Добыча ресурсов в космосе
Согласно международным исследованиям, к 2050 году ресурсы Земли будут полностью истощены, поскольку человечество потребляет значительно больше, чем природа может восстановить. По этой причине страны все чаще задумываются о добыче ресурсов из космических объектов - идет активный процесс развития в области освоения внеземных недр, усовершенствуются и модернизируются роботизированные станции и космическая инфраструктура. Особое внимание уделяется естественному спутнику Земли, где планируется создание жилых баз для освоения космического пространства, а также рассматривается возможность добычи полезных ископаемых на астероидах, так как данные космические тела можно перемещать на безопасную орбиту между Луной и Землей, что в будущем ускорит и упросит процесс добычи ресурсов.
Правовые особенности
Основу космического международного права составляет Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, подписанный в 1967 году. В документе регулируется широкий спектр вопросов, относящихся к исследованию и использованию космического пространства и небесных тел, в том числе закреплен запрет на национальное присвоение космического пространства.
Тем не менее в договоре существует пробел в вопросе урегулирования коммерческого использования космоса. В 2015 году страны начали разрабатывать законодательные акты, регулирующие коммерческую и частноправовую деятельность, связанную с использованием космоса. Соединенные Штаты Америки первыми подписали документ, снявший ограничения для американских частных компаний на добычу и продажу минералов на Луне и других небесных телах. США рассматривали возможность коммерциализации космической деятельности путем исследовательских разработок, полетов в космическое пространство и добычи космических ресурсов. Россия назвала данный законодательный акт спорным с международно-правовой точки зрения, поскольку страна в одностороннем порядке предоставила собственным компаниям неограниченные возможности на разработку минеральных ресурсов на небесных телах.
Позднее, в 2017 году, похожий документ был принят в Люксембурге, он предоставил компаниям право легализовывать извлеченные ими космические ресурсы. Важным нюансом принятого закона является то, что право собственности на добытые ресурсы возникает только после того, как они будут добыты: коммерческие компании не могут присвоить территорию, на которой находятся ценные ресурсы, а также само небесное тело. За первый год действия инициативы несколько иностранных космических компаний заключили официальные соглашения с правительством Люксембурга: Ispace (Япония), Blue Horizon (Люксембург и Германия), Deep Space Industries и Planetary Resources (США). Еще около 60 предприятий заявляли о своём намерении начать работу по добыче космических ресурсов и открыть представительства на территории европейского государства. Дополнительно в 2017 году с целью стимулировать добычу полезных ископаемых в космосе правительство страны выделило €200 млн на промышленное освоение астероидов. Благодаря инициативе доля доходов от космического сектора в экономике Люксембурга за один год возросла с 0 до 2% ВВП.
Различием принятых в США и Люксембурге законодательных актов, разрешающих частным компаниям добычу ресурсов в космосе, является область распространения принятых правовых норм. В первом случае они распространяются только на компании, базирующиеся в Соединенных Штатах. Во втором — на любую компанию, которая имеет представительство в Люксембурге либо получила письменное разрешение на деятельность в космосе от правительства.
В 2020 году США, Австралией, Великобританией, Италией, Канадой, Люксембургом, ОАЭ и Японией было подписано международное соглашение Артемида, регулирующее принципы сотрудничества и гражданскую деятельность по исследованию и использованию Луны, Марса, комет и астероидов в мирных целях. Соглашение остается открытым для подписания на неопределённый срок и уже сейчас к нему присоединились около 35 стран. Целью документа является создание безопасной и прозрачной среды, которая облегчит исследование, научную и коммерческую деятельность в космосе, в частности на Луне, Марсе, астероидах и кометах.
Страны-партнеры в рамках американской программы Артемида по исследованию Луны, возглавляемой космическим агентством NASA, совместно работают над созданием космических кораблей, технических средств и специализированного усовершенствованного снаряжения для людей. Так, например, Япония проектирует и в будущем соберет герметичный луноход для исследования поверхности земного спутника. NASA в рамках соглашения обеспечит запуск и доставку лунохода на Луну, а также предоставит два места японским астронавтам при высадке на лунную поверхность.
