Разработка недр и копей Вселенной: реальность завтрашнего дня

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 1(7) 2016

Джозеф Н. Пелтон (Joseph N. Pelton), бывший декан Международного космического университета и член Исполнительного совета, Международный институт по улучшению положения космической безопасности (IAASS)

Сегодня всё переменилось. Многие рядовые граждане не знают, что теперь можно отремонтировать, дозаправить и произвести перегруппировку спутников непосредственно в космическом пространстве. Возможно, они будут удивлены, совершив для себя открытие, что теперь мы в состоянии построить и запустить спутниковые антенны, размеры которых при развёртывании превышают размеры олимпийских плавательных бассейнов.

Многих поразит тот факт, что частные космические среды обитания уже развёрнуты на орбите вокруг Земли, или что у нас есть оперативные спутники, подобные DSCOVR, для проведения наблюдений за поверхностью Земли и Солнца, которые запросто эксплуатируются и управляются на расстоянии более 1,5 миллионов километров от нашей планеты. Наши космические технологии становятся с каждым днём всё более ошеломляющими, а амбиции новых частных космических предпринимателей лишь продолжают расти как на дрожжах.

Сегодня многие будут поражены, узнав, что в США есть четыре компании, чьи бизнес-планы напрямую связанны с «добычей полезных ископаемых в космическом пространстве» с целью получения прибыли. Эти компании включают в себя Planetary Resources Inc., Deep Space Industries, Moon Express и Shackleton Energy Corporation.

На нашей планете в шесть секстиллионов тонн существует огромное обилие природных ресурсов. Но мы, человечество, в настоящее время насчитываем около 7,5 миллиарда и с большой долей вероятности будем продолжать расти, вплоть до 12 миллиардов к 2100 году, с насущной потребностью в продуктах питания и энергии. С помощью наших автоматизированных производственных линий мы разработали и приспособились производить неослабевающую армию товаров, и с каждым годом мы потребляем всё больше и больше энергии.

Одним словом, грядут большие перемены. Мы будем вынуждены переходить на устойчивые и возобновляемые источники энергии. Мы будем вынуждены всё больше и больше заниматься рециркуляцией. Мы должны изменить наш образ жизни, поскольку наши города насчитывают более 70 процентов населения земного шара. Мы, несмотря на все эти перемены, всё ещё более и более нуждаемся в выходе в открытый космос, чтобы начать развивать экономику космического базирования.

Госсекретарь США Джон Хэй однажды превосходно сказал: «Средиземноморский бассейн – это океан прошлого, Атлантический океан – это то, что у нас есть в настоящее время, а Тихий океан – это океан будущего». С течением времени мировая экономика развернулась и подтвердила истинность этой фразы. В скором времени экономики Китая, Индии, Индонезии и Японии, плюс государств поменьше: Сингапура, Тайваня, Республики Корея, Таиланда и так далее продолжат расти опережающими темпами, чтобы превзойти США и Европу.

Поскольку эти развивающиеся страны становятся более процветающими, а спрос на природные ресурсы продолжает расти, наличие природных ресурсов становится серьёзной проблемой. При обсуждении будущего мы можем сделать весьма полезную ссылку на Рея Курцвейла и его предсказание о предстоящей «сингулярности» (1) или на Питера Диамандиса (2) и его прогнозирование будущего, который в большей степени полагается на внеземную и космическую экономику. Стоимость астероидов, обогащённых платиной, оценивается на уровне от 200 миллиардов долларов США и даже до триллиона долларов. И вне всякого сомнения, будущее нашей энергетики по-прежнему зависит от Солнца.

Космические отрасли и горнодобывающая промышленность

Чаще всего будущее просматривается через окно заднего обзора. Более того, на протяжении миллионов лет биологической эволюции прошлое чаще всего являлось прологом к будущему. С появлением новых технологий, компьютерных и коммуникационных сетей, искусственного интеллекта, робототехники и способности отправиться в космическое пространство скорость изменения человеческой цивилизации выросла в геометрической прогрессии.

Импликация «Super Month» сжимает время, начиная с периода южного питекантропа в 30-дневный период, где каждая секунда составляет два года. Во временном пространстве «Super Month» период сельского хозяйства и постоянных поселений представляет собой последний час и половину последнего дня месяца, эпоха Ренессанса умещается в последние четыре минуты, а Индустриальная эпоха занимает две минуты до полуночи.

