اکتشافات فضایی بازگشت. پس از چندین دهه ناامیدی، ترکیبی از فناوری بهتر، کاهش هزینه ها و هجوم انرژی رقابتی از بخش خصوصی، سفرهای فضایی را در اولویت قرار داده است. در واقع، بسیاری از تحلیلگران (حتی برخی در حالی که با پای خود روی زمین اند) معتقدند که توسعه تجاری در صنعت فضایی ممکن است در آستانه آغاز بزرگ ترین هجوم به منابع در تاریخ باشد: استخراج از معادن در ماه، مریخ و سیارک ها.

اگرچه این ممکن است خارق العاده به نظر برسد، اما برخی از گام های کودکی در جهت رسیدن به هدف قبلاً برداشته شده است. سال گذشته، ناسا قراردادهایی را با چهار شرکت برای استخراج مقادیر کمی سنگ سنگ ماه تا سال 2024 منعقد کرد، که عملاً دوران معادن فضایی تجاری را آغاز کرد. این که آیا این طلوعِ یک الحاق غول پیکر بر استخراج از معادن روی زمین است - و بلافاصله، کلیدی برای باز کردن قفل سفرهای فضایی مقرون به صرفه است - پاسخ بسیاری از سؤالات مختلف از منابع قابل استفاده را روشن می کند.

همان طور که همه طرفداران داستان های علمی تخیلی می دانند، منابع منظومه شمسی در مقایسه با منابع روی زمین تقریباً نامحدود به نظر می رسد. کل سیارات دیگر، ده ها قمر، هزاران سیارک عظیم و میلیون ها سیاره کوچک وجود دارند که بدون شک حاوی مقادیر بسیار کمی از مواد کمیاب و بسیار ارزشمند (در زمین) هستند. رؤیا پردازانی از جمله جف بزوس تصور می کنند صنعت سنگین به فضا منتقل می شود و زمین به یک منطقه مسکونی تبدیل می شود. با این حال، در حالی که کارآفرینان به دنبال استفاده از ثروت های فراتر از جو هستند، دسترسی به منابع فضایی همچنان با واقعیت های اقتصادی و حکومتی درگیر است.
انواع و اقسام سنگ های فضایی در منظومه شمسی وجود دارند که مقادیر متفاوتی از آب، فلزات کمیاب خاکی و سایر مواد در آنها وجود دارد. کمربند سیارکی بین مدار مریخ و مشتری شامل بیشتر آنهاست که قطر بسیاری از آنها بیشتر از یک کیلومتر است.

تصویر: سالینکو Evgenii/Shutterstock

با این واقعیت شروع کنید که فضا به هیچ کشوری تعلق ندارد و این روش های سنتی تخصیص منابع، حقوق مالکیت و تجارت را پیچیده می کند. با محدودیت تقاضا برای مواد در فضا و نیاز به مقدار زیادی انرژی برای بازگرداندن مواد به زمین، ایجاد یک صنعت پایدار باعث پیشرفت های عمده ای در فناوری، امور مالی و مدل های تجاری می شود.

با این حال، هیچ علفی در زیر پای پیشگامان بالقوه رشد نمی کند. مزایای احتمالی اقتصادی، علمی و حتی امنیتی زمینه ساز رقابت ژئوپلیتیکی نوظهور برای پیگیری معادن فضایی است. ایالات متحده به سرعت به عنوان یک پیشرو در حال ظهور است، تا حدی به دلیل برنامه بلند پروازانه آرتمیس برای هدایت یک کنسرسیوم چند ملیتی به ماه. اما همچنین در ایجاد زیرساخت های قانونی برای بهره برداری از مواد معدنی پیشرو است. ایالات متحده با تصویب اولین قانون منابع فضایی جهان، حقوق مالکیت شرکت ها و افراد خصوصی را نسبت به مواد جمع آوری شده در فضا به رسمیت شناخته است.

