Проект космического горнопроходческого комплекса для разработки астероидов

Кравченко Ю.П.¹, Давлетов М.И.², Давлетов Р.М.²,

ООО «Лайт-2»¹, ООО «Коинот»² г.Уфа, Россия, г.Уфа, Россия.

Вступление РФ в ВТО приведет к необходимости развивать отрасли Башкирии наиболее конкурентоспособные в экономике. Одним из самых развитых и перспективных в республике является аэрокосмический сектор: 6 заводов в г.Уфе и 2 завода в г.Кумертау – комплектующие к самолетам, ракетам, спутникам, авиадвигатели, вертолеты. Начата сборка спутников в УГАТУ [1, с.371-378]. Намечается строительство ремонтного терминала в уфимском аэропорту на 40 боингов, аэробусов/год, сборочного завода боинг, завода космических транспортных зондов. Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО) начало разрабатывать легкий самолет для ВВС Индии. Все эти действующие производства требуют определить самые перспективные, экономически выгодные проекты. Одним из самых перспективных для Башкирии экономических направлений является космос.

В связи с освоением космоса, в последние годы определились перспективные направления как добыча полезных ископаемых на астероидах. По данным СМИ детальной проработкой этого направления занимается фирма Planetary Resources – директор Питер Диамандис.

Его компания планирует в ближайшие 10 лет найти подходящий для этого астероид. Для этого компания начнет запускать автоматические телескопы для поисков. Промышленное освоение астероидов предполагает добычу сырья на астероидах и космических телах в поясе астероидов и околоземном пространстве. Различные минералы и летучие элементы, находящиеся в составе пород астероида или кометы, могут служить источником железа, никеля и титана. Кроме того астероиды содержат в своём составе водосодержащие минералы, из которых можно получить воду и кислород, необходимые для поддержания жизни, а также водород — один из основных видов ракетного топлива. В процессе дальнейшего освоения космоса использование космических ресурсов будет просто необходимо.

Добыча на астероиде платины, кобальта и других редких минералов с последующей их доставкой на Землю может приносить очень большую прибыль. В ценах 1997 года сравнительно небольшой металлический астероид диаметром в 1,5 км содержал в себе различных металлов, в том числе драгоценных, на сумму 20 триллионов долларов США. Золото, кобальт, железо, марганец, молибден, никель, осмий, палладий, платина, рений, родий и рутений, которые сейчас добываются из верхних слоёв Земли, зачастую являются остатками астероидов. Они упали на Землю во время ранней метеоритной бомбардировки, когда после остывания коры на планету обрушилось огромное количество астероидного материала. Из-за большой массы более 4 млрд. лет назад на Земле начала происходить дифференциация недр, в результате чего большинство тяжёлых элементов под действием гравитации опустилось к ядру планеты, поэтому кора оказалась обеднённой тяжёлыми элементами. На большинстве астероидов из-за незначительной массы никогда не происходила дифференциация недр и все химические элементы распределены в них более равномерно.

В 2004 году мировое производство железной руды превысило 1 млрд. тонн. Для сравнения, один небольшой астероид класса M диаметром в 1 км может содержать до 2 млрд. тонн железо-никелевой руды, что в 2-3 раза превышает добычу руды за 2004 год. Астероид Психея содержит 1,7·10¹⁹ кг железо-никелевой руды. Этого количества хватило бы для обеспечения потребностей населения земного шара в течение нескольких миллионов лет, даже с учётом дальнейшего увеличения спроса. Небольшая часть извлечённого материала может также содержать драгоценные металлы.

Около 10% околоземных астероидов являются энергетически более доступными, чем Луна. Более того, если технологии позволят переместить такие астероиды на орбиту Земли, то освоение этих астероидов и добыча полезных ресурсов на них составит серьезную конкуренцию добыче этих ресурсов на самой Земле. Так, в случае доставки полезных ресурсов на орбиту Земли, стоимость полезного груза за килограмм в настоящее время составляет свыше $ 10000. Эта же цифра составит верхнюю границу того, если получится извлекать ресурсы из астероидов на низкой околоземной орбите.

В 2006 году обсерватория Кек объявила, что многие троянские астероиды Юпитера, состоят изо льда и являются, возможно, выродившимися ядрами комет. Другие кометы и некоторые сближающиеся с Землёй астероиды также могут обладать большими запасами воды. Использование местных ресурсов для создания и поддержания жизнеспособности базы поможет существенно снизить себестоимость добычи сырья. В будущем будут создаваться в космосе что-то на подобие "АЗС", где смогут дозаправляться космические аппараты: от околоземных спутников до космических судов, отправляющихся на другие планеты для исследования дальнего космоса. Одним из главных факторов окупаемости добывающей базы является выбор правильной траектории и времени полёта, а также астероида, с приемлемым значением первой космической скорости (). Значительная часть добытых ресурсов может быть израсходована в процессе их доставки на Землю, а особенно при старте с астероида и разгоне.

