разработанный с единственной целью – копать реголит в условиях низкой гравитации. При разработке RASSOR (читается как «рейзор» — от английского «лезвие») инженеры NASA уделили особое внимание его системе силовых приводов. Последние состоят из моторов, редукторов и других механизмов, составляющих основную массу всей установки. Здесь используются бескаркасные двигатели, электромагнитные тормоза, а также, среди прочих вещей, 3D-напечатанные титановые корпуса – все для того, чтобы минимизировать общий вес и объем конструкции. Как итог, система обладает примерно в половину меньшей массой, по сравнению другими приводами, имеющими аналогичные технические характеристики.
Для рытья RASSOR использует два оппозиционных барабанных ковша, каждый из которых оснащен несколькими зубьями для захвата материала. При движении аппарата барабанные ковши вращаются. Приводы, которые их удерживают, опускаются и барабаны, полые внутри, в буквальном смысле срезают верхний слой поверхностного реголита. Другими словами, комбайн производит забор лишь верхнего слоя материала, а не роет вглубь. Еще одной ключевой особенностью RASSOR является оппозитная конструкция – барабаны вращаются в разных направлениях. Это позволяет не применять большие усилия для забора грунта в условиях низкой гравитации.
Как только барабаны RASSOR заполняются, робот прекращает сбор и движется в сторону перерабатывающей фабрики. Для разгрузки реголита машина просто вращает барабаны в противоположном направлении – материал падает через те же отверстия в барабанах, через которые производился его сбор. Имеющая у фабрики своя роботизированная рука-подъемник собирает доставленный реголит и отправляет его на загрузочную ленту фабрики, которая в свою очередь доставляет материал в вакуумную печь. Там реголит будет разогреваться до высоких температур. Содержащиеся в материале молекулы воды будут выдуваться сухой газодувкой, а затем собираться с помощью охлаждающего термостата.
Вы возможно задаетесь вопросом: «а разве марсианский реголит изначально не сухой?». Сухой, но не везде. Все зависит от того, где и как глубоко вы будете копать. В некоторых областях планеты всего в нескольких сантиметрах под поверхностью имеются целые пласты водного льда. Еще ниже могут находиться сернокислая известь и песчаники, в которых может содержаться примерно до 8 процентов воды от общей массы массива.
После конденсации отработанный реголит выбрасывается обратно на поверхность, где RASSOR может его подобрать и отвезти в более удаленное от фабрики место. Эти «отходы» на самом деле представляют собой очень ценный материал, поскольку из него при помощи технологий 3D-печати, которые в настоящий момент также разрабатываются в NASA, можно будет создавать защитные сооружения для поселения, а также дороги и посадочные площадки.
Схема добычи полезных ископаемых на Марсе в картинках:
Разработка: Колесный робот производит забор реголита вращающимися ковшами с забороными отверстиями
Транспортировка: Вращающиеся в обратном направлении ковши-барабаны разгружают реголит в роботизированную руку фабрики
Переработка: Для извлечения воды из реголита его разогревают в печи, где происходит электролиз водорода и кислорода
Передача: После получения определенного объема вещества, другая роботизированная рука, оборудованная специальной защитной закрытой системой, загружает его на мобильный роботизированный танкер
Использование и хранение: Астронавты будут использовать воду и кислород для дыхания, а также выращивания растений; топливо будет храниться в виде криогенных жидкостей для будущего использования
Вся вода, которая будет добываться из реголита, будет проходить тщательную очистку. Модуль очистки будет состоять из многофазной системы фильтрации, а также нескольких деионизирующих подложек.
Какие полезные ископаемые можно добыть на Марсе
Жидкость будет использоваться не только для питья. Она станет важнейшим компонентом для производства ракетного топлива. При расщеплении молекул H2O с помощью электролиза на молекулы водорода (H2) и кислорода (O2), а затем компрессии и превращении в жидкость, можно будет синтезировать топливо и окислитель, которые наиболее часто применяются в жидкостных ракетных двигателях.
К счастью, на Красной планете его очень много. Марсианская атмосфера на 96 процентов состоит из молекул углекислого газа. Захват этого углерода – задача специальной морозильной установки. Если говорить простыми словами, она будет создавать из воздуха сухой лед.
