TEMA BROJA - BLAGO PLANETE

Pripremio: Dragan Lazarević

Rude drugih svetova

Mesec i Mars - najbliži ciljevi

Ostvarenje velike vizije čovečanstva naseljenog na drugim planetama, prirodnim satelitima i asteroidima Sunčevog sistema ne može se ostvariti ako se ne budu koristili sirovinski i energetski resursi lokalne sredine. Prve naseobine bile bi zavisne od snabdevanja sa Zemlje hranom i nuklearnim generatorima električne energije, ali njihov opstanak i dalji razvoj zavisili bi od pronalaženja i korišćenja sirovina sveta na kojem bi naseljenici živeli. Morali bi da pronađu vodu, da preradom ruda dobijaju kiseonik, konstruktivne metale i potrebne minerale za veštačko đubrivo namenjeno gajenju biljaka u zatvorenim baštama. A ako bi se pronašle i izdvojile supstance potrebne ovdašnjoj ekonomiji čija cena opravdava visoke troškove transporta na Zemlju, te naseobine bi imale i ekonomsko opravdanje, spontano bi rasle i brojno se uvećavale.

Postojeći planovi za korišćenje rudnih resursa u Sunčevom sistemu usmereni su ka bliskim tzv. NEAR asteroidima. Njihova mala veličina i gravitacija u poređenju sa Mesecom čini ih pristupačnijim ciljem. Pri mekom spuštanju na površinu Meseca, treba izvršiti retroraketno kočenje i smanjenje brzine za oko 2,6 km/sek pa bi cena slanja tereta iznosilaoko 55. 000 dolara/kg. Ista brzina bi se morala postići pri slanju tereta sa Meseca na Zemlju pa se zasad asteroidi razmatraju kao energetski lakši cilj. Iako je u odnosu na asteroide „gravitacioni bunar“ iz kojeg se teže izlazi, Mesec ima prednost jer je bliži cilj. Putovanje do njega traje samo 3,5 dana a putovanje do NEAR asteroida trajalo bi u najboljem slučaju nekoliko meseci a uglavnom duže od jedne godine.

Sastav Mesečevog tla je relativno dobro poznat zahvaljujući uzorcima dopremljenim na Zemlju letovima astronauta programa Apolo11-17 (ukupno 382 kg) a u manjoj meri i sondama tipa luna (ukupno oko 0,5 kg). Sastav stenja je iznenadio geologe. Odsustvo ili vrlo mala količina isparljivih elemenata K, Na, Zn ih je navelo na zaključak da je Mesec bio izložen veoma visokoj temperaturi u vreme kada je nastao i bio prekriven okeanom magme. Odnosi izotopa kiseonika 018/016 kao i izotopa titanijuma u Mesečevim stenama su gotovo identični odnosima u Zemljinoj kori pri čemu postoji znatna razlika tih odnosa u tlu Marsa ili asteroida. Na osnovu toga je izgrađena teorija o nastanku Meseca iz Zemljinog omotača, odbačenog udarom u Zemlju hipotetičnog tela veličine Marsa, nazvanog Teja, pre oko 4,4 milijarde godina. Ova teorija ima zastupnike i protivnike među lunarnim geolozima ali sličnost Mesečeve i Zemljine kore olakšava buduće korišćenje i preradu ruda jer postoje slične tehnologije primenjene na Zemlji.

Stene kao tegovi - voda za život

Minerali koji čine Mesečevo tle su dobro poznati: plagioklas na Mesečevim visijama, bazalti u nizijama, tzv.mesečevim morima, anortozit, olivin, pirokseni itd. Povšinski sloj debljine nekoliko metara je trpeo udare meteorita i bio izložen temperaturnim promenama pa se tretira pod širokim pojmom Mesečevog regolita. Preradom regolita sinterovanjem mogu se dobiti konstruktivni blokovi za izgradnju naseobine, pre svega kao štitovi od mikrometeorita, temperaturnih razlika i kosmičkog zračenja... a topljenjem staklo.