با این حال، ایالات متحده به سختی تنها است. لوکزامبورگ و امارات متحده عربی (بله درست خواندید) در حال تدوین قوانین مربوط به منابع فضایی خود هستند، به این امید که بتوانند با چارچوب های قانونی سازگار با تجارت، سرمایه گذاری را برای کشورهای سرزمین اصلی خود جذب کنند. گزارش شده است که چین توسعه منابع فضایی را به عنوان یک اولویت ملی، بخشی از استراتژی به چالش کشیدن اولویت اقتصادی و امنیتی ایالات متحده در فضا می داند. در همین حال، روسیه، ژاپن، هند و آژانس فضایی اروپا همگی آرزوهای خود را برای کاوش در فضا دارند. اداره این منافع نوظهور از سنخ چارچوبی از پیمان منسوخ دوران جنگ سرد است. دیر یا زود، برای تسهیل سرمایه گذاری خصوصی و اطمینان از همکاری بین المللی در این رابطه به توافقنامه های جدیدی نیاز خواهیم داشت.

آن چه در آن جاست

چند لحظه ای وقت بگذارید و نسخه پشتیبان تهیه کنید. برای ثبت بدانید که فضا تاکنون هم به شدت مورد بهره برداری قرار گرفته است، زیرا منابع فضایی شامل دارایی های غیر مادی مانند مکان های مداری و نور فراوان خورشید است که ماهواره ها را قادر می سازد تا به زمین خدمات ارائه دهند. در واقع، مخابرات ماهواره ای و سیستم های موقعیت یابی جهانی به زیرساخت های ضروری زیربنای اقتصاد مدرن تبدیل شده اند. البته استخراج فضایی برای مصالح، موضوع دیگری است.

در چند دهه گذشته، علم سیاره ها آن چه را که مدت هاست به آن مشکوک بوده اند، تایید کرده است: اجرام آسمانی منابع بالقوه ده ها ماده طبیعی هستند که در زمان و مکان مناسب، فوق العاده ارزشمند هستند. از میان آنها، آب ممکن است در کوتاه مدت جذاب ترین باشد، زیرا-با کمک انرژی خورشیدی یا شکافت هسته ای H2O را می توان به هیدروژن و اکسیژن تقسیم کرد تا سوخت موشک را ایجاد کند و سوخت گیری در فضا را تسهیل نماید. فلزات به اصطلاح "خاکی کمیاب" نیز اهداف بالقوه معدنچیان سیارک هستند که قصد خدمت به بازارهای زمین را دارند. متشکل از 17 عنصر، از جمله لانتانیم، نئودیمیوم و ایتریوم، این مواد حیاتی (که اکثر آنها امروزه در چین با هزینه زیست محیطی سنگین استخراج می شوند) برای لوازم الکترونیکی مورد نیاز هستند. و آنها به عنوان تنگه هایی برای انتقال از سوخت های فسیلی به انرژی های تجدیدپذیر که با امکان ذخیره سازی در باتری پشتیبانی شوند خودنمایی می کنند.

ماه اولین هدف معدنکاری فضایی است. با درخواست استخراج معدن ناسا، احتمالاً اولین مکان برای استخراج تجاری است. ماه چندین مزیت دارد. نسبتاً نزدیک است و نیاز به یک سفر چند روزه با موشک دارد و تأخیرهای ارتباطی را فقط در چند ثانیه ایجاد می کند - تأخیری که به قدری کوچک است که اجازه می دهد روبات ها از راه دور از روی زمین روی آن کار کنند. گرانش کم آن دلالت بر این دارد که مصرف انرژی نسبتاً کمی برای رساندن منابع استخراج شده به مدار زمین مورد نیاز است.

