Стоит ли добыча полезных ископаемых на астероидах? [дубликат]

В зависимости от того, для чего вы используете минералы, это может быть не только стоящим, но и единственным возможным способом получить доступ к минералам в любом количестве.

Давайте начнем с рассмотрения «Аполлона-11». Командно-служебные модули миссии «Аполлон-11» весили почти 29 метрических тонн и несли топливную нагрузку (керосин и жидкий O ₂ ) примерно в 2,4 миллиона литров , чтобы доставить его на борт . путь на Луну. Я укажу здесь, что отношение массы к топливной нагрузке здесь не обязательно полезно, поскольку Сатурн V был разработан с нуля, чтобы вывести на орбиту эту массу и размер, но это соотношение действительно показывает, что даже если вы отправите эквивалент количество массы (по одному грузу за раз) на орбиту, чтобы сделать что-то большое, потребуется огромное количество топлива.

Так; давайте построим что-то большое.

Звездолет класса «Конституция» (TOS Enterprise) имеет несколько оценок массы, которые помещают его в диапазон 180 тысяч метрических тонн. Это примерно в 6 207 раз превышает массу стартового веса командно-служебного модуля Аполлона-11. Стоимость запуска 17 миссий «Аполлон» для многих американцев была сочтена слишком высокой, и программа была закрыта (частично) из-за текущих затрат США. Только получение сырой массы для космического корабля (не говоря уже о строительных бригадах, жилых помещениях, строительных каркасах и платформах и т. д.) обошлось бы в 365 раз больше, чем стоимость топлива всей программы «Аполлон». Все это предполагает, что из наших истощающихся ресурсов остается столько топлива . Непрактично и потенциально невозможно.

НО; у нас там целый пояс астероидов. Преимущество (как указывает sdfgeoff в своем комментарии) астероидов заключается в том, что они имеют очень небольшую гравитацию, с которой приходится бороться. Итак, если полезные ископаемые находятся на астероидах, то их добыча и переработка — лучший вариант, чем пытаться добыть все эти полезные ископаемые с Земли.

Проблема будет заключаться в размере и содержании минералов. Пояс астероидов между Марсом и Юпитером имеет массу около 4% массы Луны, и мы не знаем, какой процент от этого можно использовать с точки зрения полезных ископаемых. Кроме того, большая часть его рассредоточена, когда вы проходите мимо Цереры и пары других действительно больших астероидов, что делает Цереру очевидной отправной точкой. Если мы говорим о 50%-м содержании минералов (и это, вероятно, очень щедро), у вас будет более чем достаточно материалов для флота космических кораблей, но сначала вам нужно очистить материалы. Это плавильные заводы, фабрики и энергия . Это самая большая проблема, так как нам нужна энергия там, и поскольку на Церере не зарегистрировано массового вымирания растений, там нет нефти или другого химического источника энергии.

Однако, если мы найдем запасы гелия-3 в количествах, подобных тем, что обнаружены на Луне, у вас будет огромное количество (по крайней мере, на время) доступных минералов и энергии с очень небольшими энергетическими затратами с точки зрения гравитационных колодцев. Сначала вы строите свою инфраструктуру (перерабатывающие заводы, фабрики, строительные каркасы и т. д.), а затем любые материалы, которые у вас остались, идут на корабли или другие космические нужды.

В конце концов, мы добудем астероиды, а затем нам придется искать другие источники полезных ископаемых в скважинах с низкой гравитацией. Одной из них, которую мы могли бы рассмотреть, была бы Луна, поскольку, хотя получение полезных ископаемых с нее требует затрат энергии, это далеко не так дорого, как их добыча с Земли. А еще лучше, мы бы посмотрели на меньшие спутники вокруг Марса или даже на внешние газовые и ледяные гиганты, но тогда нам нужно было бы найти гелий-3 или какой-то другой запас энергии на минеральной основе, а эти места в лучшем случае удалены. Если наши энергетические потребности дополняются изначально за счет солнечной энергии, то их удаленность от солнца также проблематична.

В конечном счете эта проблема сводится к доступности; не только с точки зрения самих полезных ископаемых, но и энергии, необходимой для их добычи и транспортировки.

Добыча полезных ископаемых на Земле возможна, потому что у нас есть огромные запасы энергии. Однако выведение их из гравитационного колодца потребует много энергии.

Добыча полезных ископаемых на астероидах сведет на нет затраты энергии на доставку этих полезных ископаемых в космос, но в этом случае очень мало энергии (за исключением потенциального топлива для термоядерных реакторов), которую можно было бы использовать там в первую очередь.