В 2019 году экономика космоса составляла $366 млрд, а через год после принятия соглашения Артемида оценивалась в $447 млрд. В данный показатель входят научные и иные программы государств, пусковые услуги, бюджеты космических агентств, новые технологии спутников и необходимая для них инфраструктура, а также бюджеты глобальных навигационных систем.
Ресурсы на космических телах в солнечной системе
В последние десятилетия космическая отрасль стремительно развивается, а естественный спутник Земли начинает привлекать многие космические компании благодаря своей близости и богатым запасам различных полезных ископаемых. Так, в привезенных американским космическим аппаратом «Аполлон-17» пробах лунного грунта учеными были обнаружены: железо, алюминий, магний, кремний, хром, фосфор и редкоземельные металлы — титан, молибден и рений. Кроме того, известно, что Луна содержит редкий изотоп гелия-3, который обладает большим энергетическим потенциалом.
На сегодняшний день изотоп на земле получают путем радиоактивного распада искусственно полученного трития, объем производства небольшой и составляет всего 18 кг в год, что недостаточно для промышленных нужд, поэтому в основном его используют в науке и медицине (например, в аппаратах МРТ).
Однако гелий-3 обладает большим энергетическим потенциалом. Согласно исследованиям, предположительно 1 тонна изотопа может произвести столько же электроэнергии, сколько сейчас вырабатывается при сжигании 15 млн тонн нефти. Гелий-3 рассматривается в качестве перспективной альтернативы другим видам топлива для будущих термоядерных электростанций, поскольку изотоп нерадиоактивен, полученная энергия будет являться экологически чистой. При современном уровне мирового потребления энергии такого количества лунного топлива хватит на 5-10 тысяч лет, что примерно в 10 раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива (газа, нефти, угля) на Земле. Так, все названные преимущества вовлекают в гонку за ресурсы Луны все больше стран мира.
В настоящее время Китай, США и Россия участвуют в космической гонке за освоение и добычу ресурсов на небесных телах. КНР стала первой страной, публично изложившей свои планы по освоению Луны. Программа состоит из 8 этапов, по итогу которых планируется построить исследовательскую базу к 2036 году. На сегодняшний день Китай завершил только 5 этап, в рамках которого с Луны был доставлен грунт из ранее неисследованного района. Китайские ученые предполагают наличие на Луне большого количества осмия, платины, палладия.
Китайская миссия «Чанъэ-6», стартовавшая 3 мая 2024 года, направлена на посадку аппарата, специально предназначенного для возвращения образцов с дальней стороны, в районе южного полюса Луны, который, согласно исследованиям, является наиболее подходящим местом для создания колонии. Зонд после нескольких дней пребывания и сбора образцов грунта возвращается на Землю, уже известно, что «Чанъэ-6» успешно завершил стыковку с орбитальным модулем возвращаемого космического аппарата на лунной орбите. Собранный материал позволит сравнить его с грунтом с видимой стороны Луны, а также определить химический состав и содержание разных видов полезных ископаемых. По итогам, ученые смогут дать научное объяснение различию двух сторон Луны, почему одна представляет из себя гладкую поверхность, а другая содержит огромное количество кратеров.
Дополнительно Китай сотрудничает с Россией по вопросам строительства международной научной лунной станции (МНЛС) к 2025 году. На первом этапе разрабатываются способы доставки и посадки крупных грузов на поверхность Луны, возвращение на Землю образцов пород, а также создание командного центра МНЛС. Во время второго этапа с 2031 по 2035 год планируется доставить на поверхность естественного спутника энергетический модуль, исследовательский модуль и комплекс для астрономических наблюдений для развертывания всей инфраструктуры международной научной лунной станции.
Соединенные Штаты Америки также разработали свой собственный план исследования Луны, а NASA к 2032 году планирует начать пробную добычу полезных ископаемых и других ресурсов на Луне. В ближайшее время будет отправлена тестовая буровая установка, способная добывать металлы, в том числе железо и алюминий из расплавленного реголита с помощью электролиза. Данный метод очень энергоемкий, и потому для его использования потребуется мощная электростанция. Если испытание пройдет успешно, в будущем NASA рассчитывает организовать более масштабную добычу ресурсов и создать на поверхности спутника завод по переработке ископаемых. Ожидается, что первыми использовать данный объект на Луне будут частные компании, которые планируют применять местные ресурсы для получения кислорода и топлива для ракет.
