«Для колонии на Марсе проще доставлять стройматериалы и воду из Главного пояса астероидов»
Все чаще звучит идея, что космос — это не безмолвная бездна, а потенциальная кладовая ценных ресурсов, способных изменить будущее человечества. Например, запасы полезных веществ на астероиде Психея эксперты оценили в $100 000 квадриллионов. Вода, редкоземельные металлы, гелий-3 — все это уже найдено за пределами Земли. Однако добыть и использовать внеземные богатства пока невероятно сложно технически. Почему посадка на астероид — инженерный вызов, как измерить состав космического тела, не прикасаясь к нему, и стоит ли ждать прорыва от частных компаний? Об этом — в разговоре с астрономом Леонидом Елениным, который объяснил, что мешает добывать полезные ископаемые на астероидах.
«Вода — краеугольный камень космической экспансии»
— Идея использовать внеземные ресурсы для поддержания баз на Луне и Марсе, а также для заправки космических аппаратов обсуждается давно. Насколько она вообще жизнеспособна с научной точки зрения? Сможет ли человечество использовать, например, воду на Луне?
— Это действительно ключевой вопрос. Вода — краеугольный камень космической экспансии. Без нее невозможно создать долговременные базы: она нужна и для жизнеобеспечения, и для выработки кислорода и водорода, которые можно использовать как ракетное топливо. Поэтому вода — один из главных ресурсов, который ищут на Луне, в первую очередь на ее Южном полюсе, где велика вероятность наличия льда.
Если говорить об очень далеком будущем, то представьте себе целую сеть орбитальных или планетарных станций-заправок. На них можно будет перерабатывать местную воду, разлагать ее на кислород и водород и использовать для заправки. Это сильно снизит стоимость межпланетных экспедиций. Однако сейчас это лишь научные мечты, которые разбиваются об экономическую реальность.
— А что с астероидами? Есть ли там вода?
— Да, и это стало большим открытием. Долгое время считалось, что на расстоянии между орбитами Марса и Юпитера вода в виде льда просто не могла сохраниться — слишком близко к Солнцу. Но межпланетные экспедиции показали, что это не так. Например, на Церере, которая раньше считалась астероидом, а теперь классифицируется как карликовая планета, был найден водяной лед и даже действующий криовулкан — он извергает не лаву, а ледяные массы. Это стало настоящей сенсацией.
Более того, мы знаем, что вода есть и на некоторых других типах астероидов. А это открывает огромные перспективы: если в будущем мы будем осваивать, например, окрестности Юпитера или строить базы на Марсе, то логистически проще будет доставлять строительные материалы и воду не с Земли, а из Главного пояса астероидов.
— А готово ли человечество к этому технологически? Например, японские ученые проанализировали данные сейсмографа InSight и предположили, что на Марсе есть жидкая вода под землей на глубине 11-20 километров. Можем ли мы добывать ее на такой глубине, или это научная фантастика?
— Вы сами ответили на этот вопрос: сейчас это научная фантастика. Даже на Земле с ее развитой инфраструктурой самая глубокая скважина — Кольская сверхглубокая — достигла чуть больше 12 километров, и это был максимум. А теперь представьте, что нам нужно доставить буровую установку на Марс, собрать ее там, да еще чтобы она работала автономно, без участия человека.
Да, Илон Маск говорит, что в течение ближайших лет отправит людей на Марс, но пока Starship даже не возвращается стабильно с околоземной орбиты. Думаю, до полноценной марсианской экспедиции нам еще очень далеко. И уж тем более до глубокого бурения в условиях другой планеты.
121 грамм за $800 млн: грунт с астероида Бенну с точки зрения экономики — пустая трата денег
— Вернемся к разработке астероидов? Еще одна популярная идея: добывать на них редкоземельные металлы, платину, золото…
— Да, тема активно обсуждается, особенно после того как начали считать потенциальную стоимость астероидов. Некоторые оценки говорят о цифрах, которые в миллион раз превышают ВВП всей Земли. Но на практике все пока скромнее: рекорд по массе доставленного с астероида вещества — 121 грамм. Он принадлежит экспедиции OSIRIS-REx, которая стоила NASA $800 млн. Получается, один грамм вещества с астероида Бенну обошелся в $6,7 млн. Это научный триумф, но с экономической точки зрения — трата денег, а вовсе не успешный бизнес.