Preradom odgovarajućih minerala mogu se dobiti metali Al, Mg, Fe i Ti kojeg u Mesečevim stenama ima propocionalno više nego u Zemljinoj kori. Najvažnije je dobijanje kiseonika iz oksida i silicijuma iz silikata i kvarca za gradnju solarnih panela za dobijanje električne energije, koja bi se iskoristila za preradu sirovina i naseobina. Iz ilmenita bi se zagrevanjem i izlaganjem vodonikom mogli dobiti Fe, Ti i voda, koja bi se elektrolizom razlagala na vodonik i kiseonik.

Za iskop rude potrebne su odgovarajuće mašine koje bi morale da budu prilagođene fizičkim uslovima na Mesečevoj površini: gotovo potpun vakuum, gravitacija 6 puta manja od Zemljine i temperaturne promene u granicama -170° C do +130°C. Mesečeva prašina tj.regolit ima izrazito abrazivna svojstva pa bi radne površine mašina bile izložene velikom habanju. U SAD neke organizacije i kompanije ozbiljno razmatraju kako da se konstruišu radne mašine prilagođene uslovima na Mesecu. Visoka škola rudarstva Kolorada, Lunarni i planetarni institut, kompanija „Katerpilar“ i dr. različitim projektima su razmatrali kako bi bageri iskopavali lunarni regolit koji ima i svojstva većeg trenja. To su iskusili astronauti u misijama Apolo jer nisu mogli da, posle zabijanja u Mesečevo tle, izvade cevaste burgije za uzimanje uzoraka. Dopremiti masivnu radnu mašinu na Mesec je teško izvodivo pa bi balastni tegovi morali da budu same Mesečeve stene.

Jedno rešenje za iskopavanje Mesečevog regolita bi moglo da bude vibrirajuća kašika bagera. Postoje na tom principu razrađeni projekti, ali njihova upotrebljivost će se proveriti tek kada manji modeli budu spušteni na Mesečevu površinu i počnu sa probnim radom. NASA svake godine objavljuje takmičarski konkurs namenjen univerzitetima za projekte robotizovanog rovera kopača na Mesecu a radi i na projektu sopstvenog nazvanog rassor . Kada takva misija bude sprovedena na Mesecu, biće jasnije kakve bi radne mašine zaista odgovarale uslovima te sredine.

Glavna potreba naseobine na Mesecu je voda. U toku poslednje decenije vršena su istraživanja sondama sa ciljem da se u polarnim kraterima, čije je dno uvek u senci a temperatura oko -230° C, pronađe podpovršinski led. U misiji LCROSS , prazan raketni stepen mase 2,3 t sa impaktorom obrušen je u jedan krater. U izbačenom materijalu pri udaru registrovano je oko155 kg vode, što upućuje na zaključak da je prisutna u tlu u kocentraciji oko 1:1000. Spektroskopski instrument NASA-e za minerološko mapiranje Meseca M3, na indijskoj sondi čandrajan otkrio je prisustvo vode/leda ispod površini Meseca izloženoj Sunčevom zračenju. To otkriće je obavljeno i odgovarajućim indijskim instrumentom tako da je broj pronađenih mesta pogodnih za uspostavljanje prve naseobine sada znatno veći.

Proizvodnja raketnog goriva

Da li postoji neki skup retki metal ili bilo šta drugo što bi izvozom na Zemlju moglo da isplati uspostavljanje i održavanje lunarne baze? Potreba za retkim elementima tantalom, lantanoidima i dr. raste. Glavni svetski proizvođač je Kina koja prvenstveno zadovoljava potrebe svoje rastuće proizvodnje.

Japanska visokorazvijena ekonomija ima potrebu za retkim elementima i planira da ih potraži na Mesecu izgradnjom tehološke robotizovane baze. Retke elemente je teško otkriti ali oni prate torijum a mapiranje njegove koncentracije na Mesečevoj površini je obavljeno sondom orbiterom lunar prospektor pa preostaje spuštanje sondi u tim područijima i pronalaženje načina izdvajanja.