Итак, если на этих астероидах нет источника энергии, то, вероятно, нет. Это того не стоит, потому что стоимость полезных ископаемых зависит от стоимости доставки энергии к этим астероидам постоянно. Если материалы используются на Земле, то опять же ответ вполне может быть отрицательным, потому что затраты на создание инфраструктуры для майнинга в первую очередь будут финансировать то, что вы хотите построить.

Но если вы хотите строить что-то в космосе и иметь локальный источник энергии для минералов, то, безусловно, стоит подумать, строите ли вы что-то в масштабе.

Ценность добычи на астероидах заключается в том, что материалы уже находятся в космосе. Доставка материалов с Земли в настоящее время стоит около 25 тысяч долларов за килограмм.

Если материал уже находится в космосе, вы можете строить космические корабли, космические станции, спутники-зонды и т. д. без затрат на топливо, чтобы доставить его на орбиту.

Когда у вас есть технология, позволяющая добраться туда и обратно, становится интересно.

У добычи на астероидах есть два основных преимущества по сравнению с добычей на планетах. Как отмечали другие, если вам нужны материалы для дальнейшего строительства в космосе, вы значительно экономите на затратах на запуск. Но даже если вы хотите отправить материалы обратно на Землю, есть второй момент: большая часть материала, из которого состоит Земля, в значительной степени недоступна для нас.

У нас есть доступ только к тонкой коре на самой вершине очень массивной планеты. Хуже того, многие минералы преимущественно отделились глубоко под земной корой, вплоть до ядра планеты. Многие из этих материалов очень ценны — платина, иридий, золото, серебро, многие редкоземельные металлы; даже железа и никеля. В то же время на астероидах много льда, который можно использовать для переработки топлива на месте, что значительно снижает стоимость доставки.

Еще одним большим преимуществом является то, что астероиды часто содержат в основном чистые металлы, а не руды. Это может позволить нам избежать дорогостоящей переработки и значительно увеличить выход (например, большинство современных медных руд содержат только около 3% своей массы в виде меди; 500-тонный астероид может соответствовать 15 кт медной руды в земле). Алюминий сэкономил бы много энергии при рафинировании, если только он не является одним из тех, которые часто окисляются даже на астероидах.

Трудно сказать, будет ли он достаточно хорош через 50 лет. Экономика сложна, и то, что казалось большим предприятием, может очень быстро превратиться в низкоприбыльную торговлю. Требуемые первоначальные инвестиции очень велики, и у нас на самом деле нет технологий для этого прямо сейчас — ни для майнеров, управляемых людьми, ни для роботов. Любые попытки, вероятно, будут идти рука об руку с большим присутствием в космосе вообще - вот где реальная экономия.

Основная проблема с добычей полезных ископаемых на астероидах заключается в том, что они находятся довольно далеко от Земли и, что еще важнее, друг от друга. Если вы случайно встретите астероид нужного типа, вы можете увидеть сотни миллиардов долларов. Если вы встретите скучный вид, это может означать, что вы потратите несколько месяцев на поиск и путешествие к следующему. Помогли бы какие-то автоматические зонды, но опять же, сейчас у нас нет технологии. Будет ли это правдоподобно через 50 лет? Возможно.

Есть некоторые астероиды, которые более доступны, чем даже поверхность Луны. Одним из типичных кандидатов на добычу является 4660 Nereus — считается, что он богат магнием, но в основном представляет интерес из-за своей доступности (если вы правильно рассчитаете время). Это может послужить пилотной операцией по проверке концепции когда-нибудь в будущем, прежде чем мы направимся к более отдаленному поясу.

Для целей рассказа может быть полезно иметь какую-то вескую причину, по которой были начаты первоначальные инвестиции. Что-то, что выталкивает людей из колодца. Общественность сейчас относительно мало интересуется исследованием и эксплуатацией космоса, и вы можете даже представить, как люди изо всех сил борются, чтобы предотвратить это (например, представьте, что вы нашли весь запас золота на Земле только в одном астероиде — из него не получится золото). владельцы довольны). Как это изменить? Заставить людей хотеть , чтобы что-то произошло, обычно является хорошим началом. Если люди не заботятся о космической экономике (или, что еще хуже, считают ее конкурентоспособной по сравнению с их собственной работой), вы не получите шахтеров на астероидах через 500 лет :P

Я собираюсь пойти против скептиков и сказать да.