تصویر: کتابخانه عکس علم / Alamy Stock Photo
در چند دهه گذشته، علم سیاره ها آن چه را که مدت هاست به آن مشکوک بوده اند، تایید کرده است: اجرام آسمانی منابع بالقوه ده ها ماده طبیعی هستند که در زمان و مکان مناسب، فوق العاده ارزشمند هستند. ممکن است ماه خشک به نظر برسد - و در مقایسه با زمین، همین طور است. اما کاوش های اخیر وجود مقدار قابل توجهی از یخ های آبی را که در دهانه های سایه دار دائمی قطب های ماه کمین کرده اند، تایید کرده اند. علاوه بر این، به نظر می رسد که بادهای خورشیدی رسوبات قابل توجهی از هلیوم -3 (یک ایزوتوپ پایدار سبک از هلیوم) را در مناطق استوایی ماه کاشته اند. هلیوم -3 یک منبع احتمالی سوخت برای راکتورهای تلفیقی نسل دوم و سوم است که امید می رود بعداً در این قرن در سرویس قرار گیرد. این ایزوتوپ مملو از انرژی است (مسلماً آزاد شدن تحت کنترل این انرژی مشکل است) که می تواند درجه اهمیت نور خورشید را، به عنوان منبع انرژی پاک و ایمن بر روی زمین یا منبعی برای توان رسانی به سفینه های فضایی سریع در این قرن، افزایش دهد. با شروع از ذخایر آب و هلیوم -3، ماه می تواند سنگ بنایی برای اکتشافات بیشتر منظومه شمسی باشد.

سیارک ها یکی دیگر از اهداف معدنی کوتاه مدت هستند. انواع و اقسام سنگ های فضایی در منظومه شمسی وجود دارند که مقادیر متفاوتی از آب، فلزات کمیاب خاکی و سایر مواد در آنها وجود دارد. کمربند سیارکی بین مدار مریخ و مشتری شامل بیشتر آنهاست که قطر بسیاری از آنها بیشتر از یک کیلومتر است. اگرچه ثروت احتمالی آب و مواد معدنی کمربند سیارک ها وسیع است، اما فاصله زیاد آنها از زمین و زمان سفر و مصرف انرژی لازم، آنها را در آینده نزدیک به عنوان اهداف رد می کند.

بنابراین معدنچیان سیارک وانابه (Wannabe) در حال بررسی سیارک های کوچک تر نزدیک زمین هستند. در حالی که آنها بسیار دورتر از ماه هستند، بسیاری از آنها با استفاده از انرژی کمتری قابل دسترسی هستند - و برخی حتی به اندازه کافی کوچک هستند که از نظر فنی امکان کشیدن آنها به مدار زمین برای استخراج وجود داشته باشد.

معدن کاوی فضایی ممکن است برای مأموریت های اکتشافی خدمه اعزامی به مریخ ضروری باشد. با توجه به فاصله و گرانش نسبتاً زیاد مریخ (دو برابر ماه)، استخراج و صادرات مواد معدنی به زمین بسیار بعید به نظر می رسد. بلکه بیشتر استخراج منابع در مریخ بر تهیه مواد برای تامین مأموریت های اکتشافی، سوخت گیری فضاپیماها و امکان استقرار متمرکز خواهد بود.

این تکنولوژی است که تفاوت ایجاد می کند

چشم اندازهای استخراج فضا توسط پیشرفت های فناوری در صنعت فضایی ایجاد می شود. افزایش اجزای موشک های قابل استفاده مجدد و استفاده گسترده از قطعات آماده مصرف و موجود در بازار، هزینه های پرتاب و عملیات را کاهش می دهد. شرکت های خصوصی که زمانی محدود به مأموریت های قراردادی دولت و تحویل ماهواره های مخابراتی به مدار می شدند، اکنون به عنوان رهبران توسعه فعالیت های "NewSpace" ظاهر می شوند – که یک اصطلاح همه جانبه است برای تلاش هایی از جمله گردشگری مداری، تولید مداری و مینی ماهواره ها که خدمات تخصصی ارائه می دهند. با افزایش سرمایه گذاری خصوصی، بخش فضایی، با سرمایه بازار 400 میلیارد دلار، می تواند تا سال 2040 به سرمایه 1 تریلیون دلار برسد.