Proizvodnja raketnog goriva bi bila najuspešnija aktivnost baze na Mesecu. Iskopavanjem podpovšinskog leda u polarnim kraterima i dobijanje vode njegovim otapanjem a potom elektrolitičkim razlaganjem na vodonik i kiseonik i njihovim prevođenjem u tečno stanje, dobilo bi se najefikasnije raketno gorivo.

Treći stepen rakete lansirane sa Zemlje bio bi lender za spuštanje na površinu Meseca i dopremanje potrebne opreme. Potom bi se u Mesečevoj bazi napunio gorivom i sa teretom retkih elemenata, u odgovarajućoj kapsuli, lansirao na Zemlju, čime bi se pokrili troškovi snabdevanja baze. Mogao bi da prenese gorivo i za druge kosmičke misije a primenom aerokočenja u Zemljinoj atmosferi mogao bi da se razvije sistem višekratne upotrebe na relaciji niska Zemljina orbita - Mesečeva površina, i obrnuto. Na Mesecu bi mogle da se proizvedu rakete na čvrsto gorivo na osnovu Al praha i oksidatora Fe2O3, slične SRB busterima spejs šatla. U tom slučaju bi baza na Mesecu postala neka vrsta odskočne daske za putovanja po Sunčevom sistemu.

Izdvajanje i prerada minerala

Vizija izdvajanja helijumovog izotopa He3 iz Mesečevog regolita je bila prilično zastupljena u naučno-popularnim časopisima, sajtovima i emisijama.

Prema nekim naučnim razmatranjima, u Mesečevom regolitu tokom miliona godina delovanja solarnog vetra došlo je do relativnog nagomilavanja He3.

Ovaj izotop helijuma mogao bi da posluži kao izvor energije u termo-nuklearnim centralama kao i vodonikovi izotopi deuterijum i tricijum,

ali ne bi bilo neutronske radijacije pa je opasnost po okolinu daleko manja.

Iako bi desetak tona He3 moglo da zadvolji energetske potrebe neke velike države za godinu dana i predstavlja teret čije bi se dopremanje na Zemlju sa Meseca veoma isplatilo kao i uspostavljanje i održavanje baze, postoji niz problema koje treba rešiti. Prvi je vrlo niska koncentracija u odnosu na masu regolita - treba preraditi oko 150 hiljada tona Mesečeve prašine da bi se dobio 1 kg He3, a nije poznat ni metod kako bi se to učinilo.

Kontrolisana upotreba termo-nuklearne energije je za sada daleko od komercijalne isplativosti a iniciranje reakcije He3+He3 zahteva četiri puta veću energiju da bi se savladala tzv. Kulonova barijera nego pri reakciji D+T tako da se može zaključiti da ta vizija pripada daljoj budućnosti. Svi elementi koji su razmatrani kao rezultat izdvajanja i prerade Mesečevih minerala mogu se dobiti iz površinskog sloja, regolita - a šta kriju niži slojevi čvrstog omotača, mogu da otkriju duboka iskopavanja. Pošto unutar Meseca temperatura i pritisak sporo rastu sa dubinom, moguće je postojećom tehnologijom bušenja tla doći do dubine od više desetina pa i stotina km.

Rudnici na Crvenoj planeti

Planovi za uspostavljanje prvih nasobina na Marsu u okviru projekata Mars direct i Mars to stay trenutno su više razmatrani nego projekti naseobine na Mesecu. Zahvaljujući postojanju retke Marsove atmosfere i aerodinamičkom kočenju, na površinu Marsa se može spustiti veći teret nego na Mesec i to je uslovilo da se pojavi mišljenje u SAD da treba ostaviti Mesec po strani i prvo pristupiti naseljavanju Crvene planete.