Век компьютеров, сотовых телефонов, телевидения, биоинженерии, мегаполисов, космических запусков и спандекса (3) – всех элементов современной жизни, что мы считаем само собой разумеющимся, – занимает всего лишь последние 20 секунд по хронологии «Super Month».  

Импликация служит для демонстрации того обстоятельства, что оценка будущих потребностей общества с оглядкой на прошлый опыт являет серьёзный недостаток концепции.

Будущие потребности человеческой цивилизации с точки зрения энергетики, жилищного строительства, транспорта, воды, природных ресурсов, рабочих мест и занятости, и безопасности значительно отличаются от тех, что были когда-либо прежде. В качестве иллюстративного примера, как некто искусно заметил, Моисею было бы гораздо проще перейти и жить во времена Наполеона и Томаса Джефферсона, чем кому-либо, живущему в 18-м веке, шагнуть вперёд через эпохи и жить в современном мире передовых технологий.

В тех случаях, когда Питер Диамандис толкует об изобилии, а Рэй Курцвейл о сингулярности, они предлагают мир, который сильно отличается от того, в котором человечество когда-либо проживало. Они предлагают мир, в котором нужно сосуществовать с роботами, которые столь же умны, как и люди, и обладают навыками сложного «мышления»; космическими зондами, которые можно использовать, чтобы доставить нам новые ресурсы и экологически чистую энергию из космоса, а также защитить нашу особо важную инфраструктуру от космических опасностей.

Масштаб и сложность

Площадь суши земной поверхности составляет 148.94 миллиона квадратных километров (57.506 млн квадратных миль), а площадь воды земной поверхности 361.132 миллиона квадратных километров (или 139.434 млн кв. миль). Около половины этой земной поверхности действительно реализуемо с точки зрения круглогодичного проживания, если исключить большую часть Антарктиды, Арктики, Сибири, самые суровые горные цепи и наиболее засушливые пустынные районы. Повышение уровня моря в дальнейшем, однако, сократит доступные участи земной суши.

Если мы разделим около 75 миллионов квадратных километров на 10 миллиардов человек (или около 133 человек /кв. км), станет очевидным, что рост мирового населения и сокращение поверхности суши наряду с истощением многих видов природных ресурсов, особенно питьевой воды, представляет большую проблему. Прилагаемый график показывает мировые запасы воды по сравнению с объёмом Земли, помогая нам понять, насколько мал объём питьевой воды, которая в действительности доступна сегодня по сравнению с реальным ростом мирового населения.

Такой наглядный пример поднимает вопрос о том, насколько трудно будет продолжать поставку основных ресурсов, особенно в крупные городские центры, по мере того, как продолжает расти глобальное население. И этот вопрос касается не только поддержания текущих потребностей человека в водных и природных ресурсах, этот вопрос также касается сохранения исчезающих видов флоры и фауны.

Наличие нефтепродуктов и воды в будущем чаще всего упоминается в исследованиях прогнозируемого дефицита ресурсов, но более широкие исследования показали, что в середине XXI века в мире дефицита будет много.

Результаты обстоятельного всемирного исследования невозобновляемых природных ресурсов (НПР) показывают общую тенденцию в сторону увеличения дефицита. Рост населения в Китае, Индии, Индонезии и других новых индустриальных странах свидетельствует о том, что в три раза вырастет потребительский спрос на продукты и энергоносители к середине XXI века. Большую часть этого растущего спроса смогут удовлетворить только переработка и новые источники энергии. Многие исследователи, кто занимался подобным анализом, ключевым аспектом считают соответствие спросу на природные ресурсы. «Диаграмма ресурсов» показывает последующий прогноз дефицита.

Тем не менее перспектива добычи полезных ресурсов в космическом пространстве может предоставить человечеству новые возможности. Скромный околоземной астероид с высоким содержанием платины, сферической формы, составляющий приблизительно 30 метров в диаметре, объёмом 4 500 кубических метров и возможной массой 5 000 тонн. Если предположить, что этот астероид на 50 процентов состоит из платины, то его стоимость по текущим ценам на мировом рынке составит порядка $ 90 миллиардов долларов США.