اما علیرغم پیشرفت های تجاری برجسته، هنوز هم دولت ها مهم ترین منابع فناوری فضایی هستند و حرف آخر را می زنند. ایالات متحده در طول مأموریت های آپولو اولین مواد فرازمینی موجود در فضا را از ماه استخراج کرد و پس از آن بازیابی های اتحاد جماهیر شوروی از مأموریت های بدون خدمه لونا به دنبال آمد. رئیس جمهور بایدن به تازگی یکی از سنگ های ماه آپولو را برای نمایش در دفتر بیضی به امانت گرفته است و این می تواند واهمه را برای فضایی که هنوز در اعماق وجود دارد نشان دهد.

در حال حاضر همچنان نمونه های علمی هدف استخراج هستند. اکتبر گذشته، مأموریت OSIRIS-REx ناسا - که قرار است در سال 2023 به زمین بازگردد - مقدار کمی مواد از سیارک بنو جمع آوری کرد. در ماه دسامبر، ژاپن نمونه ای گرفته شده از سیارک ریوگو را با فضاپیمای هایابوسا 2 بازگرداند. و چند هفته بعد، مأموریت چانگ 5 چین اولین نمونه های قمری را از دهه 1970 بازگرداند.

تصویر: ESA/ Cover Images
گزارش شده است که چین توسعه منابع فضایی را به عنوان یک اولویت ملی، بخشی از استراتژی به چالش کشیدن اولویت اقتصادی و امنیتی ایالات متحده در فضا می داند. جمع آوری نمونه ها شتاب می گیرد و مأموریت های اخیر مریخ را هدف گرفته است. ژاپن در حال برنامه ریزی برای بازدید از دو قمر مریخ و استخراج نمونه از یکی از آنها است. مریخ نورد روباتیک Perseverance نمونه های حفاری شده را در مریخ جمع آوری و ذخیره می کند که بعداً می تواند به زمین بازگردانده شود. Perseverance همچنین ابزار لازم برای آزمایش منحصر به فرد MOXIE در مریخ است - تلاشی برای تولید اکسیژن روی آن سیاره با فناوری هایی که در نهایت می تواند اکسیژن را برای فضانوردان برای تنفس و سوخت گیری فضاپیماها استخراج کند.

برای زنده ماندن، معدن کاوی فضایی تجاری، البته، باید در مقیاس بسیار بزرگ تر از حفاری های علمی عمل کند. در حالی که تمام نمونه های جمع آوری شده تا به امروز کمتر از یک تن مواد را تشکیل می دهند، یک عملیات معدنکاری فضایی باید بتواند صدها یا هزاران تن را مدیریت کند.

از لحاظ اصول اولیه، استخراج فضایی شبیه مراحل استخراج معادن زمینی است، با جستجویی که به دنبال آن استخراج، پردازش و توزیع بین استفاده کنندگان می آید.. اما شرایط منحصر به فرد محیط های فضای بیرونی این پیشرفت را بسیار دلهره آورتر می کند. اکثر اهداف معدنکاری، اتمسفر کمی دارند یا هیچ اتمسفری ندارند و تغییرات شدید دمایی را بین سایه و نور خورشید تجربه می کنند. تشعشعات، هم از خورشید و هم از منابع کیهانی، در محیط فضا نفوذ کرده و وسایل الکترونیکی را تهدید می کند - بدون این که بخواهیم فعلاً ذکری از سلامتی انسان به میان آوریم.

لیست چالش ها همچنان ادامه دارد. پرتاب به فضا یک فرآیند استرس زا است و تجهیزات باید از شتاب زیاد و نیروهای صوتی جان سالم به در ببرند. با توجه به مکانیک های مداری و انرژی های عظیم مورد نیاز برای حرکت در فواصل بزرگ، همه مأموریت های فضایی به حداقل بار محدود می شوند. مأموریت ها به عمق فضا، در گرانش خیلی کم – که یک چالش هنگام استخراج از یک سیارک است - یا گرانش کم در ماه یا مریخ عمل می کنند. حتی سطح اجرام آسمانی برای ماشین آلات معدن چالش ایجاد می کند زیرا آنها از مواد سنگی غیر یکپارچه به نام سنگ پوشه (regilith) به جای خاک آشنا تر تشکیل شده اند. (سنگ پوشه یا regilith لایه ای از مواد جامد نامحلول است که بستر یک سیاره را می پوشاند. Regolith مجموعه ای از رسوبات سطحی غیر یکپارچه، سست و ناهمگن است که سنگ جامد را پوشانده است. این شامل گرد و غبار، سنگ های شکسته و سایر مواد مرتبط است و در زمین، ماه، مریخ، برخی سیارک ها و دیگر سیارات و قمرهای خاکی وجود دارد.)

