Гірничі роботи на астероїдах це гіпотетичне та технічно можливе видобування матеріалів з астероїдів та інших малих планет, зокрема навколоземних об’єктів.
Дослідницькі місії, зосереджені на поверненні зразків астероїдів, зокрема Хаябуса, Хаябуса, OSIRIS-REx та Tianwen-2, демонструють складність збору руди в космосі за допомогою сучасних технологій. Станом на 2024 рік із космосу на Землю було успішно доставлено близько 127 грамів астероїдної речовини. Дослідницькі місії до астероїдів є складними проєктами, які дають надзвичайно малу кількість матеріалу: менше ніж 100 міліграмів у випадку Хаябуса, 5,4 грама у випадку Хаябуса2, та приблизно 121,6 грама у випадку OSIRIS-REx, тоді як місія Tianwen-2 наразі триває. Ці показники є порівняно незначними, якщо врахувати значні інвестиції та ресурси, виділені на ці проєкти (300 мільйонів доларів для Хаябуса, 800 мільйонів доларів для Хаябуса2, 1,16 мільярда доларів для OSIRIS-REx та 70 мільйонів доларів для Tianwen-2).
До основних проблем астероїдного видобутку належать висока вартість космічних польотів, ненадійність визначення астероїдів, придатних для видобування, а також складність вилучення придатного для використання матеріалу в умовах космосуSloan, J. (1999). Cost analysis and the future of space flight. In 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit (p. 2693). .
Історія
До 1970 року До 1970 року видобуток астероїдів значною мірою існував у межах наукової фантастики. Такі видання, як Worlds of If, Scavengers in Space, та Miners in the Sky, розповідали історії про уявні небезпеки, мотиви та досвід видобутку корисних копалин на астероїдах. Водночас багато дослідників в академічному середовищі розмірковували про прибутки, які можна було б отримати від видобутку астероїдів, але їм бракувало технологій для серйозного втілення цієї ідеї.
1970-ті роки У 1969 році висадка «Аполлона-11» на Місяць спричинила хвилю наукового інтересу до діяльності людини в космосі далеко за межами орбіти Землі. У наступному десятилітті зростав академічний інтерес до видобутку астероїдів. Значна частина серйозних академічних досліджень була зосереджена на видобутку астероїдів, розташованих ближче до Землі, ніж головний пояс астероїдів. Зокрема, розглядалися групи астероїдів Аполлона та Амура. Ці групи обирали не лише через їхню близькість до Землі, а й тому, що багато дослідників того часу вважали їх багатими на сировину, яку можна було б переробляти.
Попри хвилю зацікавленості, багато представників спільноти космічних наук усвідомлювали, наскільки мало відомо про астероїди, і закликали до більш поступового та систематичного підходу до видобутку астероїдів.
1980-ті роки Академічний інтерес до видобутку астероїдів продовжився і в 1980-х роках. Ідея зосередитися на групах астероїдів Аполлона та Амура все ще мала певну популярність. Однак наприкінці 1980-х років інтерес до груп астероїдів Аполлона та Амура почав змінюватися на інтерес до супутників Марса — Фобоса та Деймоса.
Державні організації та космічні агентства, такі як NASA, почали розробляти ідеї щодо того, як переробляти матеріали в космосі та що робити з матеріалами, які гіпотетично можна було б добувати в космосі.
1990-ті роки З’явилися нові причини для розвитку видобутку астероїдів. Ці причини здебільшого були пов’язані з екологічними проблемами, зокрема побоюваннями щодо надмірного споживання людством природних ресурсів Землі та прагненням отримувати енергію від Сонця в космосі.
У тому ж десятилітті NASA намагалася визначити, які матеріали в астероїдах можуть бути цінними для видобування. До таких матеріалів належали вільні метали, леткі речовини та масивний ґрунт.
2010-ті роки Після сплеску інтересу у 2010-х роках амбіції щодо видобутку астероїдів змістилися в бік більш віддалених довгострокових цілей, а деякі компанії, що займалися «видобутком астероїдів», переорієнтувалися на більш універсальні технології рухових установок.
