Часть III. Вопросы использования ресурсов
В части I и части II этой серии я рассмотрел некоторые оперативные и научные вопросы, связанные с миссией человека на околоземный астероид (NEO), и сопоставил их с более простыми операциями и большим научным возвращением миссии на Луну. Чтобы продолжить обсуждение того, что мы могли бы сделать на астероиде, я сейчас рассмотрю вопрос об использовании местных ресурсов, предлагаемых астероидами, как они отличаются от лунных, и предложу некоторые практические соображения по поводу доступа к ним и их использования.
Чтобы стать действительно космическим видом, человечество должно научиться использовать то, что мы находим в космосе, чтобы выжить и процветать. Привязанные к логистической цепочке Земли, мы сейчас и всегда будем ограничены в космическом потенциале. Наша конечная цель в космосе - развить способность отправиться куда угодно и в любое время и выполнить любую миссию, которую мы только можем себе представить. Такая способность немыслима без возможности получить ресурсы из ресурсов, найденных за пределами планеты. Это означает разработку и использование космических ресурсов для создания новых возможностей.
Одно из предполагаемых преимуществ мест назначения астероидов заключается в том, что они богаты ресурсным потенциалом. Я бы согласился, сделав акцент на слове «потенциал». Наше лучшее руководство по природе этих ресурсов исходит из изучения метеоритов, которые получены из околоземных астероидов. Они имеют несколько составов, наиболее распространенным из которых является обычный хондрит, который составляет около 85% наблюдаемых падений метеоритов. Обычные хондриты в основном горные породы, богатые элементами кремния, железа, магния, кальция и алюминия. Они содержат большое количество металлических зерен, состоящих в основном из железа и никеля, которые широко распространены по всей породе.
Ресурсный потенциал астероидов заключается не в этих объектах, а в меньшинстве астероидов, которые имеют более экзотические составы. Металлические астероиды составляют около 7% населения и состоят из почти чистого железо-никелевого металла, с некоторыми включениями в виде породы в качестве второстепенного компонента. Другие сидерофильные (железо-любящие) элементы, включая платину и золото, составляют следовые части этих тел. Металлический астероид - это чрезвычайно богатое рудное месторождение, и он может стоить миллиарды долларов, если мы сможем вернуть эти металлы на Землю, хотя следует помнить о возможных катастрофических последствиях для существующих рынков драгоценных металлов - так много золота был произведен во время Калифорнийской золотой лихорадки 1849 года, когда мировая рыночная цена на золото снизилась в шестнадцать раз.
С точки зрения космического полета вода имеет наибольшую ценность. Другим типом относительно редкого астероида является также хондрит, но особый тип, который содержит углерод и органические соединения, а также глины и другие гидратированные минералы. Эти тела содержат значительное количество воды. Вода является одним из самых полезных веществ в космосе - она поддерживает человеческую жизнь (пить, использовать в качестве защиты от радиации и дышать при расщеплении на составляющие ее водорода и кислорода), она может использоваться в качестве средства накопления энергии (топлива ячеек), и это самый мощный из известных химических ракетных топлив. Поиск и использование богатого водой NEO создаст логистическую базу огромной ценности.
Основным преимуществом астероидов для ресурсов является недостаток в качестве рабочей среды - они имеют чрезвычайно низкую поверхностную гравитацию. Чтобы войти в лунный гравитационный колодец и выйти из него, требуется изменение скорости около 2380 м / с (в обе стороны); чтобы сделать то же самое для типичного астероида, требуется всего несколько метров в секунду. Это означает, что полезная нагрузка, запускаемая с астероида, а не с Луны, экономит почти 5 км / с в дельта-v, значительное количество энергии. Таким образом, с точки зрения энергии, астероиды бьют Луну как источник материалов.
