Стартовали сразу два проекта по доставке на Землю инопланетного вещества в промышленных масштабах. Ограниченность земных природных ресурсов и развитие космических технологий заставили человечество посмотреть на небо как на кладовую. проекты по освоению астероидов перекочевали со страниц фантастических книг в коммерческие предложения. участники обоих проектов рассказали «Деталям мира» как они намерены использовать пролетающие мимо Земли астероиды, строя на них рудники и «космодромы подскока».

382 килограмма

О возможности посещения внеземных тел и «в частности» астероидов люди задумывались уже сотни лет назад, задолго до начала космической эры. Идею использовать природные ресурсы астероидов еще в 1903 году, например, высказал великий российский мыслитель и ученый Константин Циолковский в труде «Исследования мировых пространств реактивными приборами». Тогда, более века назад, эта идея выглядела утопичной: человечество не обладало ни теорией, ни технологическими возможностями для космических перелетов. Но и сегодня, после 55 лет космической эры, в копилке человечества всего 382 с мелочью килограмма внеземного вещества, доставленного на Землю руками человека. Из них 382 кг лунного грунта доставлены в ходе американской программы «Аполлон», еще несколько сотен граммов лунного грунта привезли советские станции, плюс мизерное количество частиц, доставленных на Землю с астероида и кометы миссиями «Хаябуса» и Stardust соответственно.

Эти 382 кг лунного грунта — результат американо-советской ракетной гонки. Ведь ради одних только научных целей затевать столь дорогостоящие проекты не могла себе позволить ни одна космическая держава. На проект «Аполлон», например, было потрачено $135 млрд в ценах 2005 года. Отчасти из-за дороговизны подобных программ, отчасти из-за несовершенства ракетных технологий возможность доставки большой массы грунта для научных целей не с Луны, а с астероида в последние десятилетия никто всерьез даже не рассматривал. И уж тем более фантастичной казалась идея использовать ресурсы астероидов в народном хозяйстве.

Однако теперь ситуация изменилась. Дело сдвинули с мертвой точки сразу две научно-коммерческих инициативы,обнародованные в апреле в США.

Ионные двигатели

Разновидность электрического ракетного двигателя. Рабочим телом этих двигателей служит ионизированный газ (аргон, ксенон). Принцип действия основан на ионизации газа, его ускорении и выбросе электростатическим полем. Одним из важнейших показателей эффективности ракетного двигателя считается удельный импульс, равный отношению создаваемого двигателем импульса к массе потраченного топлива. удельный импульс напрямую связан со скоростью истечения газов. В ионных двигателях благодаря высокому отношению заряда частиц к массе ионы удается разогнать до весьма высоких скоростей (вплоть до 210 км/с по сравнению с 3-4 км/c у традиционных химических ракетных двигателей). Для работы двигателя требуется много электроэнергии, на околоземных орбитах ее могут обеспечить солнечные батареи, в условиях работы в дальнем космосе — ядерные установки. Главный недостаток ионных двигателей — слабая тяга (порядка 50-100 мН), которая не позволяет использовать двигатели при старте с Земли или других планет. С другой стороны, в условиях невесомости малая, но постоянная тяга в течение долгого времени способна придать космическим аппаратам скорости, недоступные химическим двигателям.

Почему сейчас?

Освоение астероидов привлекло ученых и коммерсантов в основном по двум причинам. Во-первых, к началу третьего тысячелетия ученые получили наконец более совершенные двигатели, которые по удельному импульсу на порядок превосходят традиционные ракетные (те, что выводили в космос и Гагарина, и всё, что до сих пор отправляется за пределы земной атмосферы). Эти ионные двигатели, предложенные еще полвека назад, лишь сейчас стали применяться в межпланетных перелетах, доказав свою эффективность на борту аппаратов Deep Space 1, Hayabusa, Dawn и GOCE.

Во-вторых, сегодня перед экономиками мира все острее встает вопрос доступности таких элементов, как золото, металлы платиновой группы и редкоземельные металлы. Цены на золото и платину сравнялись и достигают порядка $1600 за тройскую унцию, а китай буквально объявил редкоземельную войну, сосредоточив на своей территории более 90% мировой добычи этих элементов. В итоге находить альтернативные месторождения стало и можно, и нужно.