На астероидах повышенное содержание редкоземельных элементов. Но это не значит, что, зачерпнув килограмм породы, мы получим полкило платины. Это тысячные доли процента. Чтобы получить хоть какую-то экономическую выгоду, нужна автоматизированная инфраструктура прямо на астероиде: переработка, извлечение нужных элементов, отправка на Землю. Без таких космических шахт все это будет убыточно, да и сами они будут стоить дорого. И пока это тоже научная фантастика, пусть и с реалистичными перспективами на горизонте десятилетий.
— А почему вообще в астероидах столько редких и ценных веществ? Почему их там больше, чем на Земле?
— Есть два объяснения. Во-первых, на Земле многое уже ушло вглубь. Наша планета прошла стадию дифференциации: тяжелые элементы, такие как иридий, опустились к ядру, а на поверхности остались более лёгкие. Мы просто не можем добраться до этих залежей — глубоко. А вот астероиды — это, по сути, осколки разрушенных протопланет. Они не успели пройти полную дифференциацию, поэтому редкоземельные элементы распределены у них равномерно, иногда прямо у поверхности.
Во-вторых, есть тела вроде Луны, у которых нет атмосферы. Там под действием солнечного ветра накапливаются, например, изотопы. Гелий-3 — перспективное топливо для термоядерной энергетики. На Земле содержание такого изотопа исчезающе мало, потому что атмосфера не пропускает жесткое космическое излучение.
— Хорошо, допустим, мы нашли астероид, интересный с точки зрения ресурсов. Как сегодня астрономы определяют его состав, наблюдая с Земли или с орбиты? Можно ли заранее понять, металлическое ли это тело?
— Да, мы умеем это делать. Самый точный способ — это, конечно, доставить образцы на Землю, но это пока удел единичных экспедиций. Зато мы можем анализировать спектр отраженного от астероида солнечного света. По характеру линий поглощения можно с большой достоверностью определить состав: есть ли металл, углерод, силикаты и так далее.
Такие спектроскопические исследования ведутся с 1970-х годов. Сначала астероиды делили на три класса, теперь их больше двадцати. Кроме того, с помощью математических моделей мы можем вычислить массу астероида, особенно если рядом проходит космический аппарат. Зная массу и размер, легко определить плотность — и понять, металлический это объект или, скажем, углеродистый.
Особый интерес представляют металлические астероиды. Они составляют всего около 5% от всей популяции, но именно они — это, вероятно, оголенные ядра древних протопланет. Их оболочки разрушились в результате столкновений, а вот плотные металлические сердцевины остались и теперь летают в виде астероидов. И именно они могут стать настоящим космическим источником ресурсов в будущем.
— Можно ли выбрать подходящий астероид для добычи, основываясь только на наблюдениях с Земли?
— Нет, исключительно по спектру нельзя быть уверенным. Наблюдения дают предварительную информацию. Например, если астероид относится к спектральному Х- или М-классу, он потенциально интересен, потому что может оказаться металлическим. Но дальше нужно отправить небольшой разведывательный аппарат, который подтвердит или опровергнет наши оценки. Только после этого можно планировать полноценную дорогую экспедицию с посадкой и добычей.
Сейчас к крупнейшему металлическому астероиду (16) Психея летит одноименная экспедиция NASA Psyche. Она не будет садиться, но проведет детальное исследование на орбите астероида, что поможет понять, стоит ли в будущем планировать добычу.
Проблема в гравитации: почему посадка на астероид — трудная задача
— Какие успешные или неудачные экспедиции к астероидам и кометам уже проводились? Что они дали человечеству?
— Было несколько таких экспедиций. Первая мягкая посадка на астероид состоялась 12 февраля 2001 года. Это был аппарат NEAR Shoemaker и астероид Эрос — первый открытый околоземный астероид, довольно крупный. Аппарат вышел на его орбиту в 2000 году, а через год совершил посадку. Причем изначально он не был рассчитан на посадку: завершив орбитальные исследования, ученые решили попробовать посадить аппарат мягко вместо того, чтобы просто разбить его о поверхность. Им это удалось. Но бурение или сбор вещества не проводились.
Следом была японская экспедиция «Хаябуса-1», которую запустили в мае 2003 года. Это был революционный проект: использовались ионные двигатели. В сентябре 2005-го он приблизился к астероиду Итокава, но возникли технические проблемы с ориентацией и системами аппарата. Вещество все же удалось собрать, но при маневре аппарат задел астероид и связь с ним потеряли.
В 2006-м ее удалось восстановить, а перезапуск ионного двигателя осуществили только в 2009-м. Аппарат с большим трудом вернулся на Землю. В 2010 году он доставил капсулу с менее чем граммом вещества. Очень дорогостоящая экспедиция, если пересчитать стоимость проекта на массу доставленных образцов.
Позднее японцы учли ошибки и запустили «Хаябусу-2» в 2014 году. Она уже собрала 5,5 грамма вещества и благополучно доставила его в 2020 году.
Способ сбора тот же: аппарат не садился, а «подскакивал» к поверхности, выстреливал танталовыми шариками и собирал выброшенные обломки.
Третьей была американская экспедиция OSIRIS-REx к астероиду Бенну, которая стартовала в сентябре 2016 года, а достигла его 31 декабря 2018-го. Здесь использовали другой подход: сбор вещества происходил с помощью струи сжатого азота. Планировалось собрать 60 граммов, но в итоге получили 121 грамм — это рекорд на сегодняшний день. Капсула с образцами вернулась на Землю 24 сентября 2023 года. Все эти экспедиции показывают, насколько технически и финансово сложно добывать ресурсы в космосе.
— Почему посадка на астероид или комету — такая трудная задача?
— Проблема в гравитации. У планет она ощутима, объект сам притягивает аппараты. Главное — не разбиться. А у астероидов гравитация ничтожна, и чтобы перейти на орбиту вокруг астероида, нужно очень точно погасить скорость. Сесть на поверхность еще сложнее: нужно найти безопасное место, избежать кратеров, скал. Аппарат должен сам выбрать место посадки, сориентироваться там, удержаться. Поэтому большинство экспедиций используют «подскок» — кратковременное касание. Это безопаснее. Японцы первыми применили такую тактику, и сейчас она признана оптимальной.
Пример экспедиции «Розетта» (Rosetta), которая длилась с 2004 по 2016 годы, хорошо это показывает. Эта программа Европейского космического агентства должна была закрепить спускаемый аппарат «Филы» (Philae) на комете 67P/Чурюмова — Герасименко. Однако при посадке на комету 12 ноября 2014 года не сработала система фиксации, аппарат отскочил, потерял ориентацию и оказался в темной трещине, где его солнечные панели не могли заряжаться от Солнца. Он завалился на бок, а потому не смог в полной мере выполнить свою научную программу. Повторно он выходил на связь в течение месяца в 2015 году и присылал ценные данные, но ЕКА признало, что вновь связаться с «Филами» не получится. Экспедиция, не до конца выполнившая все свои научные задачи, обошлась в €1,4 млрд. С тех пор космические агентства не рискуют сажать аппараты прямо на комету или астероид. Однако это могут попробовать сделать в будущем, когда усовершенствуют технологии.
— Частные компании тоже пытаются освоить космические ресурсы. Есть ли у них успехи?
— Было много заявлений, но реально действуют единицы. Американская компания Astroforge запустила уже две экспедиции. Первая потерпела неудачу, спутник не вышел на связь. Во второй аппарат Odin должен был пролететь мимо потенциально металлического астероида, но его тоже потеряли. Сейчас они готовят третью — Vestri. Она будет более продвинутой.
Astroforge сделала выводы: нужен более мощный источник питания, более емкие аккумуляторы, полноценное тестирование систем. Их подход — двигаться шаг за шагом, пусть с неудачами, но с обучением и накоплением необходимого опыта. Это важно для всей отрасли. Если им удастся, они покажут, что даже частная компания может отправлять аппараты к астероидам.
— А если начать разработку астероида, может ли это повлиять на его орбиту и создать угрозу для Земли?
— Нет, риски минимальны. Даже если мы хотим изменить орбиту намеренно, это получается крайне слабо. Наши космические аппараты слишком малы. Гравитационные воздействия от Солнца и планет на астероиды в миллионы раз значимее. Поэтому посадка, бурение и даже добыча ископаемых не изменят орбиту настолько, чтобы она стала опасной для Земли.
О том, почему человечество не может повлиять на орбиты малых космических тел, можно прочитать в другом нашем интервью с Леонидом Елениным.
Самое популярное
