Asteroidide kaevandamine

Allikas: Vikipeedia
Kunstnike visioon asteroididelt kaevandamisest.
433 Eros on kivine asteroid Maalähedasel orbiidil

Asteroidide kaevandamine viitab võimalusele erinevate maakide kaevandamisele asteroididelt ja muudelt väikestelt planeetidelt, kaasaarvatud maalähedastelt objektidelt.[1] Mineraalseid ja gaasilisi maavarasid saaks kaevandada asteroididelt või komeetidelt, mis seejärel imporditaks Maale või tarbitaks kosmoses ehitusmaterjalidena. Kaevandavate maavarade hulka kuuluvad raud, nikkel ja titaanium ehituseks, hapnik ja vesi kosmonautidele kosmoses viibimiseks, samuti ka vesinik ja hapnik kosmosesüstikute kütuseks. Kosmoseuurinute puhul oleks materiaalselt kasulikum kasutada selle reisi jooksul kogutud ressursse, mitte vedada kõiki vajalikke materjale kaasa.

Eesmärk[muuda | redigeeri lähteteksti]

Põhinedes teadaolevatele maapealsetele reservidele ja arengumaade kasvavale tarbimisele, on põhjust spekuleerida, et peamised moodsas tööstuses kasutatavad materjalid, nagu tsink, tina, hõbe, plii, indium, kuld ja vask ammendavad oma varud Maal järgneva 50-60 aasta jooksul.[2] Sellest lähtuvalt on jõutud oletusteni, et plaatina, koobaltit ja muid väärismetalle saaks kaevandada asteroididelt ning seejärel saata materjal Maale. Samas oleks neid ressursse võimalik kasutada ka kosmoses, et ehitada päikeseenergial töötavaid satelliite ja linnakuid.[3][4] Samuti saaks jää töötlemisel saadud vett kasutada raketikütusena.[5][6][7]

Tegelikult on kogu kuld, koobalt, raud, mangaan, molübdeen, nikkel, osmium, palladium, plaatina, reenium, roodium, ruteenium ja volfram, mida kaevandatakse maakoorest, tulnud algselt asteroidide vihmast, mis tabas Maad peale maakoore jahtumist.[8][9][10]

2006. aastal teatas Kecki observatoorium, et Trooja asteroid 617 Patroclus[11] on kustunud komeet ja koosneb peamiselt jääst. Seda võib järeldada ka paljude teiste Trooja asteroidide kohta. Sama kehtib ka Jupiteri ümbruses olevate komeetide ja maalähedaste asteroidide kohta. Kosmoses tarbitavate materjalide leidumine ja võimalik töötlemine (näiteks raketikütuse, kiirgusarvestuse ja teiste suure massiga komponentide töötlemine) võib viia kosmosetehnika maksumuse langusesse.[1]

Jää täidaks ühe kahest nõudest, mis võimaldaks Päikesesüsteemis inimese poolt juhitud uuringud, pakkudes nii füüsilist kui ka majanduslikku jätkusuutlikkust.

Tegelikult pole inimeste reaale Maalt eemal viibimine võimalik ja ka vajalik, kuna see ületaks meie tänapäevased kogemused selles vallas ning samuti ületaks inimese füsioloogiliste võimete piirid. Üks praktiline lahendus oleks lähetada mitmeid autonoomseid „otsijaid“ ehk mobiilsed robotid, kasutada neid analüüsiks ja uuringuteks, et tuvastada asteroidi koostis ning tiirlemise orbiit ja tsükkel. Suure hulga metallide toomine Maale poleks vajalik ega mõistlik, sest enamus neist kulub just kosmosesse minevate tehnoloogiate väljatöötamiseks. Näiteks on vaja ferroniklit ja surve-vormitud silikaate erinevate kiibistike ehituseks, plaatinat vee ja metaani lagundamiseks algosakesteks ja kulda mikroprotsessorite tootmiseks null-gravitatsioonilises keskkonnas. Suures koguses väärismetallide transportimine Maale vähendaks järsult nende väärtust. Samas neid metalle kosmoses töödeldes oleks võimalik välja töötada uusi tehnoloogiaid ilma majandust drastiliselt mõjutamata. [1]