Однако существуют некоторые трудности в добыче и использовании астероидного материала по сравнению с лунными ресурсами. Во-первых, это природа сырья или «руды». Недавно мы обнаружили, что вода на полюсах Луны присутствует не только в огромных количествах (десятки миллиардов тонн), но и в форме, которую можно легко использовать - лед. Лед может быть превращен в жидкость для дальнейшей обработки при минимальных затратах энергии; если ледяной реголит с полюсов нагреется до температуры выше 0 ° C, лед растает, а воду можно будет собирать и хранить. Вода в углеродистых хондритах химически связана с минеральными структурами. Значительные количества энергии требуются для разрыва этих химических связей, чтобы освободить воду, по крайней мере на 2-3 порядка больше энергии, в зависимости от конкретной обрабатываемой минеральной фазы. Поэтому для извлечения воды из астероида, присутствующего в количестве от нескольких процентов до, возможно, нескольких десятков процентов, требуется значительная энергия; водяной лед на полюсах Луны присутствует в изобилии (до 100% в некоторых полярных кратерах) и уже находится в удобной для обработки и использования форме.
Обработка природных материалов для извлечения воды имеет много подробных этапов, от приобретения исходного сырья до перемещения материала через поток обработки, до сбора и хранения полученного продукта. На каждом этапе мы обычно отделяем один компонент от другого; гравитация служит этой цели в большинстве промышленных процессов. Одной из трудностей в обработке ресурсов астероидов будет либо разработка методов, не требующих гравитации (включая связанные явления, такие как тепловая конвекция), либо создание искусственного гравитационного поля для обеспечения того, что все движется в правильных направлениях. Любой подход усложняет процесс извлечения ресурсов.
Большое расстояние от Земли и плохая доступность астероидов по сравнению с Луной препятствуют добыче и переработке ресурсов. Посещение людьми NEO будет кратковременным, и поскольку задержки по радио с астероидами составляют порядка минут, прямой дистанционный контроль обработки не будет возможен. Роботизированные системы для добычи астероидов должны иметь большую степень автономии. Это может стать возможным, но в настоящее время у нас недостаточно информации о природе астероидного сырья, чтобы либо спроектировать, либо даже представить себе использование такого роботизированного оборудования. Более того, даже если мы полностью понимаем природу месторождения, добыча и переработка являются высоко интерактивными действиями на Земле и будут происходить в космосе. Малейшая аномалия или просчет могут привести к выходу из строя всего потока обработки, и при удаленных операциях будет трудно диагностировать и исправлять проблему и перезапускать ее.
Проблема доступности также затрагивает астероидные ресурсы. Мы не можем пойти к данному астероиду по желанию; окна запуска открываются в течение очень коротких периодов времени и закрыты большую часть времени. Это влияет не только на наш доступ к астероиду, но также сокращает периоды времени, когда мы можем покинуть объект, чтобы вернуть наши продукты в околоземное космическое пространство. Напротив, мы можем отправиться на Луну и с нее в любое время, и ее близость означает, что возможно почти мгновенное дистанционное управление и отклик. Трудности дистанционного контроля за действиями астероидов заставили некоторых предположить, что мы разработали способ «буксировки» тела на орбиту Земли, где оно может быть дезагрегировано и обработано на досуге. Мне страшно подумать о том, что мне поручено написать заявление о воздействии на окружающую среду (если вы извините за выражение) для этого действия.
Так что же нам остается в связи с доступом к космическим ресурсам и их использованием? Использование ресурсов астероидов имеет потенциал, но, учитывая сегодняшние технологические уровни, неопределенные перспективы успеха. К астероидам трудно добраться, у них короткое время посещения для поездок туда и обратно, трудная рабочая среда и неопределенный выход продукта. Астероиды имеют низкую гравитацию для них. Напротив, Луна близка и имеет материалы, которые мы хотим, в том виде, в котором она нам нужна. Луна легко доступна в любое время и поддается удаленным операциям, управляемым с Земли, в почти реальном времени. Моя точка зрения состоит в том, что имеет смысл сначала отправиться на Луну и изучить методы, трудности и технологии использования планетарных ресурсов при производстве топлива из лунной воды. Почти каждый шаг этой деятельности - от поиска, обработки и сбора урожая - научит нас добывать и обрабатывать материалы из будущих пунктов назначения, как малых, так и планетарных размеров. Использование ресурсов имеет общую технику и оборудование, требование перемещать и работать с твердыми частицами, а также способность очищать и хранить продукты. Изучение того, как получить доступ и обрабатывать ресурсы на Луне, является общим навыком, который переносится в любое будущее космическое направление.