Вторым фактором является выбор цели. В настоящее время качество руды и, как следствие, стоимость и масса оборудования, необходимого для его извлечения, неизвестны. Тем не менее, выявить потенциальные рынки сбыта добытых на астероидах ресурсов, с последующим получением прибыли, вполне реально. Например, экономия доставки нескольких тонн воды на низкую околоземную орбиту (НОО) за счёт добычи её на астероиде может привести к существенной прибыли в области космического туризма.

Астероиды, сближающиеся с Землёй, являются первостепенными объектами для промышленного освоения. Низкое значение делает их пригодными объектами добычи строительных материалов для околоземных космических объектов, что значительно снижает экономические затраты на транспортировку грузов на орбиту Земли. Примером астероида, наиболее перспективного для освоения, является астероид Нерей. Этот астероид имеет очень низкую , даже по сравнению с Луной, что позволяет легко поднимать с его поверхности добытые материалы. Однако чтобы доставить их на Землю, потребуется разогнать корабль до гораздо большей скорости.

Возможны три варианта добычи сырья:

1. Добыча руды и доставка её на место последующей переработки,

2. Переработка добытой руды прямо на месте добычи, с последующей доставкой полученного материала,

3. Перемещение астероида на безопасную орбиту между Луной и Землёй. Это теоретически может позволить сэкономить добытые на астероиде материалы. Высококачественная переработка сырья прямо на месте добычи позволит существенно снизить затраты на транспортировку добытых материалов, хотя для этого потребуется доставка на астероид дополнительного оборудования.

Добыча и переработка полезных ископаемых на астероиде требует специализированного оборудования, способного работать в условия открытого космоса. Из-за малой силы тяжести даже сравнительно небольшой импульс может оказаться достаточным, чтобы оборудование могло сорваться от поверхности астероида и улететь в открытый космос, поэтому всё оборудование должно надёжно закрепляться.

Возможные способы добычи руды (рис.1):

1. Руды могут добываться методом, аналогичным тому, который сейчас используется в карьерах.

2. На ядрах выродившихся комет с помощью теплового воздействия (ядерные силовые установки) можно добывать воду и различные летучие соединения газов, таких как водород, и использовать их как топливо.

3. Если добывать сырьё открытым способом будет невозможно и потребуются шахты, то необходимо будет строить транспортные системы для доставки руды из шахт на поверхность и в центр обработки.

Рис. 1 Компоновка космического (геологического) разведочного комплекса по промышленной переработке астероидов.

4. Чтобы обеспечить развитие производства и исключить необходимость вмешательства человека при различных аварийных ситуациях, можно создать на астероиде самовоспроизводящиеся машины. Например, машину, которая в состоянии из добытого с поверхности астероида материала собрать свою точную копию за один месяц. Такие машины могут использовать для строительства кремний и другие металлы и обеспечиваться энергией от солнечных батарей. Для устойчивой работы любого горнодобывающего оборудования необходимы очень высокая степень автоматизации, а также присутствие человека непосредственно на астероиде.

Исходя из задач, размер космического разведочного комплекса будет радиусом не менее 50м. Снаружи необходима легкая броня от метеоритов. В комплексе необходимо проектировать жилой комплекс с рубкой управления, горнопроходческий (плавильный) цех c ядерной установкой, сборочный машиностроительный цех из продуктов переработки, отсек с навигационной и запасной аппаратурой, 2 космических зонда для работы в космосе, 2 космоплана для спуска на Землю. Минимальный штат разведочного комплекса: 10 человек: командир - 1, штурман - 1, биолог - 1, нач. горного цеха - 1, нач. машиностроительного цеха - 1, врач - 1, механик - 1, специалист по электронным приборам - 1, специалист по двигателям - 1, геолог -1.

Учитывая промышленный и научный потенциал РБ необходимо ввести в проекты вновь создаваемого наноцентра в Уфе вопросы создания технологий для космических транспортных зондов, космических горнодобывающих комплексов, космических двигателей. Желательна в области разработки космических проектов кооперация с научными и производственными организациями Татарстана.

Литература.

1. Якупов Р.Г., Давлетов М.И., Кравченко Ю.П., Савельев А.В., Турикешев Г.Т-Г. «Космическая геология. Мониторинг трубопроводов системой Глонасс. Смещение трубопровода при геологическом сдвиге. Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы безопасности и защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций (Безопасность-2011)» в рамках V-го республиканского форума «Безопасность-2011». Том-I, С. 371-378. / УГАТУ, Уфа февраль 2011