اساسی ترین فناوری های مورد نیاز برای استخراج در فضا به سادگی بیل و مته است. اما آب و سایر مواد فرار باید با استفاده از تکنیک های بیشتر که عجیب و غریب هستند استخراج شوند.: در ماه، استخراج حرارتی، یخ را مستقیماً بخار می کند و در یک چادر به دام می اندازد. یکی از استارتاپ های معدن کاوی فضایی، Transastra ، روش مشابهی را در مقیاس بسیار بزرگ تر برای سیارک های کوچک پیشنهاد می کند و منابع فرار را در کیسه ای که کل بدنه را احاطه کرده است به دام می اندازد.

همچنین به خاطر داشته باشید که پس از جمع آوری منابع فضایی، یک زنجیره تأمین باید مواد را به مشتریان تحویل دهد. اگر درباره جزئیات کنجکاو هستید، گزارش سال 2018، Commercial Lunar Propellant Architecture ، را ببینید، که یک چرخه استخراج را برای استخراج آب از ماه، تبدیل آن به سوخت و تحویل آن به فضاپیماهای مشتری توصیف می کند.

قبل از تخصیص میلیاردها دلار به سرمایه گذاری واقعی در این زمینه، سرمایه گذاران دولتی و خصوصی باید میلیون ها دلار را برای آزمایشات در محیط هایی شبیه به شرایط فضای بیرون هزینه کنند. شبیه سازهایRegolith ، محفظه های خلأ ، مدل سازی رایانه و دیگر تجهیزات آزمایش هوافضا برای اطمینان از عملکرد فناوری های معدن در فضا مورد نیاز است. فراتر از فناوری های فضایی، پیشرفت در بخش های دیگر می تواند به مأموریت های کاوش فضایی کمک کند. از جمله: تولید افزودنی (چاپ سه بعدی) برای پشتیبانی از ساخت پایه، هوش مصنوعی برای روبات ها و حتی راکتورهای هسته ای برای تأمین مقدار زیادی انرژی.

آن چه به طور خلاصه می توان گفت این است که استخراج از سیارک ها بهره برداری فرضی از مواد سیارک ها و دیگر سیارات کوچک، از جمله اجرام نزدیک زمین است.

این امر مشکلاتی شامل هزینه بالای پرواز فضایی، شناسایی غیرقابل اعتماد سیارک های مناسب برای استخراج و چالش های استخراج بیشتر را در بر دارد. بنابراین، عجالتاً هنوز معدن کاوی زمینی تنها وسیله ای است که امروزه برای استخراج مواد معدنی خام از آن استفاده می شود.

تحقیقات انجام شده توسط ماموریت های تحقیقاتی داده هایی را ارائه می دهد که احتمالاً می تواند مطالعه عملی روی معدن کاوی آینده سیارک ها را امکان پذیر کند، اگرچه این تمرکز اصلی این ماموریت ها نبوده است. به هر حال این نمونه های کوچک آورده شده از فضا در طی این مأموریت ها، برای مطالعه و تجزیه و تحلیل کافی است. موانع فنی بزرگی بر سر راه استخراج از سیارک ها وجود دارد، از این رو استخراج سیارک ها به هدف بلندمدت تری منتقل شده و برخی از شرکت های "استخراج سیارک" به فناوری پیشرانش با اهداف عمومی بیشتر متمرکز شده اند.

منبع: الکس گیلبرت، milkenreview