С экономической точки зрения, самые большие затраты на добычу астероидов связаны с отсутствием налаженного трубопровода. Здесь предполагается, что каждая ракета должна взлететь с земли, захватить свой груз и вернуться на землю.

Что касается снижения затрат на покидание атмосферы, всегда есть подход с использованием так называемого «космического лифта».

Статья НАСА по этому поводу.

Как только это будет установлено, вам нужно будет установить систему кораблей, построенных специально для плавания через пояс астероидов. Им не нужно было бы быть такими большими, поскольку им не нужно было бы нести достаточно топлива, чтобы взлететь с чего-либо с реальной гравитацией.

Что касается экономики, первоначальные затраты должны быть компенсированы большими потенциальными выгодами в будущем. Таким образом, извлеченные полезные ископаемые должны быть невероятно редкими или, наоборот, невероятно дешевыми для извлечения, но при этом быть невероятно обильными, и их должно быть больше, чем на Земле. Опять же, второй вариант немного более правдоподобен, если установленный трубопровод уже построен и дешев в обслуживании.

Вам даже не нужно было бы иметь экономически обоснованную причину для создания первоначального трубопровода, просто кто-то, пренебрегающий экономикой. В «Человеке в высоком замке» П. Дика его график позволил нацистам создать эффективные ракеты для международных путешествий. Его логика для такой ситуации заключалась в том, что нацисты сошли с ума от тяги к немыслимому, независимо от последствий для них самих в конце концов.

Вот ссылка на сцену, где 2 персонажа находятся на борту Lufthansa Rocket.

Как только что-то установлено и работает, ему не нужно доказывать свою теоретическую ценность потенциальным покровителям, поскольку оно уже приносит видимый доход. Если бы сумасшедший при диктатуре стал тратить свои ресурсы на такие вещи, Вам не пришлось бы беспокоиться о том, почему. Если бы прибыль от использования такой системы перевешивала затраты на ее обслуживание, то было бы несложно привлечь потенциальных инвесторов для дальнейшего использования и расширения.

В конечном итоге все сводится к тому, как построена ваша временная шкала (50 лет — это долго) и насколько вы действительно хотите добывать астероиды.

Добыча полезных ископаемых на астероидах обошлась бы дорого, но доставленные материалы того стоили. Найдите достаточно большой астероид, и вы сможете получить тонны руды, такой как железо, золото, платина и т. д. Я также предлагаю вам автоматизировать процесс, используя роботов, чтобы они выполняли всю работу.

На дворе 2068 год, около двадцати лет назад человечеству удалось запустить космический лифт. Теперь им нужно больше металлов и редких материалов, которые можно найти в астероидах.

Корабли со специальным оборудованием доставляют астероиды к Земле и выводят их на очень специфическую орбиту, которая проходит рядом с космическим лифтом, но не сталкивается ни с какими другими астероидами. Шахтеры работают на этих астероидах, и они добираются до работы и доставляют материалы с помощью космического лифта.

Гигантское строительство идет полным ходом для завершения самоподдерживающегося нефтеперерабатывающего завода, чтобы астероиды можно было добывать и обрабатывать на месте, а не доставлять их на Землю.

Итак, одна вещь, о которой я не видел, чтобы кто-то говорил, это то, что вы наверняка получите астероид, но как вы собираетесь его совершенствовать. в космосе нет низкой гравитации, это означает, что даже если вы можете нагреть металлы до кипения, вы не сможете их разлить. Их нужно будет протолкнуть через поршень какого-либо типа в пригодные для обработки формы, слитки или что-то еще, что затем может быть инструментами, или прокатывать и сжимать. Эта кузница поршневого типа должна быть изготовлена ​​из материала, способного выдерживать высокую температуру и не засоряться при охлаждении металлов, ее нужно будет легко ремонтировать и заменять. черными металлами можно манипулировать с помощью магнетизма, но при нагревании до расплавленного состояния вы обнаружите, что магниты по-разному действуют на металлы. Конечно, это можно сделать в условиях отсутствия гравитации, но затраты и процесс будут намного сложнее. Экструдированные металлы легче всего поддаются обработке. Если бы у вас было большое количество плотной массы, вы могли бы создать свой собственный псевдогравитационный колодец. Но гравитация с центробежной силой намного дешевле и может справиться с вещами, с которыми помогает гравитация, например, с разливкой металлов из тиглей. Это просто увеличивает размер вашей операции (корабля), хотя перенос массы на борт вращающегося корабля также имеет свои проблемы.