24 квітня 2012 року в Музеї польотів у Сіетлі, штат Вашингтон, мільярдери-підприємці оголосили про план видобування ресурсів з астероїдів. Компанія отримала назву Planetary Resources, а серед її засновників були підприємці аерокосмічної галузі Ерік Андерсон та Пітер Діамандіс. Компанія оголосила про плани створити до 2020 року орбітальне сховище палива, маючи на меті розробити процес розщеплення води з астероїдів на водень і кисень для поповнення запасів палива супутників та космічних апаратів. Серед радників був режисер і дослідник Джеймс Кемерон; серед інвесторів — генеральний директор Google Ларрі Пейдж, а виконавчим головою компанії був Ерік Шмідт. Запропонована телескопічна технологія для виявлення та дослідження астероїдів-кандидатів призвела до розроблення сімейства космічних апаратів Arkyd; два прототипи були виведені в космос у 2015 та 2018 роках. Невдовзі після цього від усіх планів щодо телескопічної технології Arkyd відмовилися; компанію було ліквідовано, її апаратне забезпечення продано на аукціоні, а решту активів придбала компанія ConsenSys, що спеціалізується на блокчейні.
Через рік після появи Planetary Resources, у 2013 році, аналогічні плани щодо видобутку астероїдів оголосила компанія Deep Space Industries, заснована Девідом Гампом, Ріком Тамлінсоном та іншими. Початковою метою було відвідати астероїди за допомогою космічних апаратів для розвідки та повернення зразків у 2015 і 2016 роках та розпочати видобуток протягом десяти років. Пізніше Deep Space Industries переорієнтувалася на розроблення та продаж рушійних систем, які мали забезпечити заплановані операції з астероїдами, зокрема успішної лінійки двигунів на водному паливі у 2018 році; а в 2019 році її придбала компанія Bradford Space, що має у своєму портфоліо системи для навколоземної орбіти та компоненти для космічних польотів.
2020-ті роки У 2020-х роках інтерес до цієї теми знову зріс, адже компанії зі США, Європи та Китаю відновили свої зусилля, що було зумовлено новою ерою комерційного освоєння космосу, значною мірою стимульованою компанією SpaceX. Розроблення SpaceX багаторазових перших ступенів ракет суттєво знизило вартість доступу до космосу, що знову привернуло увагу та інвестиції до видобутку астероїдів. У грудні 2023 року комітет Конгресу США визнав цей інтерес, провівши слухання з цього питання. Також здійснюються спроби вперше здійснити посадку на астероїди M-типу для видобування таких металів, як іридій, який продається за багато тисяч доларів за унцію. Зусилля, очолювані приватними компаніями, також сприяли виникненню нової культури секретності, через яку приховується інформація про те, які саме астероїди виявлено та які з них обрано цілями місій із видобутку, тоді як раніше дослідження та освоєння астероїдів під керівництвом державних установ здійснювалися більш прозоро.
Мінерали в космосі
У міру того як зростало занепокоєння щодо виснаження ресурсів на Землі, перспектива видобування цінних елементів з астероїдів для використання на Землі — або використання космічних ресурсів для створення супутників сонячної енергетики та космічних поселень, привернула дедалі більший інтерес. Гіпотетично вода, отримана шляхом переробки льоду, могла б використовуватися для поповнення запасів палива на космічних заправках.
Хоча астероїди та Земля сформувалися з одних і тих самих вихідних матеріалів, відносно сильніша гравітація Землі під час її розплавленого стану понад чотири мільярди років тому притягнула всі важкі сидерофільні (літофільні до заліза) елементи до її ядра. Унаслідок цього земна кора збідніла на такі цінні елементи, доки потік ударів астероїдів не збагатив збіднену кору металами, такими як золото, кобальт, залізо, марганець, молібден, нікель, осмій, паладій, платина, реній, родій, рутеній та вольфрам.
Певний рух речовини з ядра до поверхні все ж відбувається, наприклад у Бушвельдському магматичному комплексі, відомому як надзвичайно багате джерело металів платинової групи.