Была причина, по которой Луна стала нашим первым пунктом назначения в оригинальном Vision for Space Exploration. Это близко, это интересно, и это полезно. Установление опоры на Луне открывает цислунное пространство для повседневного доступа и развития. Он научит нас навыкам космических людей. Вначале имеет смысл отправиться туда и создать постоянную космическую транспортную систему. Как только мы получим это, мы получим все остальное.
Направление: Луна или Астероид?
Часть I: эксплуатационные соображения
Часть II: научные соображения
Пункт назначения был все еще тихой деревней.
В 1979 году 28-летний англичанин по имени Грэм Макинтош посетил Америку. Он покатился на запад в Калифорнию и по прихоти проскользнул на юг через границу. Он был ошеломлен увиденным: дикая земля солнца, песка и моря, которая может кардинально изменить его жизнь: Нижняя Калифорния. Макинтош провел здесь месяц только с рюкзаком и, для начала, 150 долларов. Он путешествовал автостопом, ходил и уходил так же далеко на юг, как Кабо Сан Лукас. Мексиканские местные жители поразили его своим гостеприимством, в то время как изумительный, незастроенный пейзаж захватил его воображение, как нигде раньше.
«Я спрашиваю, что за этими горами», - написал Макинтош позже в мемуарах о путешествии в пустынное место . «Ничего», был обычный ответ.
Многие искатели приключений получили этот ответ на тот же вопрос, но искатели приключений знают лучше. Макинтош вернулся домой. Он приступил к преподавательской работе, проводил вечера в пабе, имел несколько романтических шквал, но не мог забыть Баху и эти далекие горы. В конце концов, он бросил все, отказавшись от жизненного пути, по которому большинство из нас идет, чтобы пошатнуться после сна. Он вернулся в Баху. Он взял рюкзак, удочку, палатку, несколько других предметов первой необходимости и даже хитроумное средство для превращения морской воды в свежую - и он начал ходить. Макинтош, в конечном счете, проследит пешком всю береговую линию полуострова - 3000 миль - и полностью влюбится в землю, прилегающее море и жителей региона.
Сегодня во многих домах для отдыха гринго на пляже в Нижней Калифорнии на полке хранится книга Макинтоша « В пустынное место» . Это стало чем-то вроде культовой классики в сообществе экспатов. Даже в мексиканской общине Макинтош является легендарным. В отдаленных и деревенских рыбацких лагерях вдоль береговой линии некоторые из старых рыбаков до сих пор помнят рыжеволосого англичанина, который бродил 30 лет назад, просил воды из колодца, любезно отказывался от своих приглашений остаться на ночь и, наконец, исчезал вокруг следующий момент.
Молодой Макинтош болтается с коммерческими рыбаками в одном из многочисленных лагерей на берегу Баха.
Сегодня Макинтош живет в Сан-Диего и написал четыре книги о своих путешествиях по полуострову. Он регулярно возвращается в Баху, чтобы разбить лагерь в дикой природе и наслаждаться теми же пейзажами и звездами, которые люди делали за столетия до нас. Как и тысячи путешественников, он по-прежнему любит Нижнюю Калифорнию, как ни одно другое место, хотя его части сильно изменились за последние три десятилетия. Ранее на этой неделе я говорил с Макинтошем о Baja тогда и Baja сегодня.
«Я помню Кабо в 1979 году», - говорит он. «Это была деревня, и я просто разбил лагерь на пляже. Я не думаю, что вы могли бы сделать это сегодня.
Кабо-Сан-Лукас, в самом южном конце полуострова, превратился в улей блестящих торговых центров, неприглядных курортов, коктейль-баров и вопиющих полей для гольфа. Многие путешественники строят так называемые приключения вокруг таких мест, как Кабо, но Макинтош больше не посещает мыс Баха.
«Это трагедия», - говорит он. «Это не настоящая Баха, в которую я влюбился. Я не хожу в Баху, чтобы ходить по магазинам или останавливаться в отелях. Повсюду можно встретить приключения, и большинство из них включает в себя никого не видеть ».