Даже если стоимость космического полёта для извлечения и переработки астероида приблизится к $ 5 миллиардам долларов, и даже если некоторая часть доходов пойдёт на какое-либо глобальное общественное развитие или экологической фонд, только один такой космический полёт принесёт миллиарды долларов прибыли. Но это лишь один из ярких примеров, поскольку существует более миллиона потенциально опасных астероидов (ПОА), размером порядка 30 метров. Так вот, основная задача в первые дни зарождения космической горнодобывающей отрасли будет заключаться в выявлении подобный высокоценных целей.

ПОА размером 50 метров будет в 4,6 раза более массивным по объёму и содержанию, и особо ценным для нас стал бы тот факт, что он содержит драгоценные или редкие Земные металлы, такие как иридий, родий, рутений, палладий или осмий.

В противоположность сказанному, рентабельность будет гораздо более проблематичной в отношении ПОА с менее ценным содержанием природных ресурсов. Астероид, содержащий 70 процентов никеля и молибдена, размером 50 метров в диаметре, будет иметь рыночную стоимость лишь около 200 миллионов долларов США на основе текущих рыночных цен: порядка 13 000 долларов США за тонну молибдена и 10 000 долларов США за тонну никеля. Такая ощутимо более низкая цена предполагает использование многоразового горнодобывающего транспортного оборудования в долгосрочной перспективе. Вероятно, также предполагает и использование солнечных и электрических силовых установок.

Важно отметить, что горнодобывающие работы в космическом пространстве могут оказаться вполне экономически эффективными с точки зрения добычи, по меньшей мере редких металлов, но следует также отметить, что даже водород, кислород, вода или другие летучие вещества в космическом пространстве могут иметь свою ценность. Веб-сайт компании Planetary Resources утверждает: «На орбите топливо для двигателей КЛА является предметом производства в несколько миллиардов долларов, где каждый фунт топлива стоит более, чем эквивалентный фунт золота на Земле».

Некоторые астероиды загружаются водородом и кислородом, компонентами ракетного топлива. Эти астероиды могут служить источниками топлива, которые в 100 раз «энергетически» ближе к орбите вокруг Земли, и, таким образом, гораздо дешевле, чем топливо эпохи Apollo: «всё своё ношу с собой», которое используется по сей день.

Впрочем, космическая горнодобывающая промышленность также в состоянии оказать содействие в создании и совершенствовании новых технологий для других типов космических полётов или создавать инновации, которые могут оказаться полезными для реализации прямо здесь, на Земле.

Деятельность по добыче полезных ископаемых в космическом пространстве будет всё более содействовать разработке новых и более экономически эффективных робототехнических космических полётов, передовых систем навигации и точного маневрирования в космосе, усовершенствованных космических ситуационных систем, технологий менее затратного производства спутников и улучшенных энергетических систем, включая фотоэлектрические элементы более высокой эффективности и технологий квантовых точек.

Разумеется, самый важный вклад вполне ожидаем в области создания экономически эффективных космических транспортных систем, таких как электроракетные двигатели, работающие на солнечной энергии. Если разработать системы, которые в основном будут представлять из себя универсальные транспортные системы, которые можно использовать в многоразовом режиме, и которые также можно будет использовать для развёртывания солнечных орбитальных электростанций.

Более того, если космические горнодобывающие предприятия смогут разработать дешёвые спутники, которые можно выпускать при более низкой стоимости и в больших объёмах с помощью 3D-печати, это стало бы весьма значительным вкладом. Подобная методика также может найти применение в области связи, точности спутниковой навигации, группах удалённого зондирования и других космических приложениях.

Ясно, что создание бюджетных дистанционных геодезических и разведывательных спутников в настоящее время является главным приоритетом для космических горнодобывающих предприятий, и компания Planetary Resources совместно с компанией 3D Systems в настоящее время разрабатывают прототип небольшого спутника.