Astrobioloogilisest vaatenurgast pakuvad asteroidide geoloogilised uuringud teaduslikke andmeid uurimaks maavälist elu ja intelligentsi. Mõned astrofüüsikud oletavad, et kui maaväliselt arenenud tsivilisatsioonid on kunagi käinud asteroididel kaevandamas, siis oleks sellise tegevuse tunnused tuvastatavad.[12]

Asteroidide valimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Asteroidide valikul on oluliseks faktoriks asteroidi orbiidi ökonoomika. Eriti pööratakse tähelepanu orbiidi kiiruse muutumistele ja reisimise ajale, mis kulub asteroidini ja tagasi Maale jõudmiseks. Orbiidi kiiruse suurematel trajektooridel tuleb kaevandatavaid materjale kasutada rohkem mootorikütuseks ning seetõttu jääb materjale vähem üle.

Maalähedasi asteroide peetakse kõige tõenäolisemateks kandidaatideks kaevandamise katsetamiseks. Nende madal kiirus aitab kergendada Maalt saadetavate seadmete kiiret ja võimalikult ökonoomset kohale jõudmist ning samuti aitab tagada väiksemad kulutused kaevandatud maakide Maale transportimisel.

Kaevandamise võimalused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kaevandamiseks on kolm võimalust:

  1. Tuua kaevandatud maak asteroididelt Maale.
  2. Töödelda maaki asteroidi pinnal ja tuua Maale ainult töödeldud materjal ja võimalik oleks toota kütust reisiks tagasi Maale.
  3. Transportida asteroid turvalisele orbiidile ümber Kuu, Maa või ISSi.[7] Selline töötlemine peaks hüpoteetiliselt võimaldama maksimaalset saaduste hulka vähendades tekkiva prügi hulka.[4]

Väärismineraalide kosmoses töötlemine vähendaks nõudlust energia järgi transpordi jaoks, kuigi töötlemiseks vajalikud tehased tuleb kõigepealt transportida kaevandamispaikadesse.

Kaevandamistegevuseks on vaja spetsiaalseid seadmeid maagi kaevandamiseks ja töötlemiseks kosmoses. Masinad peavad olema võimelised kinnituma asteroidi külge. Juba paigal olles on maagi liigutamine lihtsustatud tänu gravitatsiooni puudumisele. Dokkimine asteroidiga võib toimuda kasutades harpuunilaadset protsessi, kus kinnitushaak läbib asteroidi pinna ning kasutades vintse tõmmatakse seadmed asteroidi külge. Piisavalt suure tihedusega asteroidi korral võib haruuni kasutamine olla väga tõhus.

Asteroidivöö ja Maa vahele jääva distantsi tõttu võtab kommunikatsioon seadme ja Maa vahel mõned minutit või isegi rohkem. Selle tõttu peavad kaevadamisega tegelevad seadmed olema autonoomsed või nende läheduses peavad viibima seadmeid juhtivad inimesed. Samuti oleks inimeste kohalolek vajalik seadmete parandamiseks ja hooldamiseks. Samas ei ole mitmeminutilised signaalihäired olnud takistuseks näiteks Marsi missioonidel ning automatiseeritud süsteeme oleks palju odavam ehitada ja kasutada. [13]

Materjalide kaevandamise liigid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kraapimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Materjali kraabitakse järjest kihi kaupa pinna pealt, mis on võrreldav ribakaevandamisega. Teaduslikud uuringud on näidanud, et suure tõenäosusega koosnevad suur hulk asteroide kiviklibu hunnikutest,[14] mis võimaldab sellist lähenemist.

Kaevandustes kaevandamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kaevanduse võib kaevata asteroidi sisemusse, kus on võimalik šahti kaudu materjal välja tuua. See nõuab täpseid teadmisi asteroidide koostise ja maakide paiknemise kohta ning samuti on vajalik transpordisüsteem maagi viimiseks töötlemisjaamadesse.