Следующей интересной деталью перерабатывающей фабрики является омбилическая роботизированная рука для передачи жидкостей к цистерне мобильного танкера. Необычное в этой системе то, что она особым образом защищена от внешней среды и в частности пыли. Реголитная пыль очень мелкая и способна проникнуть практически везде. Поскольку сам реголит состоит из раскрошившейся вулканической породы, он очень абразивный (цепляется буквально ко всему), что может создать серьезные проблемы для работы оборудования. Лунные миссии NASA в прошлом показали насколько опасно это вещество. Оно нарушало показания электроники, приводило к заклиниванию механизмов, а также становилось причиной сбоев в термоконтроллерах. Защита электрических и жидкостных каналов передачи роботизированной руки, как и любой очень чувствительной электроники, является для ученых одной из самых приоритетных задач.
Так проходят испытания.
Программирование омбилической роботизированный руки для подключения к мобильному танкеру. Манипулятор будет использоваться для заправки танкеров жидким топливом, водой и кислородом
На каждой стороне омбилической камеры, установленной на роботизированный манипулятор, находятся дверцы, действующие как воздушные шлюзы, предохраняющие все внутренние каналы от пыли. Для соединения камеры с механизмом танкера требуется выполнить три шага: во-первых, после заполнения камеры требуется надежно закрыть дверцы с обоих сторон, чтобы создать защитный антипылевой барьер. Во-вторых, в каждой из дверей омбилической камеры необходимо открыть небольшие уплотнительные отверстия, через которые будет предоставляться доступ к каналам передачи ресурсов, установленным на специальной движущейся пластине. В-третьих, требуется выровнять положение каналов передачи омбилической камеры и каналов приема материала механизмом танкера, точно соединив между собой как электрические, так и жидкостные коннекторы.
Недавно инженеры, занимающиеся разработкой этого проекта, провели тестовую демонстрацию установки во Флориде. На этом этапе ученым пришлось прибегнуть к моделированию процессов электролиза и самой печи для сокращения расходов и сложности установки. Кроме того, была проведена симуляция получения с помощью воды трех продуктов переработки. Но в этом случае уже использовались прототипы как аппаратных, так и программных средств для всех частей установки.
Объединив все части вместе, инженеры Swamp Works смогли выяснить наличие тех или иных проблем в дизайне, а также определить некоторые важные детали, которые невозможно было бы определить, если бы подобные тесты проводились уже на последних стадиях разработки и интеграции. По словам разработчиков, быстрое создание прототипа и ранняя интеграция являются отличительный подходом к работе их команды. Благодаря этому можно быстро выяснить работоспособность той или иной идеи, а также определить все имеющиеся недостатки еще на ранней стадии.
Суть марсианской ракетно-топливной фабрики заключается в том, что все это оборудование будет упаковано в небольшую удобную коробку, доставлено на Красную планету, а затем самостоятельно распакуется и приступит к выполнению своей задачи задолго до того, как на Марс прибудут первые люди. Разработка пилотируемых экспедиций на Марс будет зависеть от эффективности этой автономной фабрики. Ведь без нее люди не смогут вернуться обратно на Землю по завершению своей вахты. Кроме того, в NASA также работают команды, которые занимаются вопросами выращивания всевозможных продуктов питания (включая картофель). Новый урожай планируется выращивать опять же автономным способом во время отправки людей Марс и их полетов обратно на Землю, чтобы людей всегда ждал свежий урожай.
В общем, проект по-настоящему гигантский и требует тщательной подготовки.
У NASA имеется большой запас опыта работы автономных роверов и посадочных модулей на Марсе. Например, самые последние марсоходы – «Кьюриосити», высадившийся на Красную планету в 2012 году и «Марс 2020», который отправится туда в 2020 году – обладают и будут обладать высоким уровнем автономности. Однако создание, доставка и использование марсианской ракетно-топливной фабрики в долговременной перспективе и с максимальным уровнем автономности потребует использования таких технологий, которые выведут космическую инженерию на совершенно новый уровень.
Для испытания робота-экскаватора NASA использует закрытую площадку, засыпанную более чем сотней тонн раздробленной вулканической породы. Минералы служат в качестве аналога мельчайшей и абразивной марсианской пыли
Когда мы будем жить на Марсе?