Сьогодні ці метали видобувають із земної кори, і вони є необхідними для економічного та технологічного розвитку. Отже, геологічна історія Землі могла створити передумови для майбутнього видобутку астероїдів.
У 2006 році обсерваторія Кека повідомила, що подвійний троянський астероїд Юпітера 617 Патрокл, а також, можливо, велика кількість інших троянських астероїдів Юпітера, ймовірно, є згаслими кометами і значною мірою складаються з водяного льоду. Аналогічно, комети сімейства Юпітера та, можливо, навколоземні астероїди, які є згаслими кометами, також можуть бути джерелом води. Процес використання місцевих ресурсів — використання матеріалів, наявних у космосі, для палива, терморегулювання, виготовлення баків, радіаційного захисту та інших масивних компонентів космічної інфраструктури — міг би призвести до радикального зниження її вартості. Водночас незрозуміло, чи можна було б досягти такого зниження витрат і чи змогло б воно, у разі досягнення, компенсувати величезні інвестиції в інфраструктуру, необхідні для цього.
З астробіологічної точки зору дослідження астероїдів може надати наукові дані для пошуку позаземного інтелекту (SETI). Деякі астрофізики припускають, що якби розвинені позаземні цивілізації займалися видобутком астероїдів у далекому минулому, характерні ознаки цієї діяльності могли б бути виявлені.
Важливим чинником під час вибору цілі є орбітальна економіка, зокрема зміна швидкості (Δv) та час подорожі до цілі й назад. На траєкторіях із більшим Δv більшу частину видобутого місцевого матеріалу доводиться витрачати як паливо, тому менша його кількість може бути доставлена як корисний вантаж. Прямі траєкторії Гомана є швидшими за траєкторії Гомана, що використовують гравітаційні маневри біля планет та/або Місяця. Ті, в свою чергу, є швидшими за траєкторії Міжпланетної транспортної мережі, однак скорочення часу перельоту досягається ціною підвищених вимог до Δv. МісіяΔv (км/с)Від поверхні Землі до ННО8,0Від ННО до навколоземного астероїда5,5Це середнє значення; існують астероїди з набагато меншим Δv.Від ННО до поверхні Місяця6,3Від ННО до супутників Марса8,0 Підклас навколоземних астероїдів, відомий як легкодоступні об’єкти (Easily Recoverable Objects, ERO), вважається перспективним кандидатом для ранньої діяльності з видобутку корисних копалин. Їхнє низьке Δv робить їх придатними для використання з метою видобування будівельних матеріалів для навколоземних космічних об’єктів, що значно зменшує економічні витрати на транспортування матеріалів на навколоземну орбіту.
У наведеній вище таблиці показано порівняння вимог щодо Δv для різних місій. З погляду енергетичних потреб рушійної установки місія до навколоземного астероїда є вигіднішою порівняно з альтернативними місіями з видобутку корисних копалин.
Прикладом потенційної цілі для ранньої експедиції з видобутку астероїдів є 4660 Нерей, який, як очікується, переважно складається з енстатиту. Це тіло має дуже низьке Δv порівняно з підняттям матеріалів із поверхні Місяця. Однак для повернення матеріалу знадобився б значно триваліший переліт туди й назад.
Було ідентифіковано кілька типів астероїдів, але до трьох основних типів належать астероїди C-типу, S-типу та M-типу:
Астероїди C-типу містять велику кількість води, яка наразі не використовується для видобутку, але могла б бути використана під час досліджень космосу за межами астероїда. Використання доступної води з астероїда могло б зменшити вартість місії. Астероїди C-типу також містять значну кількість органічного вуглецю, фосфору та інших ключових компонентів добрив, які можна було б використовувати для вирощування їжі. Астероїди S-типу містять мало води, але є привабливішими, оскільки містять численні метали, зокрема нікель, кобальт, а також цінніші метали, такі як золото, платина та родій. Невеликий астероїд S-типу діаметром 10 метрів містить близько 650 000 кг (1 433 000 фунтів) металу, з яких 50 кг (110 фунтів) припадає на рідкісні метали, такі як платина та золото. Астероїди M-типу є рідкісними, але містять до 10 разів більше металу, ніж астероїди S-типу.