Glavni problem boravka na Marsu je taj što on prima oko 40% Sunčeve svetlosti i toplote u odnosu na Zemlju i Mesec, srednja temperatura je -63°C tako da bi se baza teže zagrevala a solarni paneli ne bi davali dovoljno električne energije. Prve naseobine bi koristile nuklearne izvore energije dopremljene sa Zemlje, ali bi odlučujući napredak bio korišćenje nuklearnog goriva uranijuma i torijuma izdvojenog iz ruda na Marsu. Naseobine na Marsu bi tada postale energetski nezavisne od snabdevanja sa Zemlje i mogle bi da se brže razvijaju i uvećavaju.

Potrebe za vodom bi se rešavale iskopavanjem podpovšinskog leda kojeg na Marsu ima u subpolarnim oblastima pa bilo nepohodno transportovanje do naseobina u oblastima oko ekvatora. Dobijanje kiseonika bi se obavljalo iz hematita koji čini 14% sastava Marsovog regolita a dobilo bi se i gvožđe. Marsov regolit, koji je meteoritskog i vulkanskog porekla, čine veoma usitnjene čestice prašine - do mikronskih dimenzija i za sada nije razrađeno kakve bi se radne mašine koristile za iskopavanje i transport. Postoje razmatranja da se ta prašina može ponašati slično tečnosti ali da u nekim okolnostima naglo menja osobine i postaje slična kompaktnom čvrstom telu.

Prostrane oblasti prekrivene prašinom biće problem za transport na Marsu, pogotovu za teško natovarene kipere. Lagani Marsov rover spirit se zaglavio u slojevima prašine koji imaju svojstva nalik na snežne smetove. Šta bi mogli da kriju slojevi Marsove prašine koji su na nekim mestima debljine više kilometara ? Neki areolozi (Marsovi geolozi) upozoravaju da se u Marsovom regolitu nalaze znatne količine smrznutog a na većim dubinama i tečnog ugljen-dioksida. Neopreznim bušenjem, tečni CO2 bi mogao da izbije na površinu, naglo proključa i izazove erupciju. Dokaz da su se takvi prosesi dešavali na Marsu su male prašnjave kupe sa centralnom rupom, nalik na vulkanske ali bez tragova oticanja lave. Smatra se da su nastale erupcijama u vidu gejzira tečnog CO2.

Ispitivanje radarom sondi Mars express i MRO nije za sada potvrdilo postojanje tečne vode u dubokim podpovršinskim slojevima. Vulkanske oblasti Tazis i Elizijum, analogno vulkanskim oblastima na Zemlji, trebalo bi da sadrže rude bakra, srebro i zlato. Hlađenjem lave dolazi do separacije pojedinih sastojaka po specifičnoj težini pa bi trebalo da postoje naslage teških i retkih metala W, Os, Ir, Ta, Pt... Za sada, vulkanske oblasti na Marsu nisu bile objekti istraživanja roverima ali bi to trebalo da budu pre dolaska prvih astronauta.

Stotinama miliona godina vetrovi nose i usitnjavaju prašinu Marsovog regolita duvajući od severnog pola ka južnom i potom suprotnim smerom, ponekad izazivajući globalne peščane oluje. Taj proces je mogao da dovede do prirodne separacije i koncentracije na nekim mestima teških čestica, npr. iridijuma meteoritskog porekla. Sličan proces je mogao da se odvija i u podpovršinskim džepovima tečnog CO2.

Iako je „gravitacioni bunar“ zato što njegova druga kosmička brzina iznosi 5 km/s, Mars bi mogao da bude veoma značajan izvor retkih elemenata, pogotovo ako je izdvajanje lakše zahvaljujući prirodnim procesima. Problem isplativog transporta retkih elemenata na Zemlju jedino bi se mogao rešiti proizvodnjom raketnog goriva i samih raketa u Marsovim bazama i korišćenjem lokalnih sirovina i izvora energije. Na taj način bi baze na Marsu u budućnosti ekonomski opravdale visoke troškove njihovog uspostavljanja.