Magneetilised „rehad“[muuda | redigeeri lähteteksti]

Suure metallisisaldusega asteroididelt saaks magnetite abil koguda kokku lahtised metallikamakad.[15]

Kuumutamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Surnud komeetide pealt saaks pinna kuumutamise abil sulatada ja aurustada materjale ning neid siis vastavas olekus kokku koguda.[16]

Isepaljunevad masinad[muuda | redigeeri lähteteksti]

1980. aasta NASA uuring „Advanced Automation for Space Missions“ näitab, et Kuule on võimalik ehitada automatiseeritud seadmeid, mis on aastate jooksul võimelised endast koopiat tegema.[17] Alates 1980-ndatest on ka tehnoloogia kiirelt arenenud ning seega peetakse selliste masinate ehitust reaalseks.

Võime ise paljuneda on muutunud väga veenvaks. Näiteks ühel kilogrammisel päikeseenergial töötaval isepaljuneval masinal kulub üks kuu, et teha endast koopia. Kahe ja poole aastaga suudaks selline masin toota endast 30 koopiat ning töödelda üle ühe miljardi kilogrammi asteroidil paiknevat materjali ilma inimeste sekkumiseta. Lisa kümne kuuga oleks kaevandatud juba üks triljon kilogrammi materjale. Sellise tehnoloogia jaoks ei ole vaja suuri ja raskeid masinaid. Tegelikult tegu odava moodusega, kus toode vajab vaid välja töötamist ja kilogrammi jagu materjale. Lisanduvad veel näiteks päikesepaneelid, mille abil toodetav masin peaks energiat ammutama.

Kavandatud kaevandusprojektid[muuda | redigeeri lähteteksti]

24. aprillil 2012. aastal teatasid miljonäridest ettevõtjad oma plaanist alustada asteroididelt kaevandamist. Seda firmat kutsutakse Planetary Resources ja selle ühtedeks asutajateks olid lennunduse valdkonna ettevõtjad Eric Anderson ja Peter Diamandis. Nõustajate hulka kuulub filmirežissöör ja uurija James Cameron ning ühed investeerijatest on Google’i tegevjuht Larry Page ja nõukogu esimees Eric Schmidt.[1][18] Neil on plaanis aastaks 2020 luua kosmosesse kütuse hoidla kasutades asteroididelt saadavat vett. Vesi on võimalik jagada vedelaks hapnikuks ja vedelaks vesinikuks, mis on omakorda kosmosesüstikutele kütuseks. Sealt on see võimalik transportida Maa orbiidile kommertssatelliitide ja kommertssüstikute tankimiseks.[1]

Teise sarnase ettevõtmise Deep Space Industries loojaks oli David Gump, kes on osalenud ka teiste kosmoseprojektide loomises.[19] See firma loodab alustada kaevandamiseks sobivate asteroidide otsingutega juba 2015. aastal, et 2016.[20] Aastaks 2023 loodab Deep Space Industries alustada asteroididel kaevandamisega.[21]

See plaan on osade teadlaste poolt skeptiliselt vastu võetud, kuna nad ei näe selle tegevuse kuluefektiivsust. Gramm kulda maksab umbes 35 naela ehk 41 eurot. Samas tulevase NASA missiooniga OSIRIS-Rex kavatsetakse Maale tuua vaid 60 grammi asteroidi materjale, kuid see läheb maksma üle ühe miljardi USA dollari ehk ligi 740 miljonit eurot.[1] Planetary Resources tunnistab, et selleks, et olla edukas, peab arendama kosmosetehnoloogiaid, mis võimaldavad kulusid kokku hoida.