Миллиардеры-землекопы

В конце апреля мировые СМИ подхватили новость о том, что в США группа мечтателей-миллиардеров решила создать компанию по выявлению и освоению богатых драгоценными металлами околоземных астероидов. основателями компании Planetary Resources стали двое энтузиастов космоса — эрик андерсон и питер Диамандис, известные своими космическими коммерческими проектами. пожалуй, никто в мире так хорошо не разбирается в вопросах монетизации космоса, как эти люди: Андерсон занимался отправкой на МкС космических туристов, а Диамандис учредил фонд, выплативший $10 млн за первый частный пилотируемый полет в космос корабля SpaceShipOne.

Главной задачей Planetary Resources названа отправка к астероидам целых стай роботов-землекопов, которые станут добывать на них драгоценные металлы и отправлять эти сокровища на Землю. «Богатства Земли меркнут по сравнению с ресурсами Солнечной системы», — заявил андерсон. «Многие из металлов и минералов, едва встречающихся на Земле, в космосе представлены почти в безграничных количествах. Сделав эти элементы более доступными, мы не только снизим стоимость всего, что связано с микроэлектроникой и хранением энергии, но и поможем найти новые применения этим редким элементам», — вторит ему Диаман-дис. по расчетам компании, богатый платиноидами 500-метровый астероид может содержать металлов платиновой группы больше, чем когда-либо было добыто на Земле.

Подготовка к захвату

Вся одиссея космических авантюристов разделена на несколько технологических этапов.

Для начала Planetary Resources планирует в течение ближайших двух-трех лет вывести на околоземную орбиту несколько космических телескопов, направленных исключительно на поиски околоземных астероидов (NEA — Near-Earth Asteroids).

Стоимость каждого телескопа составит несколько миллионов долларов, их целью станет выявление тех астероидов, достичь которых энергетически не сложнее, чем Луны (таких насчитывается около 1500). Почему для этих целей не хватит уже существующих на Земле специализированных обсерваторий, в компании не поясняют.

В ходе второго этапа планируется отправка к выбранному астероиду группы из нескольких идентичных аппаратов для детального зондирования цели и выявления залежей драгоценных металлов. Выполнение данного этапа обойдется в $25-30 млн.

И, наконец, кульминацией миссии станет отправка на астероид группы автономных роботов, которым предстоит добывать на нем руду и, скорее всего, на месте выделять из нее редкоземельные металлы и платиноиды.

Космические залежи

Что касается платины, в отношении этого металла у авторов идеи поистине планы планетарного масштаба: они хотят ни много ни мало обрушить рынок этого драгоценного металла. «Я буду просто счастлив, если мы привезем столько платины, что цена на нее упадет раз в 20 или 50», — мечтает Андерсон. Подобно тому, как новые технологии добычи алюминия обрушили цены на него в XIX веке и привели к его массовому использованию в различных областях экономики, то же самое произойдет с платиной, считает Диамандис.

Добыча воды, еще одной важной составляющей астероидов, также названа одной из целей проекта. Воду планируется не просто добывать, но расщеплять на кислород и водород, чтобы использовать их для заправки будущих космических миссий, а также для пополнения запасов воды и дыхания астронавтов. Правда, когда на этой космической заправке появятся клиенты, непонятно. «Сейчас это выглядит, как если бы тяжелый нефтеналивной танкер бросил якорь у берегов средневековой Англии. Жители поняли бы, что нефть — полезный товар, но просто не знали бы, что с таким количеством делать, черпая ее деревянными ведрами», — считает американский историк космонавтики Дэвид Портри (David Portree).

Как вскопать астероид

Как добыча руды будет происходить в условиях почти нулевой гравитации, во сколько обойдется ее переработка и доставка чистых металлов на Землю, концессионеры умалчивают. И вообще, говоря о целях и способах реализации миссии, авторы используют обтекаемые формулировки и избегают каких-либо технических подробностей и минимальных расчетов. Например, в описании миссии ни слова не говорится о двигателях, которые будут использоваться для полетов к астероиду и обратно. На вопрос «Деталей мира» про двигатели, например, Крис Левицки (Chris Lewicki), главный инженер компании Planetary Resources, ответил так: «Аппараты будут использовать солнечно-электрические или солнечно-тепловые двигатели для доставки материалов к месту назначения».