Он также избегает подобного разрастания, которое распространилось, как инфекции, в нескольких горячих точках вдоль побережья моря Кортеса, включая пляжи к югу от Ла-Паса, вокруг города Лорето в 150 милях к северу и около города Сан-Фелипе в северной части залива.
«Но вы все равно можете заблудиться там», - говорит Макинтош.
Одним из недавних приключений автора был месяц, который он провел на острове Ангел-де-ла-Гуарда, Острове Ангела-Хранителя. С 50 галлонами воды он отправился на лодке на остров, разбил базовый лагерь и считал себя блаженно покинутым. Иногда Макинтош размышляет, что он был единственным человеком на каменной плите размером 42 на 10 миль, и в течение трех полных недель он не видел ни души. Но он, по его словам, провел неделю с компанией - браконьерами, которые занимались рыбной ловлей и снабжали огромными ящиками со льдом омаров, морских черепах, всевозможных рыб и различных беспозвоночных, обитающих на дне, предназначенных для азиатских рынков.
«Эти ребята - экологическая катастрофа, но самые милые люди», - говорит Макинтош. Он разбил лагерь с нелегальными рыбаками и даже стал свидетелем подозрительных полуночных обменов между ними и другими людьми, которые передвигались на своих лодках на пляж и «гремели и били свой багаж некоторое время, прежде чем уйти». Вопросы о такой деятельности не следует задавать в Баха, где торговля наркотиками для многих является профессией, а Макинтош смотрел в другую сторону. Он описывает свое время на острове в своей последней книге « Marooned With Very Little Beer».
В 1997 году нехватка пива не была проблемой для Макинтоша. Он получил спонсорскую поддержку от пивоваренной компании Tecate и под именем Misión. для спутника и носителя пива он прошел по позвоночнику полуострова, посетив по пути многие из старых испанских миссионерских церквей Бахи. Горы Бахи - это нечто иное, нежели побережье. Странник находит отдаленные ранчо и ковбоев в шляпах и парнях вместо хрустящих рыбных лагерей и рыбаков без рубашки в сандалиях. Вода остается самым большим дефицитом, но легко доступна в любом населенном пункте. Обычно его берут из колодцев, и оно чистое, как озеро Тахо, и безопасное для питья, как чистейшая водопроводная вода.
Миссиями Бахи могут быть духовные переживания, будь то человек благочестивый или нет. Некоторые из них расположены в потрясающих оазисных каньонах финиковых пальм, манго, авокадо и инжира, а сами старые здания являются красивыми святилищами, прохладными и тихими внутри, в то время как палящее солнце опаляет страну прямо за пределами джунглей. Прогулка Макинтоша от миссии к миссии была бы в центре его второй книги, « Путешествие с Баха Бурро».
Между 2003 и 2005 годами у меня сложились собственные отношения с Бахой. Я гулял по береговой линии в дикой местности, путешествовал автостопом по грунтовым дорогам, жил в основном на конной рыбе и во многих местах наверняка шел по стопам Макинтоша. Некоторые люди даже спрашивали, был ли я им. Я провел 10 месяцев во всех туристических походах в Нижней Калифорнии и был тронут той же красотой, гостеприимством и одиночеством, которые так повлияли на Макинтоша 20 лет назад. Как он вспоминает, когда впервые приехал в 1979 году, Макинтош мог бы также рассказать о впечатлениях тысячи других туристов, каякеров и велосипедистов, которые были очарованы дикой бахой.
«У меня были все эти отличные поездки с интересными людьми, будь то на машинах, лодках или самолетах, и люди приглашали меня на рыбалку, и у нас были праздники омаров на пляже, и я мог разбить лагерь где угодно под этими удивительными звездами, и я подумал:« Это рай », - говорит он мне. «Когда я был один в пустыне, это было похоже на религиозный опыт. Это было совсем не страшно и было намного лучше, чем то, к чему я возвращался домой. Я чувствовал себя таким свободным, как будто я мог просто схватить осла и пойти на закат и наслаждаться этим местом, каким оно должно быть ».
И, к счастью, за пределами глобализированных туристических ловушек он все еще может. Мы все можем.