Granice korišćenja ruda u Sunčevom sistemu

Korišćenje rudnih resursa ostalih tela u Sučevom sistemu nailazilo bi na veće teškoće. Stotinu hiljada planetoida između Marsa i Jupitera ne bi predstavljali teške ciljeve za astronautiku ali bi putovanja trajala po nekoliko godina. Vrela površina Venere zahtevala bi tehnička sredstva prilagođena tim uslovima a zbog njene veće gravitacije u odnosu na prethodno pomenuta tela, transport na Zemlju ne bi bio isplativ. Merkur, najgušće telo u Sučevom sistemu, trebalo bi da ima u svom sastavu teške i retke elemente; ali, s obzirom da je bliži Suncu, transport na Zemlju bi zahtevao znatan utrošak energije tako da je pitanje koliko bi se to moglo isplatiti. Proizvodnja solarnih panela od silicijuma Merkurovog regolita bila bi vrlo isplativa jer je intenzitet Sunčevog zračenja 4 do 7 puta veći nego u blizini Zemlje pa bi i korišćenje solarne energije bilo efikasnije. Možda će Merkur prekriven solarnim panelima u budućnosti biti energetska baza čovečanstva? A trebalo bi da ima i He3.

Jupiterovi sateliti Ganimed i Kalisto su obavijeni ledenom korom debelom 400 km u kojoj bi trebalo da ima teške vode, odnosno deuterijuma koji bi bio potreban termo-nuklearnim elektranama. Ako bi došlo do revolucije u kosmičkim transportnim sredstvima korišćenjem termo-nuklearnog pogona, to bi potpuno izmenilo logiku procenjivanja isplativosti transporta svih pomenutih rudnih supstanci na Zemlju i pitanje je kako bi se korišćenje vanzemaljskih resursa tada odvijalo.

Vizionar Robert Zubrin smatra da bi se He3 i D, u nešto daljoj budućnosti, izdvajali iz atmosfera gasovitih spoljnih planeta, pre svih Urana, i to tehnološkim bazama na balonima ispunjenim toplim vodonikom. Vizije nemaju granice ali ono što bi moglo da u bliskoj budućnosti ograniči korišćenje rudnih resursa (pre svega, Meseca) je to što je takva aktivnost pravno neregulisana i suprotna potpisanom sporazumu kosmičkih sila SAD i nekadašnjeg SSSR. Taj sporazom tretira druga nebeska tela kao baštinu čitavog čovečanstva koju mogu da istražuju sve države i narodi i ne mogu biti objekat državnog suvereniteta - ali ni bilo čije privatno vlasništvo (prodaja placeva na Mesecu je prevara). To pitanje će morati da se reši na svetskom nivou, u OUN. Pitanje je i šta bi npr. Savet bezbednosti OUN mogao da preduzme protiv neke države (pogotovu ako je članica Saveta) ili privatne kompanije koja bi počela sa eksploatacijom na Mesecu?

Broj država koje raspolažu tehnološkim mogućnostima kosmičkih letova je sve veći i zahtevaće uspostavljanje novog sporazuma koji će sadržati i obaveze korisnika rudnih resursa. Uspešno spuštanje kineskog lendera čang 3 i rovera yutu , pripreme za spuštanje lendera ESA-e, Rusije i Indije, Japana i SAD najavljuje novo takmičenje u istraživanju resursa našeg najbližeg kosmičkog suseda.

Kina je najavila odlazak prve misije sa posadom na Mesec 2025. a Japan 2030. i verovatno da imaju vrlo jasne razloge za takve poduhvate. Najbliže eksploataciji Meseca su ipak SAD koje imaju iskustvo programa Apolo i, mada su planovi NASA-e za sada usmereni na neke bliže planetoide, možda će razlozi prestiža usmeriti SAD da naredne decenije obnove program uspostavljanja baza na Mesecu koje bi se bavile korišćnjem lokalnih resursa. Do kraja ove decenije može se očekivati slanje robotizovanih rovera kopača na površinu Meseca, sličnih NASA eksperimentalnom roveru rassor i stvaranje manjih automatizovanih tehnoloških baza za eksperimentalnu preradu ruda, čime bi simbolično počelo korišćenje vanzemaljskih prirodnih resursa.

Dragan Lazarević

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