Die Menschen werden bald den Weltraum verminen

Wie die Erde enthalten Planetenkörper wie Mond, Mars, Asteroiden und Kometen beträchtliche 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 abzubauen.

Aber der Aufbau einer außerirdischen Bergbauindustrie wird keine leichte Aufgabe sein. Schauen wir uns an, womit wir es zu tun haben.

In-situ-Ressourcennutzung

Wenn Sie an Off-Earth-Mining denken, stellen Sie sich vielleicht vor, Materialien aus verschiedenen Körpern im Weltraum zu extrahieren und sie zur Erde zurückzubringen. Dies ist jedoch wahrscheinlich nicht das erste kommerziell tragfähige Beispiel.

Wenn wir eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond aufbauen wollten, wie z Die NASA hat vorgeschlagen, müssten wir die dort lebenden Astronauten versorgen. Ressourcen wie Wasser können nur teilweise recycelt werden.

Gleichzeitig ist es extrem teuer, Ressourcen von der Erde aus zu starten. Ab 2018 ist es ungefähr gekostet $2.720 um ein Kilogramm Material mit Falcon 9 von SpaceX in eine erdnahe Umlaufbahn zu befördern, und mehr, um es höher oder auf den Mond zu befördern. Es ist wahrscheinlich, dass im Weltraum abgebaute Materialien im Weltraum verwendet werden, um diese Kosten zu sparen.

Die Ernte der vor Ort benötigten Materialien wird als „In-situ-Ressourcennutzung“ bezeichnet. Es kann alles beinhalten, vom Abbau von Eis bis zum Sammeln von Erde zum Bau von Strukturen. Die NASA untersucht derzeit die Möglichkeit, Gebäude auf dem Mond mit zu bauen 3d Drucken.

Der Bergbau im Weltraum könnte auch das Satellitenmanagement verändern. Die derzeitige Praxis besteht darin, Satelliten nach 10 bis 20 Jahren aus der Umlaufbahn zu bringen, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht. Ein hochgestecktes Ziel von Raumfahrtunternehmen wie Orbit Fab ist es, einen Satellitentyp zu entwickeln, der es sein kann aufgetankt Verwendung von im Weltraum gesammeltem Treibmittel.

Ein Satellit im Weltraum umkreist die Erde (im Hintergrund sichtbar)
Es wäre schwierig, eine vollständige Überarbeitung des Designs von Satelliten zu erreichen. Aber langfristig könnte dies die Branche revolutionieren. Shutterstock

Selbst für Satelliten im erdnahen Orbit 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 gibt es?

Wenn es um Off-Earth-Mining-Möglichkeiten 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 den Bau und die Elektronik verwendet werden können.

Mondregolith (Gestein und Erde) enthält Helium-3, die in Zukunft zu einer wertvollen Ressource werden kann, wenn die Kernfusion realisierbar und weit verbreitet ist. Das britische Unternehmen Metalysis hat ein Verfahren entwickelt, das dies könnte Sauerstoff aus Mond-Regolith extrahieren.

Eis ist voraussichtlich vorhanden sein auf der Mondoberfläche, an 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 Unterstützung des Lebens verwendet oder in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt und als Treibmittel verwendet werden.

Wie würden wir im Weltraum minen?

Meine (Michaels) Doktorarbeit beinhaltete das Testen, wie Explorationstechniken funktionieren würden Mond und Mars. Unsere andere Arbeit umfasste die wirtschaftliche Modellierung für Eisbergbau auf dem Marsund Computermodellierung auf der Stabilität von Tunneln Auf dem Mond.

Einige Vorschläge für den Bergbau außerhalb der Erde ähneln dem Bergbau auf der Erde. Zum Beispiel könnten wir Mond-Regolith mit a abbauen Schaufelradbaggeroder einen Asteroiden mit a abbauen Tunnelbohrmaschine.

Ein großer Schaufelradbagger, der in einem Kohlebergwerk eingesetzt wird.
Schaufelradbagger sind große Maschinen, die im Tagebau, einschließlich Kohlebergbau, eingesetzt werden und ein kontinuierliches Graben ermöglichen. Shutterstock

Andere Vorschläge sind ungewohnter – etwa die Verwendung von a vakuumähnliche Maschine um Regolith in einer Röhre hochzuziehen (die bei Ausgrabungen auf der Erde nur begrenzt verwendet wurde).

Forscher der University of New South Wales Sydney und der Australian National University schlagen die Verwendung vor Bioabbau. Dabei würden Bakterien, die in einen Asteroiden eingeführt werden, bestimmte Mineralien verbrauchen und ein Gas produzieren, das dann von einer Sonde geerntet und gesammelt werden könnte.

