Новое исследование, проведенное исследовательской группой Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии, показывает, что добыча металлов на астероидах и производство ракетного топлива на месте, как ожидается, обеспечит реалистичное и осуществимое логистическое решение для будущей колонизации Марса, что значительно снизит зависимость от поставок с Земли и сократит затраты на миссии. Ученые пытаются ответить на вопрос, который кажется научной фантастикой, но становится все более и более реалистичным: если люди действительно хотят выжить на Марсе в течение длительного времени, могут ли астероиды в космосе стать ключевым источником снабжения?

В популярной культуре астероиды часто фигурируют как «угрозы». Например, в голливудском фильме «Армагеддон» астронавты и рабочие нефтяных скважин пытаются взорвать в космосе астероид размером с Техас. Однако с точки зрения научных исследований астероид ближе к «плавающей мине». Его ценность заключается не в разрушении, а в его развитии и использовании для обеспечения ресурсами для «построения мира» на другой планете.

Исследования показывают, что строительство марсианской колонии — это не только инженерная проблема, но и серьезная логистическая задача. По-настоящему устойчивая марсианская база потребует не только еды и кислорода, но и большого количества металлов, таких как конструкционная сталь для жилых помещений, алюминий для оборудования и железо для изготовления и ремонта инструментов. Эти детали неизбежно изнашиваются, повреждаются и со временем требуют замены. Если все поставки будут зависеть от запуска с земли, транспортировка металла в качестве «припасов» в долгосрочной перспективе будет неэкономичной и неустойчивой.

В настоящее время стоимость запуска ракеты с Земли составляет десятки миллионов фунтов за тонну груза, а путешествие на Марс занимает от шести до девяти месяцев, в зависимости от взаимного положения Земли и Марса на их орбитах. При таких условиях времени и затрат практически невозможно поддерживать систему снабжения в стиле «Межзвездного хозяйственного магазина», используя традиционные методы.

В новом исследовании команда EPFL создала сложную расчетную модель для моделирования и количественного анализа всего процесса «транспортировки металлов с астероидов на Марс». В Солнечной системе есть миллионы астероидов, в том числе богатые металлами астероиды М-типа, которые по сути представляют собой огромные «металлические куски», сделанные из железа, никеля и других драгоценных металлов, дрейфующие между планетными орбитами. Основной вопрос исследования: при существующих или прогнозируемых условиях космических технологий смогут ли люди достичь этих целевых астероидов с достаточно низкой энергией и затратами, полностью извлечь ресурсы и безопасно доставить металлы на Марс.

Программа расчета, разработанная командой, будет «тщательно искать» среди множества потенциальных решений для цепочки поставок, тестируя и сравнивая тысячи комбинаций, чтобы найти оптимальное решение. Модель учитывает несколько ключевых переменных: в том числе энергию, необходимую космическому кораблю для перемещения между различными астероидами и Марсом, массу металла, который можно реально добыть и транспортировать, а также количество топлива, необходимое для полета на планету и обратно. Исследование пришло к выводу, что при определенных условиях теоретически возможно построить такую ​​«цепочку поставок космических металлов», но ее осуществимость во многом зависит от выбора цели и сложности конструкции миссии.

Вопрос топлива является ключевой частью всего плана, и именно здесь исследование предлагает «умный поворот». Некоторые астероиды представляют собой углеродистые астероиды, богатые углеродом и водяным льдом. Если ресурсы можно будет перерабатывать на этих небесных телах, ракетное топливо можно будет производить непосредственно в космосе без необходимости нести все топливо для полета туда и обратно с Земли. Новое исследование включает идею «производства топлива на астероидах» в расчеты цепочки поставок, что означает, что некоторые транспортные миссии могут быть самодостаточными в космосе, тем самым значительно улучшая экономику и гибкость всей миссии.

Путем моделирования и анализа различных орбитальных условий и типов астероидов исследовательская группа определила ряд целевых кандидатов, которые находятся в пределах возможностей существующих аэрокосмических технологий и имеют реалистичную доступность. Эти целевые астероиды достигают относительного баланса между потребностями в орбитальной энергии и потенциально пригодными для использования ресурсами, что позволяет миссиям туда и обратно теоретически «окупить» затраты; наоборот, неправильно выбранные астероиды могут потерять больше, чем выиграть в расходе топлива, а расход топлива у них может даже превысить стоимость перевозимого металла.

В исследовании также подчеркивается, что некоторые углеродистые астероиды, такие как Матильда, номер 253, как ожидается, станут «заправочными станциями» и сырьевыми базами для производства топлива в будущих космических миссиях из-за их богатого содержания водяного льда и углерода. В то же время богатые металлами астероиды больше подходят в качестве «грубо обработанных минеральных источников» для производства основных материалов, таких как сталь и сплавы, для строительных работ на поверхности Марса. Два типа небесных тел выполняют свои обязанности в цепочке поставок и дополняют друг друга.

Хотя до реальной операции по добыче полезных ископаемых на астероиде еще очень далеко, значение этого исследования состоит в том, что оно доказывает, что проблема теоретически «разрешима» с точки зрения логистики и системной инженерии, а не с точки зрения фантазии. Исследование предлагает полный концептуальный путь: добыча металлов на астероидах, производство топлива на месте в космосе, а затем транспортировка этих ресурсов на Марс, чтобы обеспечить ключевые материалы для строительства там колоний. В этом видении Марсу нужны не только строители и инженеры, но и новый «директор по логистике», отвечающий за управление межзвездной цепочкой поставок от астероидов до Марса, и последние исследования показывают, что такая система возможна на научном и инженерном уровне.

Эта работа была опубликована на платформе препринтов arXiv под названием «С точки зрения логистики: использование добычи полезных ископаемых на астероидах для поддержки колонизации Марса» и подписана Сереной Суриано, Шамилем Биктимировым, Дмитрием Притыкиным и Антоном Ивановым. Исследования установили систематическую связь между экономикой космических полетов, использованием ресурсов астероидов и устойчивостью планетарных баз, обеспечив важную теоретическую основу для планирования долгосрочных миссий на Марс в будущем, а также предоставив новые идеи по вопросу «как сделать Марс вторым домом».