Menschen werden bald den Weltraum verminen. Aber wir müssen wichtige Ziele erreichen, um dies zu erreichen.

Wie die Erde enthalten Planetenkörper wie Mond, Mars, Asteroiden und Kometen beträchtliche Vorkommen an wertvollen Ressourcen. Dies hat die Aufmerksamkeit von Forschern und Industrie auf sich gezogen, mit 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.

Ressourcennutzung vor Ort

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. Aber dies ist wahrscheinlich nicht das erste kommerziell tragfähige Beispiel.

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

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

Das Ernten von Materialien, die vor Ort benötigt werden, wird als „In-situ-Ressourcennutzung“ bezeichnet. Es kann alles umfassen, vom Abbau von Eis bis zum Sammeln von Erde zum Bau von Strukturen. Die NASA untersucht derzeit die Möglichkeit, Gebäude auf dem Mond zu errichten mit 3D-Druck.

Der Bergbau im Weltraum könnte auch das Satellitenmanagement verändern. Derzeitige Praxis ist es, Satelliten nach 10–20 Jahren aus dem Orbit zu bringen, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht. Ein hochgestecktes Ziel von Raumfahrtunternehmen wie Orbit Fab ist es, einen Satellitentyp zu entwickeln, der dies kannsein getankt mit im Weltraum gesammeltem Treibmittel.

Selbst für erdnahe Satelliten ist die Energie, die benötigt wird, um sie vom Mond aus zu erreichen, geringer als die, die benötigt wird, um sie von der Erde aus zu erreichen.

Welche Ressourcen gibt es?

Wenn es um außerirdische Bergbaumöglichkeiten geht, gibt es ein paar 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.

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

Eis ist voraussichtlich vorhanden 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. Dieses könnte verwendet werden, um Leben zu erhalten, oder in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt und als verwendet werdenTreibmittel.

Wie würden wir im Weltraum abbauen?

Meine Michaels Doktorarbeit beinhaltete das Testen, wie Explorationstechniken funktionieren würdenMond und Mars. Unsere andere Arbeit beinhaltete wirtschaftliche Modellierung für Eisabbau auf dem Mars, und Computermodellierung auf dem Stabilität von Tunneln auf dem Mond.

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

Andere Vorschläge sind ungewohnter – wie 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 vor, Biomining . In diesem Fall würden Bakterien, die in einen Asteroiden eingeführt wurden, bestimmte Mineralien verbrauchen und ein Gas erzeugen, das dann von einer Sonde geerntet und gesammelt werden könnte.

Es bestehen weiterhin große Herausforderungen

Unsere Arbeit bei UNSW Australisches Forschungszentrum für Raumfahrttechnik beinhaltet die Suche nach Wegen zur Reduzierung von Risiken in einer Raumfahrtindustrie. 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.

Darüber hinaus dauert es umso länger, je weiter etwas von der Erde entfernt ist. 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 2,7-Sekunden-Verzögerung für die Kommunikation und kann aus der Ferne leichter abgebaut werden. Erdnahe Objekte haben auch erdähnliche Umlaufbahnen, und gelegentlich vorbei an der Erde in Entfernungen, die mit dem Mond vergleichbar sind. Sie sind ein idealer Kandidat für den Abbau, da sie wenig Energie benötigen, um sie zu erreichen und von dort zurückzukehren.

Off-Earth-Mining müsste größtenteils automatisiert oder ferngesteuert werden, angesichts der zusätzlichen Herausforderungen, Menschen in den Weltraum zu schicken – wie z. B. Lebenserhaltung, 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 wurdenMissionen – unsere Gesamterfolgsquote bei der Landung auf Asteroiden und Kometen ist niedrig.

Im Jahr 2014 stürzte der Philae-Lander, der zum Kometen 67P/Churyumov/Gerasimenko geschickt wurde, berühmt ab.in einen Graben während eines gescheiterten Landeversuchs.

Es gibt auch Umweltaspekte. Der Bergbau im Weltraum kann dazu beitragen, die Abbaumenge auf der Erde benötigt. Aber das ist, wenn der Abbau außerhalb der Erde zu weniger und nicht mehr Raketenstarts führt oder wenn die Ressourcen zur Erde zurückgebracht und dort verwendet werden.

Obwohl das Sammeln von Ressourcen im Weltraum bedeuten könnte, 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 Raumumgebungen. Verschiedene Planetenkörper haben unterschiedliche Atmosphären oder keine, Schwerkraft, Geologie und elektrostatische Umgebungen z. B. können sie aufgrund von elektrisch geladenen Böden habenTeilchen 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 in den Anfängen steckt, entwickeln eine Reihe von Unternehmen derzeit Technologien für den Bergbau außerhalb der Erde, die Erforschung von Weltraumressourcen und für andere Anwendungen im Weltraum.

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

Unternehmen mit Sitz in den USAOffWorld entwickelt Industrieroboter für Operationen auf der Erde, dem Mond, Asteroiden und dem Mars. Und die 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, ist neu veröffentlicht von Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die Originalartikel.