2012. aasta septembris teatas NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) oma projektist Robotic Asteroid Prospector, mille käigus kavatsetakse uurida ja hinnata asteroidide kaevandamise teostatavust ja ratsionaalsust.[22]

Majandus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hetkel on maagi kvaliteet ja selle eraldamiseks vajalike seadmete mass ja maksumus teadmata ning nende väärtuste üle võib ainult spekuleerida. Mõned majandusanalüüsid näitavad, et asteroidsete materjalide transportimise kulu Maale ületab kaugelt nende materjalide turuväärtuse ning seetõttu ei meelita transpordikulud ja asteroidsete materjalide turuhinnad erainvestoreid asteroidide kaevandamisse investeerima.[23][24] Muud uuringud on näidanud potentsiaalset kasumit päikeseenergia ulatuslikus kasutamisel.[25][26] Kui suudetakse kulusid vähendada, on võimalik leida mitmeid potentsiaalseid turgusid asteroidsete materjalide turustamiseks ja nendelt kasumi teenimiseks. Näiteks vee transportimine Maa madalamale orbiidile rakettide kütuse ettevalmistamiseks kosmose turismi eesmärgil võib toota suurt kasumit.[27]

1997. aastal arutleti, et suhteliselt väike metalliline asteroid läbimõõduga 1,6 km sisaldab rohkem kui 20 triljoni USA dollari ehk 15 triljoni euro väärtuses tööstus- ja väärismetalle.[6][28] Suhteliselt väike M-tüüpi asteroid läbimõõduga 1 km võib sisaldada enam kui kaks miljardit tonni raua-nikli maaki[29] või kaks kuni kolm korda rohkem kui oli 2004. aastal maagi kogutoodang.[30] Usutakse, et asteroidi 16 Psyche sisaldab 1,7×1019 kg kg nikkel-rauda, mis võimaldaks rahuldada maailma tootmisvajadusi mitmeks miljoniks aastaks. Väike osa kaevandatud materjalidest oleksid ka väärismetallid. Kuigi Planetary Resources väiavad, et plaatina 30 meetrise läbimõõduga asteroidilt on väärt 25-50 miljardit USA dollarit ehk 18-37 miljardit eurot,[31] leiavad majandusteadlased, et väärismetallide suured kogused võivad tunduvalt alandada nende hindu ning seetõttu mõjuda asteroidsete materjalide sissetoomisele hukatuslikult.[32]

Asteroidi orbiidi manipuleerimise infrastruktuuri arendamine võib pakkuda vastupandamatuid investeeringute tasuvusi,[33] kuid astrofüüsikud Carl Sagan ja Steven J. Ostro tõstatasid probleemi, et asteroidide trajektooride muutmine võib põhjustada katastroofilise kokkupõrke Maaga. Eelnimetatud teadlased pidasid oluliseks, et seataks range kontroll orbiitide manipuleerimise tehnoloogia kasutamise üle.[33][34][35]

Kirjanduses[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esimesena mainis asteroididelt kaevandamist ulme kirjanduses Garrett P. Serviss loos „Edisoni Marsi vallutus“, kirjastus New York Evening Journal, 1898[36][37].

Galerii[muuda | redigeeri lähteteksti]

