BOGATSTVA SVEMIRA

Pripremio: Dragan Lazarević

Asteroidi-rudnici

Retki metali u budućnosti

Mala stenovita tela Sunčevog sistema nepravilnog oblika i veličine od nekoliko metara do nekoliko stotina kilometara, nazvana asteroidi, uglavnom se nalaze u prostoru između Marsa i Jupitera, u tzv. asteroidnom pojasu. Prema proceni, ovaj pojas sadrži više od sto hiljada ovakvih objekata. Jupiter je svojim gravitacionim uticajem onemogućio formiranje planete na tom prostoru i veliki broj tzv.Trojanskih asteroida je odvukao do svoje putanje oko Sunca i zarobio u svojim Lagranževim tačkama, određen broj je privukao pa su ušli u njegovu atmosferu i isparili a nekim asteroidima je izmenio putanju i usmerio ih bliže ka Suncu. Bliskim prolascima pored Marsa i uticajem drugih fenomena, npr. Efekta Jarkovskog, putanje tih asteroida su približene Zemljinoj putanji oko Sunca.

Do sada je registrovano oko 9000 asteroida prečnika većeg od 50 m koji se približavaju Zemljinoj putanji toliko da je najbliže rastojanje od Sunca (tzv. perihel) manje od 1,3 astronomske jedinice i oni se označavaju skraćenicom NEA (Near Earth Asteroids). Od tog broja putanje preko 900 asteroida seku Zemljinu putanju i predstavljaju potencijalnu opasnost jer mogu da, privučeni njenom gravitacijom, padnu na nas i izazovu katastrofu planetarnih razmera.

Velike katastrofe u Zemljinoj geološkoj prošlosti, kao što je pad asteroida pre 65 miliona godina koji je uništio svet dinosaurusa i strah da se takav događaj može ponoviti u budućnosti tretirao je bliske asteroide kao pretnju pri č emu su razmatrani projekti slanja kosmičkih letelica koje bi raznim metodama izmenile njihovu putanju i sprečile udar o Zemlju. Ovogodišnji prolazak asteroida 2012 DA14, prečnika 40 m, pored Zemlje na rastojanju manjem od orbite komunikacionih satelita i pad meteorita kod Čeljabinska, ukazuju da još uvek ima nepoznatih NEA objekata koji mogu da padnu na Zemlju.Tri NEA objekta su snimile kosmičke sonde a određen broj je, pri bliskom prolazu pored Zemlje, radarski snimljen velikim antenama radio-opservatorija Goldstoun i Aresibo.U poslednjoj deceniji, bliski asteroidi se razmatraju i kao ciljevi kosmičkih letelica radi iskorišćavanja materija u njihovom sastavu za potrebe zemaljske ekonomije.

Asteroidi i sirovine potrebne industriji na Zemlji

Korišćenje sirovina asteroida i njihova prerada na licu mesta je ideja koja je prisutna čitav vek u naučno-fantastičnim vizijama. Naseobine na asteroidima i planetoidima mogle bi da opstanu i dalje se izgrađuju samo ako koriste lokalne materijale i izvore energije. Sastav asteroida je dobro poznat zahvaljujući ispitivanju meteorita koji od njih potiču i, na osnovu toga, moguće je okvirno planirati iskorišćavanje supstanci koje ih sačinjavaju a koje su deficitarne na Zemlji. Visoka cena plemenitih metala mogla bi da ekonomski opravda misiju slanja robotizovane kosmičke letelice na asteroid, tehnološki proces njihovog izdvajanja iz tla i dopremanja na Zemlju.

U svojoj najranijoj fazi geološke istorije, neposredno posle formiranja pre oko 4,5 milijardi godina, Zemljina površina je bila užarena rastopljena magma. Gravitacionim dejstvom došlo je do raslojavanja i potonuća hemijskih elemenata veće specifične težine ka Zemljinom jezgru da bi se kasnijim hlađenjem formirala njena kora sastavljena od specifično lakših silikata aluminijuma i magnezijuma. Metali velike gustine kao što su zlato, platina, iridijum i dr. su kasnije ušli u sastav kore, padovima asteroida kod kojih je materija ostala u istom odnosu elemenata kao u primodijalnoj maglini. Smatra se da na asteroidima ima plemenitih metala raspršenih u njihovoj masi u nekom malom relativnom udelu ali znatno većem nego u Zemljinoj kori.