А на конкретный вопрос о том, как будет добываться руда в условиях околонулевой гравитации, он ответил: «Работа вблизи слабогравитирующего астероида сродни стыковке корабля с космической станцией. Поскольку технология потребует извлечения материалов (из руды), мы разрабатываем несколько планов и решений». В случае успеха освоение астероидов основатели компании сравнивают с величайшими географическими открытиями. «Если оглянуться в прошлое, мы увидим, что двигало человечество к великим достижениям в освоении новых земель, — это был поиск новых ресурсов. Европейцы прокладывали маршруты за пряностями, американские поселенцы шли на запад в поисках золота, нефти, леса и новых земель», — проводит аналогию Диамандис.



Как бы то ни было, от маниловщины проект американских энтузиастов отличает главное — для его осуществления у них есть реальные деньги реальных миллиардеров. проект решили поддержать один из основателей Goggle Ларри пейдж, председатель совета директоров Google Эрик Шмидт и кинорежиссер Джеймс кэмерон.

Астероид с доставкой

Вторым проектом, кажущимся куда более дерзким и фантастичным, стало обоснование группой американских ученых миссии по доставке к окрестностям Земли небольшого астероида из тех, что относятся к околоземным. В 2010 году эксперты NASA посчитали, можно ли «поймать» и доставить к МкС к 2025 году для научных целей небольшой астероид диаметром до 2 м и массой не более 10 т. Тогда ответ получился отрицательный: слишком сложно на данном этапе технического развития обнаружить столь маленький астероид.

В 2011 году Институт космических исследований имени кека профинансировал глубокое исследование возможности доставить более крупный астероид, но уже не на околоземную орбиту, а хотя бы в пределы системы Земля — Луна. Такой трюк имел бы ряд преимуществ. Во-первых, доставка астероида в пределы лунной орбиты проще с энергетической точки зрения. А во-вторых, более крупные астероиды намного легче выявить, охарактеризовать и дать оценку их массы и габаритов. Напомним, что у подобных миссий есть два ограничения по массе и размерам астероидов. Снизу параметры ограничены возможностями телескопов, а сверху — энерго-и финансовыми затратами, необходимыми, чтобы притянуть другие тела к нашей планете за разумное время. И нишу таких астероидов удалось найти: ими оказались глыбы диаметром около семи метров и массой, в зависимости от плотности, 250-1000 т.



Подарив Земле, по сути, второй естественный спутник, ученым впервые в истории астрофизики удастся притянуть к себе природную научную лабораторию, готовую дать ответы на фундаментальные вопросы о происхождении Солнечной системы. Такое дерзкое вторжение в движение тел, миллионы лет вращавшихся по собственным орбитам, сулит человечеству выгоды, которые сегодня сложно переоценить.

По мнению ученых, осуществить миссию можно, объединив усилия таких крупных игроков космического рынка, как США, Россия, Европейское космическое агентство и Япония. Миссия по доставке астероида даст огромный технологический задел, который послужит будущим автономным экспедициям для изучения малых тел Солнечной системы.

Появление на орбите Земли нескольких сотен тонн первородного вещества позволит отправлять к нему пилотируемые миссии длительностью не в полгода, как того требуется для большинства NEA, а в несколько недель. Это даст возможность экипажу меньше времени тратить на полет и больше — на научную работу. Астероид, летающий в пределах 450 тыс. км от Земли, смогут изучать, кромсать для научных и экономических целей астронавты, для доставки которых в NASA уже разрабатываются транспортные системы соответствующей мощности.

Минеральные ресурсы астероида (и здесь цели пересекаются с мечтами основателей Planetary Resources) позволят добывать на нем компоненты химического ракетного топлива, материалы для защиты космонавтов от жесткого космического излучения, а также кислород и воду. по расчетам ученых, 500-тонный астероид С-класса может содержать до 200 т легких элементов (100 т воды и 100 т углеродистых соединений), а также 90 т металлов (83, 6 и 1 т железа, никеля и кобальта соответственно). Освоение такого астероида даст возможность использовать притянутый астероид как плацдарм (или аэродром подскока, как говорят в авиации) для будущих пилотируемых миссий в дальний космос.

Тянем-потянем...

Вся экспедиция автоматического зонда к выбранному астероиду будет проходить в несколько этапов. Вначале зонд выводится на околоземную орбиту ракетой Atlas. после этого 40-киловаттные ионные двигатели медленно увеличивают орбиту корабля, который спустя примерно четыре года по спирали приближается к астероиду. Вблизи его поверхности зонд проводит около 90 дней, изучая его форму, топографию и частоту вращения. Приблизившись к его поверхности, зонд, используя традиционные реактивные двигатели, цепляется за астероид, гасит его собственное вращение и при помощи специального захватывающего устройства начинает медленно тянуть к Земле. В зависимости от массы астероида на его доставку в пределы лунной орбиты может уйти от двух до шести лет.