Космические компании разных стран также рассматривают возможность добычи ресурсов на некоторых планетах. Так, Марс привлекает внимание наличием огромных запасов железа, алюминия, вольфрама, лития, меди, рения, урана, кобальта, ниобия, цинка, золота и платины. В основном делается акцент на железо: в 2022 году ученые австралийского технологического университета Суинберна разработали технологию производства железа из подручных материалов на Марсе. Источником тепла выступает концентрированная солнечная энергия, а углерод производится при охлаждении газообразного угарного газа, который является побочным продуктом производства кислорода в атмосфере.
Венера привлекает страны большой концентрацией залежей кремния, алюминия, магния, железа, кальция, калия, титана, марганца и серы. Однако основной проблемой добычи ресурсов на планете является средняя температура в 460° С, атмосфера из углекислого газа и серные дожди, которые не позволят технике и людям пробыть на поверхности более 2-х часов. Несмотря на данный факт, австралийская компания Venus Metals Corporation планирует запустить в 2025 году космический корабль для добычи полезных ископаемых на Венере. Согласно проекту, будет создан роботизированный аппарат поиска и бурения шахт для добычи редкоземельных элементов, которые используются в различных электронных устройствах. Ученые компании считают, что на Венере существуют большие месторождения полезных ископаемых, применяемых в производстве батарей и магнитов.
Меркурий как планету, находящуюся ближе всего к Луне, некоторые эксперты предлагают использовать как электростанцию, поскольку огромное количество солнечного излучения обеспечит электричеством жилые и исследовательские базы на других небесных телах. Однако осложняет процесс освоения сохраняющаяся на планете средняя температура 427 °C днем и до – 170 °C ночью, поэтому Колонизация Меркурия невозможна в настоящее время из-за недостаточного уровня технического развития.
Ресурсы на астероидах
В нашей солнечной системе насчитывается огромное количество астероидов, однако лишь немногие из них могут быть использованы в качестве источника ценных ресурсов для человечества, которое рассматривает возможность добычи металлов и воды при помощи передовых технологий. Так, согласно данным Европейского космического агентства, пояс астероидов, расположенный между Марсом и Юпитером, содержит самое большое скопление астероидов (от 1 до 2 миллионов). Также небесные тела находятся за пределами пояса, например, возле Солнца рядом с Нептуном и орбитой Земли.
Ученые делят астероиды на классы в зависимости от их состава. Самыми распространенным являются астероиды C-класса, на поверхности которых имеется углерод, железо и другие вещества, в том числе кремний. К данному типу относят до 75% всех небесных тел в космосе. Следующий класс S состоит из кремния, никеля и железа и выделяется среди прочих повышенным содержанием силикатов. Последними, мало изученными, являются астероиды M-класса, которые также содержат в себе никель и железо.
Поскольку большинство астероидов состоит из силикатных минералов и углеродистых соединений, они содержат в себе запасы железа, титана, никеля, кобальта, металлов платиновой группы, золота, марганца. Некоторые ученые оценивают стоимость всех ресурсов Главного пояса астероидов в $700 квинтлн, для сравнения стоимость нашей планеты составляет приблизительно $60 трлн.
Однако, несмотря на значительную привлекательность редких минералов, не все астероиды пригодны для добычи ископаемых, поскольку нужно учитывать их размер и отдаленность от Земли. Из около 700 тыс. зарегистрированных космических тел в Солнечной системе ученые насчитывают только около 12 000 доступных для человека астероидов. Но даже из такого количества в ближайшем будущем можно разработать только 12 с учетом затрат энергии, стоимости отправки пилотируемой или автоматической миссии, расстояния до объекта, возможности изменения орбиты и ряда других факторов.
Досягаемыми для человека являются астероиды, орбиты которых находятся в пространстве между Марсом и Юпитером. Самым известным объектом в поясе астероидов является Психея, который содержит никель и железо. Его стоимость оценивается в $10 квинтлн. В 2023 году NASA запустила зонд к данному астероиду, предполагается, что аппарат достигнет космический объект к 2030 году. Основной целью зонда является картографирование и анализ поверхности астероида с нескольких орбит. Полученные детальные данные помогут с точностью определить основные минералы Психеи.