Для начала космической колонизации ученым и инженерам предстоит решить множество технических задач. Например, очень важно определить, подходит ли каждая разрабатываемая подсистема установки по добыче природных марсианских ресурсов для масштабирования. Сможет ли она удовлетворять все потребности и выйти на тот уровень пропускной способности, который будет необходим в рамках пилотируемых миссий на Красную планету.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Согласно недавним подсчетам специалистов NASA, подобная система примерно за 16 месяцев должна будет производить около 7 тонн жидкого метана и около 22 тонн жидкого водорода. Исходя из этого, для максимальной отдачи необходимо очень точно определить наиболее подходящие места для развертывания фабрики по сбору и переработке ресурсов. Кроме того, необходимо рассчитать сколько экскаваторов RASSOR потребуется доставить на Марс, а также сколько часов в сутки им необходимо будет работать, чтобы выйти на заданный план добычи. В конце концов нужно понять насколько большой должна быть морозильная установка для углерода, реактор Сабатье, а также сколько все это добро будет потреблять энергии.
Также ученым необходимо предусмотреть возможные форс-мажорные проблемы, которые могут помешать добыче и переработке ресурсов, потенциально задержав отправку следующей экспедиции на Красную планету. Необходимо оценить все возможные риски, связанные с этими проблемами и заранее разработать правильные и быстрые пути их решения, возможно оснастив систему дублирующими элементами для временной замены вышедшего из строя оборудования.
Необходимо убедиться, что роботизированные технологии смогут поддерживать операционную деятельность без остановки и необходимости в обслуживании в течении нескольких лет, поэтому их разработка будет проходить в строгом соответствии с установленными стандартами. Например, потребуется максимально снизить объем использующихся двигающихся частей. Таким образом можно будет минимизировать воздействие реголитной пыли на эффективность всей системы. Если же подойти к вопросу с другой стороны и начать разрабатывать двигающиеся части с более высокой устойчивостью к пыли, то это не только усложнит всю систему в целом, но еще и добавит к ней лишнего веса, который, как уже говорилось, равноценен золоту.
Ученым также предстоит выяснить, каким образом и в каких пропорциях мелкий и твердый реголит смешан со льдом под поверхностью Марса. Эти данные помогут более эффективно подготовить экскаваторы для добычи ресурсов. Например, текущая версия ковша RASSOR наиболее приспособлена для сбора реголита, смешанного с кусковым льдом. Однако данный дизайн будет менее эффективен при необходимости «вгрызаться» в более крупные пласты твердого льда. Для разработки более подходящего оборудования необходимо получить точное представление о распределении льда на Маре. Другой вариант – разработать более прочное, более сложное, более тяжелое и универсальное оборудование, которое сможет работать с любым видом почвы и плотностью ледяных пластов. Но, опять же, это лишние траты.
Еще нужно решить вопросы, связанные с долгим хранением сверхохлажденных жидкостей. Технологии хранения веществ и материалов под высоким давлением постоянно совершенствуются, но смогут ли современные технологии работать на поверхности Марса продолжительное количество времени?
Процесс сборки этого монстра.
В общем, в ближайшие годы ученые NASA будут заниматься решением всех этих проблемных вопросов. Инженеры Swamp Works в свою очередь продолжат повышать эффективность и готовность всех разрабатываемых компонентов их системы. Экскаваторы планируют сделать еще более крепкими и легкими. После этого планируется приступить к их испытаниям в искусственно созданных и максимально приближенных к марсианским условиях. Ученые также хотят повысить качество и эффективность печи, системы электролиза, а также разработать масштабируемую модель реактора Сабатье и холодильной установки для производства углерода. Разработчики уверены, что решение этих и многих других задач, приведет к тому, что пылесборочный прототип перестанет быть прототипом и в конце концов займется настоящей работой на поверхности Марса, обеспечивая будущих колонистов всеми необходимыми для жизни ресурсами.
Обсудить разработку марсианских экскаваторов и ресурсоперерабатывающей фабрики можно в нашем Telegram-чате.
Недра Вселенной: какие космические тела пригодны для добычи ископаемых и почему ученые сегодня против этого
За последние 100 лет численность населения возросла с 1,5 млрд до более чем 7 млрд человек — это обострило борьбу за и без того ограниченные ресурсы Земли. Технологические компании предлагают выход из этой ситуации — добывать полезные ископаемые в космосе. Однако ученые считают, что ископаемых в Солнечной системе может хватить максимум на 500 лет — затем они истощатся и получать новые ресурсы будет попросту неоткуда: расстояние до ближайшей к системе звезды составляет 4,2 световых года. «Хайтек» рассказывает, почему ученые предлагают решить проблему радикально — превратить 85% Солнечной системы в заповедник, реально ли добыть полезные ископаемые и доставить их на Землю.
Читайте «Хайтек» в
По данным Геологической службы США (USGS), темпы использования железа в промышленности удваиваются каждые 20 лет. Если в 1800 году промышленности по всему миру требовалось 450 тыс. т этого металла, то в 1994 году — уже 900 млн т. К 2016 году этот показатель вырос до 2,2 млрд т — и продолжает расти до сих пор.
Если люди начнут добывать ископаемые на планетах, лунах, астероидах и других телах в Солнечной системе, они частично истощатся примерно через 460 лет, подсчитали ученые Смитсоновской астрофизической обсерватории.
Исследователи обнаружили, что ежегодный прирост в 3,5% израсходует восьмую часть ресурсов Солнечной системы за 400 лет. В этот момент у человечества будет всего 60 лет, чтобы ограничить добычу и избежать полного истощения запасов полезных ископаемых.
«Если мы не задумаемся об этом сейчас и пойдем осваивать ближайшие космические тела, мы продвинемся вперед, а через несколько сотен лет столкнемся с экстремальным кризисом, намного хуже, чем сейчас на Земле. Как только вы заканчиваете добывать ресурсы в Солнечной системе, вам больше некуда идти», — рассказывает Мартин Элвис, старший астрофизик в Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже.
У этого ограничения есть две цели: защитить еще не освоенные миры от наихудших проявлений человеческой деятельности и избежать катастрофического будущего, в котором все ресурсы, находящиеся в пределах его досягаемости, будут использованы на постоянной основе. При этом Элвис отмечает, что восьмая часть всего железа в Поясе астероидов более чем в миллион раз превышает оценочные запасы железной руды на Земле, которых может хватить на несколько веков.
Конкретные области, добыча полезных ископаемых в которых окажется под запретом, астрофизики не называют. Этот вопрос требует более детального изучения, поясняют авторы исследования в статье в журнале Acta Astronautica.
Какие запасы полезных ископаемых существуют в Солнечной системе?
Космические тела в Солнечной системе интересуют ученых и предпринимателей с точки зрения добычи трех типов ресурсов — воды, металлов и газов. Вода необходима по большей части для будущих колонизаторов — как в качестве источника влаги для живых организмов, так и в виде топлива для космических кораблей при расщеплении на кислород и водород. Газы и тяжелые металлы (железо, никель, молибден, кобальт, золото, платина и другие) представляют интерес для Земли, где их запасы близки к истощению.
Естественный спутник Земли не представляет большого интереса в качестве объекта по добыче полезных ископаемых. В первую очередь, потому что Луна представляет собой базальтовое тело — то есть, по сути, ту же скалу, которая образует дно океана.
Самую большую ценность представляет собой гелий-3 — самый легкий из изотопов гелия, который в большом количестве (по разным оценкам, от 500 тыс. т до 2,5 млн т) содержится в поверхностном слое спутника, но редко встречается на Земле. Элемент может использоваться в электростанциях в качестве топлива, практически не загрязняющего окружающую среду. Гипотетически, при термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 т гелия-3 с 0,67 т дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн т нефти.
Однако Луна, как и Антарктида, защищена международным правом — ни одна страна не может претендовать на права на естественный спутник Земли. Кроме юридических, существуют физические ограничения — скорость убегания Луны. Чтобы вывести 1 кг материала из гравитации спутника, его необходимо разогнать до 2,4 км/с. Для сравнения, для того же самого результата на комете 67P/Чурюмова — Герасименко груз необходимо разогнать лишь до 1 м/c.
Вторая по близости к Земле планета, Марс, по геологическому строению похожа на нашу. Это значит, что на ней можно обнаружить все основные соединения, такие как железо, алюминий, вольфрам и так далее. Исследователи также обнаружили на Красной планете следы лития, меди, золота, цинка, никеля, кобальта, ниобия и других элементов. Другими словами, можно случайным образом указывать на элементы периодической таблицы Менделеева и с большой долей вероятности угадать те, которые можно найти на Марсе.
Ровер Opportunity также обнаружил на Марсе гематитовые сферы, богатые железной рудой — так называемые марсианские сфероиды. Последние не представляют интереса для промышленности и могут стать ценностью только для коллекционеров. Вода, азот и аргон могут быть использованы только для нужд будущих колонизаторов.
Часть элементов появилась на Марсе в результате астероидной бомбардировки. Другая сформировалась благодаря тому, что Красная планета и Земля образовались из одного облака газа и пыли. Однако концентрация веществ в марсианской почве, с высокой долей вероятности, невелика или сильно варьируется в зависимости от региона. Наряду с высокой стоимостью добычи и доставки ресурсов на Землю это делает Марс малопривлекательным местом для добычи полезных ископаемых для земной промышленности, — чего нельзя сказать о возможных будущих колонистах.
Венера
Венера и Земля — фактически близнецы по размеру, массе, составу и условиям, в которых они сформировались. Как и Земля, Венера имеет большое железное ядро и скалистую силикатную мантию, а ее кора, по аналогии с нашей планетой, базальтовая.
Судя по данным советских исследовательских аппаратов Venera 13, 14 и Vega 2, концентрация кремния, алюминия, магния, железа, кальция, калия, титана, марганца и серы в базальтах Венеры зависит от локации, однако в целом соответствует их концентрации на Земле.
Наблюдения также показали, что залежи этих минералов, вероятно, покрыты слоем полупроводников неизвестного происхождения — возможно, речь идет о железосодержащих минералах, таких как пирит или магнетит. Кроме того, на Венере присутствуют свинец и висмут, которым планета обязана своим ярким свечением на ночном небе.
Однако добыть эти минералы вряд ли удастся — давление на Венере в 92 раза выше, чем на нашей планете. Средняя температура составляет 460 °С — больше, чем на Меркурии, расположенном в два раза ближе к Солнцу. Такого жара хватит, чтобы расплавить свинец. Причина в особенном устройстве атмосферы планеты: вместо того, чтобы нагревать поверхность до тропического климата, как на Земле, облака отражают тепло и выжигают Венеру.
Ситуация усугубляется еще и тем, что на Венере отсутствует кислород — 96% атмосферы состоит из углекислого газа, а несколько раз в день на поверхности выпадают дожди из серной кислоты. Вряд ли хотя бы один известный науке организм проживет в таких условиях больше нескольких секунд, а техника — больше нескольких часов.
Пояс астероидов
Пояс астероидов — главный кандидат на добычу полезных ископаемых на космических телах и самый далекий от Земли среди перечисленных выше космических тел: расстояние от нашей планеты до ближайшей точки в поясе астероидов составляет 1,2 а.е. (180 млн км).
Астероиды в поясе делятся на два типа: водные и каменно-металлические. Первые содержат большое количество воды. Они, в общем-то, бесполезны для землян, но могут быть чрезвычайно ценным ресурсом для будущих космических колонистов: одного «водного» астероида может хватить на долгие-долгие годы снабжения космической колонии. Такой тип астероидов является наиболее распространенным, «водных» астероидов около 75% в нашей Солнечной системе.
В каменно-металлических астероидах много железа, никеля и кобальта. Кроме того, есть и золото, платина, родий, редкоземельные металлы и прочее. Само собой, ученых и представителей бизнеса больше всего интересуют металлические астероиды с максимальным содержанием металлов.
На большинстве астероидов обоих видов содержатся никель, железо, кобальт, на некоторых — платина, золото и аммиак. Проблема заключается в том, чтобы извлечь эти ресурсы и доставить их на Землю.
Экономическая выгода
Одно из самых больших препятствий в дополнение к еще не разработанному оборудованию для добычи ископаемых на астероидах и других описанных телах — транспортировка добытых ресурсов на Землю. Речь идет о миллионах и миллиардах метрических тонн ископаемых — в ином случае их просто нет смысла добывать. Современные ракеты и космические корабли с этой задачей справиться не смогут.
Юридические вопросы
Юридические ограничения в вопросах, связанных с разработкой астероидов, — это едва ли не самые сложные для будущей космической добывающей индустрии. Могут ли полезные ископаемые на космических телах принадлежать компаниям или частным инвесторам, правительствам или они являются собственностью всего человечества, как следует из Договора о космосе?
Некоторые страны — например, США и Люксембург — уже приняли законы, которые позволяют частным компаниям получить право на добычу ресурсов в космосе. Однако такие решения пока не согласуются с международным правом и не обсуждались с правительствами других государств.
Пока Договор о космосе, ратифицированный почти 100 странами, предполагает, что ни одна нация не может заявлять свои права на астероиды, планеты или любые другие космические объекты.