Riesige Herausforderungen bleiben bestehen

Unsere Arbeit bei der UNSW Australisches Zentrum für Weltraumforschung geht es darum, Wege zu finden, um Risiken in einer Raumfahrtindustrie zu reduzieren. Natürlich gibt es viele technische und wirtschaftliche Herausforderungen.

Die gleichen Startkosten, die so viele dazu bringen, mit dem Bergbau außerhalb der Erde zu beginnen, bedeuten auch, dass es teuer ist, Bergbauausrüstung in den Weltraum zu bringen. Der Bergbaubetrieb muss so leicht wie möglich sein, um kosteneffektiv (oder sogar durchführbar) zu sein.

Je weiter etwas von der Erde entfernt ist, desto länger dauert es außerdem, es zu erreichen. Es gibt eine Verzögerung von bis zu 40 Minuten, wenn ein Befehl an einen Mars-Rover gesendet und festgestellt wird, ob er erfolgreich war.

Der Mond hat nur eine Verzögerung von 2,7 Sekunden für die Kommunikation und ist möglicherweise einfacher aus der Ferne abzubauen. Auch erdnahe Objekte haben erdähnliche Umlaufbahnen, und gelegentlich an der Erde vorbeiziehen in Entfernungen vergleichbar mit dem Mond. Sie sind ein idealer Kandidat für den Abbau, da sie nur wenig Energie zum Erreichen und Zurückkehren benötigen.

Der Bergbau außerhalb der Erde müsste größtenteils automatisiert oder ferngesteuert werden, angesichts der zusätzlichen Herausforderungen, Menschen in den Weltraum zu schicken – wie z. B. die Notwendigkeit von Lebenserhaltung, die Vermeidung von Strahlung und zusätzliche Startkosten.

Allerdings sind selbst Bergbausysteme auf der Erde noch nicht vollständig automatisiert. Die Robotik muss verbessert werden, bevor Asteroiden abgebaut werden können.

Während Raumschiffe mehrmals auf Asteroiden gelandet sind und sogar Proben geborgen haben – die während der Hayabusa 1 und 2 nach Woomera in Südaustralien zurückgebracht wurden Zuordnungen – unsere Gesamterfolgsrate bei der Landung auf Asteroiden und Kometen ist gering.

Im Jahr 2014 stürzte die Landefähre Philae, die zum Kometen 67P/Churyumov/Gerasimenko geschickt wurde, berühmt ab in einen Graben bei einem misslungenen Landeversuch.

Lander Philae auf Kometenoberfläche
Der Lander Philae der Europäischen Weltraumorganisation, der die Raumsonde Rosetta begleitete, prallte zweimal zurück, bevor er sich in einer ungünstigen Position in einem Graben niederließ. Wiki-Commons, CC DURCH

Hinzu kommen Umweltaspekte. Bergbau im Weltraum kann helfen, die Menge des Bergbaus auf der Erde benötigt. Dies ist jedoch der Fall, wenn der Abbau außerhalb der Erde zu weniger und nicht zu mehr Raketenstarts führt oder wenn die Ressourcen zur Erde zurückgebracht und dort verwendet werden.

Obwohl das Sammeln von Ressourcen im Weltraum möglicherweise bedeutet, dass sie nicht von der Erde aus gestartet werden müssen, können mit dem Wachstum der Weltraumwirtschaft unweigerlich mehr Starts stattfinden.

Dann stellt sich die Frage, ob die vorgeschlagenen Mining-Techniken überhaupt funktionieren werden Weltraumumgebungen. Verschiedene Planetenkörper haben unterschiedliche Atmosphären (oder keine), Gravitation, Geologie und elektrostatische Umgebungen (z. B. können sie aufgrund von elektrisch geladenem Boden sein Teilchen von der Sonne).

Wie sich diese Bedingungen auf Operationen außerhalb der Erde auswirken werden, ist noch weitgehend unbekannt.

Aber die Arbeit ist im Gange

Obwohl es noch am Anfang steht, entwickeln eine Reihe von Unternehmen derzeit Technologien für den Off-Earth-Mining, die Exploration von Weltraumressourcen und für andere Anwendungen im Weltraum.

Der Kanadier Space Mining Corporation entwickelt die Infrastruktur, die für das Leben im Weltraum erforderlich ist, einschließlich Sauerstoffgeneratoren und anderer Maschinen.

US-amerikanisches Unternehmen OffWorld entwickelt Industrieroboter für Operationen auf der Erde, dem Mond, Asteroiden und dem Mars. Und der Asteroid Mining Corporation arbeitet auch daran, einen Markt für Weltraumressourcen zu etablieren.

Dieser Artikel, von Michael Dello-Iacovo, UNSW Sydney und Serkan Saydam, UNSW Sydney, wird neu veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative-Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel.

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