Другим примечательным астероидом является Итокава, который пересекает орбиты Земли и Марса. После доставки на Землю первого образца грунта исследователи выяснили, что большая часть поверхности астероида состоит из минерала оливина. В промышленности данный минерал используют для изготовления термостойкого стекла и огнеупорных материалов. В 2020 году с соседнего астероида Рюгу аппарат Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) доставил образцы, где были обнаружены также частицы оливина и шпинеля, который в прошлом заменял рубин в королевских драгоценностях. Стоимость данного объекта оценивается примерно в $83 млрд.
Космическое агентство NASA уделяет большое внимание исследованию астероидов. Так, в 2023 году в рамках программы серии космических запусков «Новые рубежи» по исследованию наименее изученных районов Солнечной системы американский межпланетный аппарат OSIRIS-REx доставил образцы горных пород с поверхности околоземного астероида Бенну. До 2025 года будут проходить исследования материалов для получения сведений об ископаемых, содержащихся на астероиде, а полученные результаты помогут узнать процесс формирования планет на начальных этапах и определить источник органических соединений, которые привели к образованию жизни на Земле.
Способы добычи ресурсов в космосе
Одним из известных и широко применяемых способов добычи ресурсов на Земле является разработка месторождений открытым способом. Данную практику можно использовать на астероидах и Луне, поскольку затраты, связанные со строительством карьера меньше, чем со строительством шахт, а также не требуют большого количества технического оборудования. Материал собирается с поверхности, поэтому на планетах с высокой температурой, отсутствием гравитации и быстрым вращением вокруг своей оси данный способ не практичен и не применим.
При невозможности открытого способа прибегают к строительству шахт. Данный способ обладаетпреимуществом в местах с высокой температурой и при работе глубоко в недрах космического объекта. Кроме того, для обеспечения хорошей работы необходима транспортная система доставки руды на поверхность и в центр обработки, которые увеличивают стоимость добычи полезных ресурсов в несколько раз. В экстремальных и непригодных для человека условиях применяются роботы, оснащенные специальными приспособлениями, позволяющими им удерживаться на поверхности. Использующиеся на Земле технологии горнодобывающей промышленности на основе силы тяжести и разницы в плотности материалов не применимы на некоторых астероидах и планетах из-за отсутствия гравитации.
Последним открытым учеными способом добычи в космосе является использование микроорганизмов. Бактерии способны катализировать извлечение ценных элементов из горных пород. Биодобыча более экологична, поскольку при ней не используются токсичные соединения. Ученые из Британского центра астробиологии в 2020 году проверили возможность применения бактерий на Луне, Марсе и астероидах. Исследовались последствия изменения гравитационных условий на рост микробов и их метаболические процессы. По итогу было выявлено, что из 3 видов бактерий только на 1 оказала влияние низкая гравитация.
При любом из вышеперечисленных способов добычи ресурсов в космосе возникает необходимость создания транспортной связи между космическим объектом и Землей. Кроме того, необходимо сформировать инфраструктуру, например, точки дозаправок, роботизированные станции, фундамент для переработки минералов. Поскольку процесс добычи происходит на объектах со слабым гравитационным полем, необходимо разрабатывать и использовать технологии, упрощающие работу в данных условиях. С большой вероятностью при каждом способе добычи будет использоваться не человеческий труд, а автоматизированные роботы: компаниям необходимо постоянно совершенствовать не только модель, но и программное обеспечение.
Одним из основных вызовов при добыче ресурсов в открытом космосе является разработка специализированного оборудования, способного работать в условиях невесомости и экстремальных температур. Только благодаря проведению постоянных научных исследований и реализации программ возможно формирование необходимой технической базы, которая позволит занять лидирующую позицию на мировом космическом рынке. Каждое государство оказывает значительную финансовую поддержку агентствам и компаниям, ежегодно анонсирующим проекты, направленные на освоение космоса и усовершенствование оборудования для добычи ресурсов с небесных объектов. Только благодаря комплексному подходу в развитии космической деятельности государства уже в обозримом будущем смогут обладать необходимыми техническими возможностями для освоения планет и астероидов.
Учредитель: АО «КОНСАЛТ»
Коныгин С.С.
Телефон редакции: 8 (991) 591-71-77, Электронная почта: info@repost.press