Nalazišta retkih plemenitih metala na Zemlji su gotovo iscpljena a potrebe za njima u industriji rastu pa se pojavila ideja da započne njihova eksploatacija na asteroidima i dopremanje na Zemlju. U SAD su 2012. formirane dve kompanije koje su postavile veoma ambiciozan cilj - da ostvare profit iskorišćavanjem retkih metala i drugih sirovina sa bliskih asteroida.

Planetary Resources je kompanija koju su podržali veoma uspešni poslovni ljudi, Lari Peidž i Erik Šmit iz kompanije Google , a priključio im se i Džejms Kameron, filmski režiser i poznati istraživač morskih dubina. Kako su ove ličnosti poznate po upornosti u ostvarivanju deklarisanih ciljeva a na raspolaganju imaju i znatna finansijska sredstva, ovaj događaj je dobio znatan publicitet u svetskim medijima. Planovi kompanije, pogotovu prvi koraci neće biti spektakularni kako se možda očekivalo. Prvo će se 2015. u Zemljinu orbitu postaviti sateliti arkyd 100 sa sistemom teleskopskih kamera koje bi utvrdile koji su asteroidi najpogodniji za slanje automatske kosmičke letelice. Potom bi se poslala sonda arkyud 300 koja bi posebnom kapsulom dopremila uzorke tla asteroida na Zemlju. Na osnovu rezultata ispitivanja uzoraka planirala bi se i sprovela misija koja bi, preradom tla asteroida, izdvojila teške metale a topljenjem vodenog leda i elektrolizom vode proizvelo bi se gorivo potrebno za ekonomično dopremanje svega proizvedenog na Zemljinu površinu.

Deep Space Industries je kompanija skromnijih finansijskih mogućnosti ali spremna na saradnju sa svima koji su zainteresovani, uključujući i NASA-u.

Njen osnivač Dejvid Gamp je već učestvovao u kosmičkim projektima poput malog Mesečevog rovera polaris i on veoma hrabro izlaže svoje vizije za koje kritičari misle da su daleko iznad mogućnosti ove kompanije. Prvi korak bi predstavljalo lansiranje minijaturnih sondi fire flies koje bi prošle pored NEA objekta i snimile ga. Drugi korak je slanje nešto većih sondi dragon flies koje bi dopremile uzorke na Zemlju. Konačno bi se poslala složena tehnološka laboratorija harvestore koja bi izdvajala retke metale iz asteriodne mase i čak ih oblikovala u odgovarajuće proizvode metodom 3D štampanja. Proizvodila bi raketno gorivo izdvajanjem vode iz hidratisanih minerala ili topljenjem leda pa razlaganjem na vodonik i kiseonik. A ako je asteroid ugljenični hondrit, proizvodili bi se i ugljovodonici. To gorivo bi se transportovalo u Zemljinu orbitu i snabdevali sateliti, što je znatno jeftinije nego da se gorivo donosi sa Zemlje. Planovi ovih kompanija u suštini su veoma slični a osnovni problem je isti: tehnologija prerade i ekstrakcije potrebnih materija.

Voda i isparljive materije se mogu izdvojiti zagrevanjem tla asteroida u odgovarajućim komorama, čestice fero-magnetnih metala se mogu skupljati magnetima ali glavni tehnološki problem - izdvajanje teških metala iz asteroidne mase - nije rešen. Postoje ideje o primeni gasnih vrtloga u komorama itd. ali treba preraditi tone hondrita da bi se dobili grami teških metala. Koliko energije zahteva taj proces i da li solarni paneli mogu to da obezbede, ostaje da se utvrdi kada prvi uzorci tla asteroida budu dopremljeni na Zemlju i izvrši simulacija takvog procesa.