Особую роль и сложность в подготовке миссии будет иметь выбор подходящего для доставки астероида, подчеркивают авторы разработки. Определение подходящей цели возможно лишь при осуществлении широких наблюдений за околоземными астероидами, сближающимися с Землей на минимальные расстояния. Именно в эти моменты наблюдения в оптическом диапазоне и радиолокация (например, с Голдстоунского радара) позволят максимально точно определить параметры астероидов. Сложнее всего дело обстоит с массой. Дело в том, что неточность в определении линейных размеров астероида в два раза дает неточность в объеме, а значит — в массе в восемь раз, а погрешность в определении его плотности может довести неопределенность определения массы до порядка. В решении этой проблемы могут помочь двойные астероиды, взаимное вращение которых с точностью определяет их массы (примерно каждый шестой околоземный астероид —двойной), однако, как правило, такие глыбы больше 60 м в диаметре.

Общая схема зонда уже разработана инженерами NASA. В полетной конфигурации основными элементами корабля станут две панели солнечных батарей, которые на расстоянии 1 а. е. от Солнца будут вырабатывать около 40 кВт электроэнергии для работы ионных двигателей. В процессе пролета через радиационные пояса Земли эффективность батарей может снизиться на 20%.



Основной двигательной установкой станут пять ионных двигателей Холла мощностью 10 кВт каждый, которые будут установлены с торцевой стороны приборного отсека на шарнирных подвесах. Одновременно на зонде смогут работать четыре двигателя. Внутри главного отсека будут находиться емкости с 12 т горючего — ксенона, рабочего газа ионных двигателей. Так что сухая масса всего зонда составит всего 5,5 т. Для ориентации зонда и для остановки собственного вращения астероида в приборном отсеке предусмотрены три малых реактивных двигателя, работающих на двухкомпонентном реактивном топливе. каждый двигатель имеет номинальную тягу в 200 Н, для компенсации вращения астероида предполагается истратить 300 кг топлива. Для захвата и транспортировки астероида с противоположной от ионных двигателей стороны будет расположена специальная надувная корзина диаметром 15 м с особыми захватами, которые обеспечат плотный контакт зонда с астероидом любой формы.

В качестве примера ученые рассчитали параметры миссии по доставке уже известного астероида 2008 HU4 диаметром 7 м и массой 1300 т. Стартовав в апреле 2018 года, зонд прибудет на астероид в январе 2020 года, в апреле того же года потянет глыбу к Земле и окажется внутри системы Земля — Луна в апреле 2026 года.

На основе анализа существующих и разрабатываемых космических систем ученые доказали принципиальную возможность доставки к Земле уже в ближайшее десятилетие астероида диаметром 7 м и массой 500 т для научных и экономических целей.

Конкурирующие фирмы

А вот что думают авторы обеих идей о своих проектах и конкурентах. «Их технология предполагает транспортировку астероидов лишь диаметром несколько метров с их естественных орбит к лунной. Наша же миссия нацелена на разработку астероидов, которая даст начало индустрии стоимостью в триллионы долларов и обеспечит почти бесконечный доступ к драгоценным ресурсам и росту человечества на Земле и за ее пределами», — рассказал «Деталям мира» крис Левицки, главный инженер Planetary Resources.

«Одно дело понимать, как устроить процессы добычи и переработки, и другое дело — реально организовать их. В космосе, как правило, на деле все оказывается сложнее, чем думаешь вначале», — считает инженер NASA Джон Брофи (John Brophy), разработчик миссии по доставке астероида к Земле.

Космическое право

За рассуждениями о преимуществах той или иной миссии по освоению астероидов не стоит забывать о правовых основах вмешательства человека в околоземное пространство. Дело в том, что договор, регулирующий деятельность человека в космическом пространстве, создавался в условиях холодной войны, когда все боялись размещения в космосе ядерного оружия и никто не думал, чем должна регулироваться добыча ископаемых на Луне или астероидах. Но теперь, похоже, юристам по имущественным делам придется готовиться к настоящим «звездным войнам».