Vaata lisaks[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 "Plans for asteroid mining emerge", BBC News (24 April 2012). Vaadatud 2012-04-24. 
  2. D Cohen, "Earth's natural wealth: an audit", NewScientist, 23 May 2007.
  3. BRIAN O'LEARY, MICHAEL J. GAFFEY, DAVID J. ROSS, and ROBERT SALKELD (1979). "Retrieval of Asteroidal Materials". SPACE RESOURCES and SPACE SETTLEMENTS,1977 Summer Study at NASA Ames Research Center, Moffett Field, California. NASA.
  4. 4,0 4,1 Dr. Lee Valentine (2002). "A Space Roadmap: Mine the Sky, Defend the Earth, Settle the Universe". Space Studies Institute. Vaadatud September 19, 2011.
  5. Didier Massonnet , Benoît Meyssignac (2006). "A captured asteroid : Our David's stone for shielding earth and providing the cheapest extraterrestrial material". Acta Astronautica.
  6. 6,0 6,1 Lewis, John S. (1997). Mining the Sky: Untold Riches from the Asteroids, Comets, and Planets. Perseus. ISBN 0-201-32819-4. 
  7. 7,0 7,1 John Brophy, Fred Culick, Louis Friedman and al (12 april 2012). "Asteroid Retrieval Feasibility Study". Keck Institute for Space Studies, California Institute of Technology, Jet Propulsion Laboratory.
  8. University of Toronto (2009, October 19).Geologists Point To Outer Space As Source Of The Earth's Mineral Riches. ScienceDaily
  9. James M. Brenan and William F. McDonough, "Core formation and metal–silicate fractionation of osmium and iridium from gold." Nature Geoscience (18 October 2009)
  10. Matthias Willbold, Tim Elliott and Stephen Moorbath, "The tungsten isotopic composition of the Earth’s mantle before the terminal bombardment." Nature (08 September 2011)
  11. F. Marchis et al., "A low density of 0.8 g/cm-3 for the Trojan binary asteroid 617 Patroclus", Nature, 439, pp. 565-567, 2 February 2006.
  12. Evidence of asteroid mining in our galaxy may lead to the discovery of extraterrestrial civilizations smithsonianscience.org; Asteroid Mining: A Marker for SETI? centauri-dreams.org; Duncan Forgan, Martin Elvis:Extrasolar Asteroid Mining as Forensic Evidence for Extraterrestrial Intelligence@ arxiv.org, (Retrieved 2011-04-07)
  13. Crandall W.B.C, et al. (2009). "Why Space, Recommendations to the Review of United States Human Space Flight Plans Committee". NASA Document Server. 
  14. L. Wilson, K. Keil, S. J. Love (1999). "The internal structures and densities of asteroids". Meteoritics & Planetary Science 34 (3): 479–483. doi:10.1111/j.1945-5100.1999.tb01355.x. Bibcode1999M&PS...34..479W. 
  15. William K. Hartmann (2000). "The Shape of Kleopatra". Science 288 (5467): 820–821. doi:10.1126/science.288.5467.820. 
  16. David L. Kuck, "Exploitation of Space Oases", Proceedings of the Twelfth SSI-Princeton Conference, 1995.
  17. (1982) in Robert Freitas, William P. Gilbreath: Advanced Automation for Space Missions. NASA Conference Publication CP-2255 (N83-15348). 
  18. "Companies plan to mine precious metals in space", CNN News (24 April 2012). Vaadatud 2012-04-24. 
  19. Soper, Taylor (January 22, 2013). "Deep Space Industries entering asteroid-mining world, creates competition for Planetary Resources", GeekWire, GeekWire: Dispatches from the Digital Frontier. Vaadatud January 22, 2013. 
  20. "Commercial Asteroid Hunters announce plans for new Robotic Exploration Fleet". Deep Space Industries (January 22, 2013). Vaadatud January 22, 2013.
  21. Wall, Mike (January 22, 2013). "Asteroid-Mining Project Aims for Deep-Space Colonies", TechMediaNetwork, Space.com. Vaadatud January 22, 2013. 
  22. Robotic Asteroid Prospector (RAP) Staged from L-1: Start of the Deep Space Economy nasa.gov, accessed 2012-09-11
  23. R Gertsch and L Gertsch, "Economic analysis tools for mineral projects in space", Space Resources Roundtable, 1997.
  24. "Can James Cameron — Or Anyone — Really Mine Asteroids?", Time Science (April 25, 2012). Vaadatud 2012-04-25. 
  25. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576598000873
  26. http://adsabs.harvard.edu/abs/2004JBIS...57..301B
  27. Sonter, Mark. "Mining Economics and Risk-Control in the Development of Near-Earth-Asteroid Resources". Space Future. Vaadatud 8.06.2006.
  28. Asteroid mining
  29. Lewis 1993
  30. "World Produces 1.05 Billion Tonnes of Steel in 2004", International Iron and Steel Institute, 2005
  31. "Tech billionaires bankroll gold rush to mine asteroids", Reuters (2012-04-24). 
  32. Asteroid Mining Venture Could Change Supply/Demand Ratio On Earth
  33. 33,0 33,1 Interplanetary Collision Hazards 
  34. http://abob.libs.uga.edu/bobk/ccc/cc080498.html
  35. http://www.nature.com/nature/journal/v368/n6471/abs/368501a0.html
  36. TechNovelGy timeline, Asteroid Mining
  37. Garrett P. Serviss, 's Edison's Conquest of Mars at Project Gutenberg