Ispitivanje mogućnosti korišćenja sirovina sa asteroida planira i NASA u projektu RAP (Robotic Asteroid Prospector). Prvi korak je snimanje asteroida klase M, bogatih gvožđem i niklom, kao i C tipa koji sadrže vodu. U projektu se razmatraju tehnologije za izdvajanje potrebnih materija iz asteroidne mase, korišćenje solarno-termičkog i solarno-električnog pogona za transport do asteroida i nazad u Zemljinu orbitu preko Lagranžovih tačaka u sistemu Zemlja-Mesec, čime bi se ostvarila maksimalna ušteda energije i goriva.

Izbor asteroida-cilja i put do njega

Asteroid koji bi bio prvi i najoptimalniji cilj tek treba da se odabere ali već sada su poznati neki uslovi koje bi trebalo da ispunjava. Kako će se koristiti solarna energija, ne odgovara asteroid čija je maksimalna udaljenost od Sunca veća od 2 AJ jer bi dobijena energija bila slaba.Takav objekat bi zahtevao i veću količinu goriva i za dolazak i za vraćanje prema Zemlji. Od 9.000 NEA objekata, 1.700 je energetski lakše dostići nego površinu Meseca jer veoma slaba gravitacija asteroida ne zahteva intenzivno raketno kočenje u cilju mekog spuštanja. Pri sletanju na Mesec završni „delta V“ manevar je oko 2.5 km/s, a kod najvećih bliskih asteroida on je oko 10 m/s. Do sada su kosmičke sonde obavile spuštanja na bliske asteroide: američka NEAR na 433 Eros, japanska hajabusa na 25143 Itokava, koja je uspela da sa njega vrati na Zemlju kapsulu sa česticama-uzorcima njegove prašine.

Problem dolaska na asteroid i spuštanje na njega je rešen i ako se odabere najekonomičnija putanja tzv. Hohmanova elipsa. U najboljem slučaju, trajanje putovanja do cilja iznosi nešto više od pola godine. Misije kosmičkih sondi koje se pripremaju treba da dopreme uzorke tla na Zemlju u cilju širih naučnih istraživanja. Američka sonda OSIRIS Rex treba da bude lansirana 2016. Posle putovanja od oko dve godine, približiće se asteroidu ugljeničnog tipa 1999RQ36 prečnika 560 m. Narednih 500 dana kružiće oko njega i snimati i istraživati njegovu površinu sa rastojanja od oko 5 km da bi se odredilo mesto odakle će uzeti uzorke mehaničkom rukom, približavanjem ali ne i sletanjem na tle. Ukupna masa uzoraka od 60 gr do 2 kg bi se smestila u kapsulu istovetnu onoj iz misije Stardust kada su doneseni uzorci prašine komete a potom bi se uputila ka Zemlji i stigla 2023. Cilj misije je da ustanovi sastav ovog asteroida jer se veruje da sadrži složene organske materije kao što su amino-kiseline nađene u Marčisonskom meteoritu i dobije odgovor na pitanje o kosmičkom poreklu osnova života na Zemlji.

Japanska kosmička agencija JAXA planira da 2014. ili 2015. pošalje sondu hajabusa 2 ka asteroidu 1999JU3 koji je takođe ugljeničnog tipa, prečnika oko 900 m. Sonda bi se pokretala na jonski pogon pa bi na cilj stigla 2018. Oko godinu dana bi kružila oko njega, snimala površinu, a planira se i izbacivanje malog lendera MASCOT nemačko-francuske proizvodnje kao i ispaljivanje penetratora i stvaranje veštačkog kratera. Ispaljivanje bi se obavilo iz prethodno odvojenog SCI uređaja a sonda hajabusa 2 bi se prethodno zbog sigurnosti pomerila na drugu stranu asteroida. Posle prikupljanja uzoraka, sonda bi 2019. krenula ka Zemlji na koju bi kapsula sa uzorcima trebala da stigne krajem 2020. Sličnu misiju bi mogla da preduzme i Kina čija je sonda čang 2 uspešno prošla pored asteroida 4179 Toutatis.