Спутник Arkyd-300, шинная конфигурация которого с эффективной тороидальной формой, фиксирующей топливо, обеспечивает структуру для спутника. Тот факт, что спутник может быть «изготовлен» с помощью 3D-печати значительно снижает стоимость его изготовления. Одной из особенностей новых космических горнодобывающих компаний является то, что они, как правило, работают с партнёрами, которые могут помочь им развить эти новые виды технологий. Они также успешны в получении контрактов от НАСА для проведения исследований и опытно-конструкторских работ.

Правовые и нормативные проблемы

Современное состояние зарождающейся космической добывающей промышленности можно охарактеризовать таким образом, что она представляется гораздо более искусной в выявлении научных, инженерных и технологических проблем, с которыми столкнётся, и в большей степени фокусирует внимание на системных решениях, чем на решениях, которые можно было бы назвать правовыми, нормативными и проблемами стандартизации, которые этот новый тип предприятий влечёт за собой.

Единственный утверждённый международный правой документ, который является общепризнанным – это «Договор о космическом пространстве». Так называемый «Договор о Луне» имеет лишь несколько подписавших его сторон и не был подписан многими космическими державами. Другие положения, такие как «Конвенция об ответственности» также вполне обоснованная, а также различные усилия по определению положений, касающиеся использования ядерных систем в космическом пространстве. Наиболее важными составляющими «Договора о космическом пространстве» представляются Статьи 1 и 2.

Статья I

Исследование и использование космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, осуществляются на благо и в интересах всех стран, независимо от степени их экономического или научного развития, и являются достоянием всего человечества.

Космическое пространство, включая Луну и другие небесные тела, должны быть свободны для исследования и использования всеми государствами, исключая какую-либо дискриминацию, на основе равенства и в соответствии с международным правом, и ко всем областям небесных тел должен быть свободный доступ.

Должна соблюдаться свобода научных исследований в космическом пространстве, включая Луну и другие небесные тела, и государства должны содействовать и поощрять международное сотрудничество в подобных исследованиях.

Статья II

Космическое пространство, включая Луну и другие небесные тела, не подлежит обращению в национальную собственность через притязание на суверенитет посредством использования или оккупации, ни любыми другими средствами.

Несмотря на эти положения есть по крайней мере три частных предприятия, желающих участвовать в космической добывающей деятельности. Один из ключевых обсуждаемых вопросов сводится именно к определению небесного тела и соответственно маленького астероида, миллионы которых составляют небесное тело.

Ясно, что разработка недр такого малого и потенциально опасного тела представляется более допустимой в соответствии с «Договором о космическом пространстве», чем усилия по созданию национальных или частных колоний на Луне или проведение горных работ на Луне.

Необходимо предпринять ряд мер, чтобы ещё на стадии реализации попытаться прояснить будущие перспективы космических горных работ, могут ли это быть национальные или частные предприятия, и рассмотреть вопрос о будущем нормативно-правовом статусе таких предприятий. Эти меры включают «Анализ принципов международного управления космическим пространством» Института воздушного и космического права Университета МакГилл», в котором целая глава посвящена этой теме.

С практической, а не юридической точки зрения проекты компаний Planetary Resources Inc и Deep Space Industries кажутся менее проблематичными в свете правовых, нормативных или проблем стандартизации в отношении предпринимаемых ими усилий, чем компания Shackleton Energy, которая ориентирована на добычу полезных ископаемых на Луне.

Формулировка миссии компании Planetary Resources утверждает, что жители Земли в настоящее время ограничены невозобновляемыми ресурсами, найденными на нашей планете, но что мы не обязаны себя ограничивать подобной участью на протяжении более длительного срока в будущем.

В действительности может возникнуть необходимость создать определённые структуры во Вселенной, чтобы защитить нашу планету от экстремальных солнечных бурь, а также новые типы космической инфраструктуры для обеспечения новых форм экологически чистой энергии на Земле.

Будущее явно склонно не быть таким, как оно нам представляется. Новые космические отрасли действительно в состоянии изменить наше будущее, возможно, к лучшему или, возможно, в худшую сторону. Последующая компрессия, в результате которой будущие реалии выходят на первый план всё более быстрыми темпами, как во временном промежутке «Super Month», потребует институциональных и правовых мер реагирования на эти новые типы космических инициатив всё более и более быстрым образом.

***

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
Space Mining – the Reality of Tomorrow?
 журнал ROOM №1 (7) 2016