Ove misije kosmičkih agencija će se završiti pre nego što budu i počele misije privatnih kompanija. Iako njihov zadatak nije ispitivanje asteroida u cilju eksploatacije, njihovi rezultati će sigurno uticati na određivanje misija u tom cilju.

Uticaj na zemaljsku ekonomiju i naseljavanje Sunčevog sistema

Ako bi prvi koraci u eksploataciji retkih metala na asteroidima dali pozitivne rezultate, može se očekivati da i mnoge druge privatne i državne kompanije krenu tim putem. Moglo bi da usledi nešto nalik na „zlatnu groznicu“ iz 19.veka - ali ovog puta u kosmosu. Ukoliko bi porasla ponuda retkih metala, pitanje je da li bi se održala njihova visoka cena ili bi došlo do novog tehnološkog razvoja sa najširom primenom ovih metala u novim proizvodima pa sa time i još većom potražnjom za njima. Možda će se pokazati da je lakše i kvalitetnije izrađivati polufabrikate na samim asteroidima, u uslovima kosmičkog vakuuma i mikrogravitacije. Ako se pronađu tehnološki procesi prilagođeni kosmičkim uslovima i ekonomičniji transport na Zemlju korišćenjem solarno-termičkog pogona, mogli bi da se koriste i metali znatno manje cene, kao što su fero-metali. Asteroidi klase M kao 4660 Nereus ili 65803 Didymos mogli bi da obezbede svetske potrebe za gvožđem, niklom i kobaltom za nekoliko decenija ako bi se rešio problem prenosa i bezbednog spuštanja mase od nekoliko miliona tona na Zemlju.

Prve misije korišćenja asteroidnih sirovina je lakše obaviti bez prisustva astronauta. Kasnije, kada budu uspostavljene tehnološke baze, biće potrebno prisustvo ljudi koji bi nadgledali i usmeravali proizvodnju. NASA planira da budući kosmički brod CEV Orion iskoristi za posetu nekom bliskom asteroidu do 2030. ali za sada nema konkretnih planova za bazu sa posadom tako da će, verovatno, prvi kosmički rudari i metalurzi biti roboti.

Logično je da se proizvodnja jeftinijih metala, aluminijuma, magnezijuma i fero-metala iskoristi za gradnju naseobina unutar samih asteroida, velikih međuorbitalnih kosmičkih brodova, velikih solarnih elektrana ili džinovskih teleskopa i radio-teleskopa koji bi mogli da dovedu do otkrića egzoplaneta sličnih Zemlji i života na njima.

Granice mogućnosti kosmičke industrije nemoguće je sagledati, ona bi mogla da dovede do najveće naučno - tehnološke revolucije u istoriji čovečanstva. Velike tehnološke baze na NEA objektima, koji predstavljaju potencijalnu opasnost po Zemlju, mogle bi da, odbacivanjem nepotrebnih materijala, jalovine preostale pri ekstrakciji, menjaju njihovu putanju i učine ih bezopasnim ili da ih postepeno uvedu u orbitu oko Zemlje i tako trajno učine bližim i pogodnijim za izgradnju naseobine.

Uspostavljanje rudarsko-tehnoloških baza na bliskim asteroidima značilo bi i početak naseljavanja Sunčevog sistema.Većina ovih objekata ima izrazito eliptičnu putanju oko Sunca i pri najvećoj udaljenosti zalazi u asteroidni pojas između Marsa i Jupitera. Naseobina na takvom asteroidu bi predstavljala džinovski tranzitni kosmički brod za putovanja do stotina hiljada drugih asteroida i planetoida, uključujući i najveće od njih - do Palasa, Junone,Veste i Ceresa (koji se svrstava u male planete). Čovečanstvo bi se u ovom milenijumu širilo od asteroida do asteroida kao što su se Polinežani širili po Tihom okeanu od ostrva do ostrva. Kao i u svemu drugom, i u ostvarenju vizije čovečanstva raširenog po Sunčevom sistemu je najteže načiniti prvi korak; a to je početak korišćenja sirovina sa asteroida. Prema svemu poznatom, to bi moglo da se očekuje u narednoj deceniji.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja