Введение

Добыча сырья из астероидов – это гипотетическое извлечение материалов из астероидов и других малых планет, включая околоземные объекты. Основные проблемы добычи на астероидах включают высокую стоимость космических полётов, ненадежную идентификацию подходящих для добычи астероидов и трудности извлечения полезных материалов в космической среде. Исследовательские миссии по возвращению образцов астероидов, такие как Hayabusa, Hayabusa2 и OSIRIS REx, демонстрируют сложности сбора руды в космосе с использованием современных технологий. По состоянию на 2023 год, с Земли успешно возвращено менее 7 граммов астероидного материала. Текущие миссии обещают увеличить это количество примерно до 60 граммов. Исследования астероидов – сложные проекты, возвращающие незначительное количество материала (менее 1 миллиграмма Hayabusa, 100 миллиграммов Hayabusa2, 70 граммов OSIRIS REx) по сравнению с масштабом и стоимостью этих проектов (300 миллионов долларов Hayabusa, 800 миллионов долларов Hayabusa2, 1,16 миллиарда долларов OSIRIS REx). История добычи на астероидах коротка, но характеризуется постепенным развитием. Представления о том, какие астероиды следует исследовать, как добывать ресурсы и что с ними делать, менялись на протяжении десятилетий.

До 1970 года

До 1970 года добыча полезных ископаемых на астероидах существовала преимущественно в области научной фантастики. Повести, такие как «Миры, если бы…», «Сборщики в космосе» и «Шахтёры в небе», рассказывали о предполагаемых опасностях, мотивах и опыте, связанных с добычей астероидов. Одновременно многие исследователи в академических кругах рассуждали о потенциальной прибыли от добычи астероидов, но не располагали технологиями для реализации этой идеи.

1970-е годы

Посадка на Луну в 1969 году вызвала волну научного интереса к деятельности человека в космосе за пределами земной орбиты. По мере развития десятилетия, всё большее внимание в академических кругах уделялось теме добычи полезных ископаемых на астероидах. Значительная часть серьезных научных исследований была посвящена разработке астероидов, расположенных ближе к Земле, чем основной пояс астероидов. Особое внимание уделялось группам астероидов Аполлон и Амор. Эти группы были выбраны не только из-за их близости к Земле, но и из-за распространенного мнения о богатстве их состава полезными ископаемыми, пригодными для переработки.

1980-е годы

Академический интерес к добыче полезных ископаемых на астероидах продолжался в 1980-х годах. Идея освоения астероидов групп Аполлон и Амор все еще пользовалась определенной популярностью. Однако к концу 1980-х годов интерес к этим группам астероидов стал уступать место интересу к спутникам Марса, Фобосу и Деймосу. Организации, такие как НАСА, начали разрабатывать концепции переработки материалов в космосе и использования ресурсов, которые могли бы быть гипотетически собраны в космосе.

1990-е годы

Появляются новые причины для освоения астероидов. Эти причины обычно связаны с экологическими проблемами, такими как опасения по поводу чрезмерного потребления природных ресурсов Земли и попытки получения солнечной энергии в космосе. Параллельно с этим, в то же десятилетие, NASA изучает, какие материалы на астероидах могут представлять ценность для добычи. К таким материалам относятся свободные металлы, летучие соединения и основная масса грунта.

2010-е годы

После всплеска интереса в 2010-х годах, амбиции в области добычи астероидов сместились в сторону более долгосрочных и отдаленных целей, а некоторые компании, ранее занимавшиеся разработкой добычи астероидов, переориентировались на создание более универсальных технологий двигательных установок.

Каталогизация астероидов

Фонд B612 — частный некоммерческий фонд со штаб-квартирой в США, деятельность которого направлена на защиту Земли от столкновений с астероидами. Как негосударственная организация, фонд проводил два взаимосвязанных направления исследований, чтобы помочь в обнаружении астероидов, представляющих потенциальную угрозу для Земли, и разработать технологические средства для изменения их траектории и предотвращения столкновений. В 2013 году целью фонда было проектирование и строительство частного космического телескопа Sentinel для поиска астероидов, с надеждой на запуск в 2017–2018 годах. Инфракрасный телескоп Sentinel, размещенный на орбите, близкой к орбите Венеры, предназначен для выявления опасных астероидов путем каталогизации 90% астероидов диаметром более определенного размера, а также для изучения других объектов Солнечной системы. После прекращения NASA финансирования фонда B612 в размере 30 миллионов долларов в октябре 2015 года и неудачи в привлечении частных средств, фонд перешел к альтернативному подходу, предусматривающему использование созвездия небольших космических аппаратов, который находится в стадии разработки по состоянию на 2017 год. В качестве альтернативы рассматривается проект NEOCam, разработанный NASA/JPL.

Учет добычи

Существует четыре варианта добычи полезных ископаемых, которые могут быть реализованы с помощью биодобычи. Доставить необработанный астероидный материал на Землю для использования. Перерабатывать его непосредственно на астероиде, возвращая только переработанные материалы и, возможно, производя топливо для обратного рейса. Транспортировать астероид на безопасную орбиту вокруг Луны, Земли или к МКС. Из-за большого расстояния от Земли до астероида, выбранного для добычи, время задержки связи составит несколько минут или больше, за исключением редких сближений с Землей околоземных астероидов. Следовательно, любое горнодобывающее оборудование должно быть либо высокоавтоматизированным, либо требовать присутствия человека поблизости.

Провалившиеся проекты по добыче полезных ископаемых

24 апреля 2012 года в Музее полетов в Сиэтле группа миллиардеров-предпринимателей объявила о планах по добыче ресурсов на астероидах. Компания получила название Planetary Resources, а в число ее основателей вошли Эрик Андерсон и Питер Диамандис – предприниматели в области аэрокосмической промышленности. Вскоре после этого все планы по разработке космического телескопа Arkyd были свернуты; компания была ликвидирована, ее оборудование продано на аукционе, а оставшиеся активы приобрела ConsenSys, компания, специализирующаяся на блокчейн-технологиях. Спустя год после основания Planetary Resources, в 2013 году, аналогичные планы по добыче ресурсов на астероидах представила компания Deep Space Industries, основанная Дэвидом Гампом, Риком Тумлинсоном и другими. Первоначально планировалось отправлять к астероидам аппараты для разведки и возвращения образцов в 2015 и 2016 годах, а затем приступить к добыче полезных ископаемых в течение десяти лет. Позже Deep Space Industries переориентировалась на разработку и продажу двигательных систем, необходимых для реализации задуманных операций на астероидах, включая успешную линейку двигателей, работающих на водном топливе, в 2018 году. В 2019 году компания была приобретена Bradford Space, специализирующейся на системах для околоземной орбиты и компонентах для космических полетов.

Предлагаемые проекты по добыче полезных ископаемых

На ISDC 2013 в Сан-Диего компания Kepler Energy and Space Engineering (KESE, llc) объявила о намерении отправить автоматизированную систему для добычи 40 тонн астероидного реголита и вернуть её на низкую околоземную орбиту к 2020 году. В сентябре 2012 года Институт перспективных концепций NASA (NIAC) объявил о проекте "Роботизированный разведчик астероидов", который должен был изучить и оценить возможность добычи полезных ископаемых на астероидах с точки зрения средств, методов и систем. Корпорация TransAstra разрабатывает технологии для обнаружения и добычи астероидов, используя семейство космических аппаратов, построенных на основе запатентованного подхода с применением концентрированной солнечной энергии, известного как оптическая добыча. В 2022 году стартап AstroForge объявил о планах разработки технологий и космических аппаратов для поиска, добычи и переработки платины из околоземных астероидов.

Экономика

В настоящее время качество руды и, как следствие, стоимость и масса оборудования, необходимого для её добычи, неизвестны и могут быть лишь предметом спекуляций. Некоторые экономические анализы показывают, что стоимость возвращения астероидных материалов на Землю значительно превышает их рыночную стоимость, и что добыча астероидов не привлечёт частных инвестиций при текущих ценах на сырьё и стоимости космических перевозок. Другие исследования указывают на возможность получения большой прибыли при использовании солнечной энергии. Потенциальные рынки для материалов можно определить и получить прибыль, если удастся снизить стоимость добычи. Например, доставка нескольких тонн воды на низкую околоземную орбиту для производства ракетного топлива для космического туризма может принести значительную прибыль, если сам космический туризм окажется прибыльным. В 1997 году предполагалось, что относительно небольшой металлический астероид диаметром в… содержит промышленных и драгоценных металлов более чем на 20 триллионов долларов США. Сравнительно небольшой астероид типа М со средним диаметром в… может содержать более двух миллиардов тонн железо-никелевой руды, что в два-три раза превышает мировое производство 2004 года. Считается, что астероид 16 Психея содержит 1,7% никель-железа, которого хватит для обеспечения мировых потребностей на несколько миллионов лет. Небольшая часть добытого материала также будет представлена драгоценными металлами. Не все добываемые с астероидов материалы будут экономически выгодными, особенно в части потенциального возвращения значительных объёмов на Землю. Что касается потенциального возврата на Землю, платина считается очень редким элементом в земных геологических образованиях и, следовательно, может стоить того, чтобы доставить некоторое количество для использования на Земле. Никель же, напротив, достаточно распространён и добывается во многих местах на Земле, поэтому высокая стоимость добычи астероидов может сделать его экономически нецелесообразным. Хотя в 2012 году компания Planetary Resources заявила, что платина с астероида может стоить от 25 до 50 миллиардов долларов США, один экономист отметил, что любой внешний источник драгоценных металлов может снизить цены настолько, что это может привести к провалу предприятия из-за резкого увеличения предложения этих металлов. Разработка инфраструктуры для изменения орбит астероидов может обеспечить высокую отдачу от инвестиций.

Нехватка

Нехватка – это фундаментальная экономическая проблема, связанная с безграничными человеческими потребностями в условиях ограниченности ресурсов. Поскольку ресурсы Земли конечны, относительное изобилие астероидной руды дает добыче полезных ископаемых на астероидах потенциал для обеспечения практически неограниченными ресурсами, что, по сути, устранит дефицит этих материалов. Идея об исчерпаемости ресурсов не нова. В 1798 году Томас Мальтус писал, что в конечном счете ограниченность ресурсов приведет к снижению дохода на душу населения по мере экспоненциального роста населения, пока нищета и голод не станут сдерживающим фактором для роста населения. Мальтус выдвинул эту теорию 226 лет назад, и до сих пор не наблюдается признаков эффекта Мальтуса в отношении сырья. Подтвержденные запасы – это месторождения минеральных ресурсов, которые уже разведаны и признаны экономически целесообразными для добычи при текущих или аналогичных условиях спроса, цен, а также экономических и технологических условиях. По мере роста стоимости добычи минеральных ресурсов на Земле, особенно металлов платиновой группы, стоимость добычи тех же ресурсов из космических тел снижается благодаря технологическим инновациям в области освоения космоса.

Финансовая осуществимость

Космические предприятия сопряжены с высоким риском, длительными сроками реализации и значительными капиталовложениями, и это относится и к проектам по добыче полезных ископаемых на астероидах. Финансирование таких предприятий может осуществляться за счет частных или государственных инвестиций. Коммерческое предприятие может быть прибыльным, если полученная выручка превышает общие затраты (затраты на добычу и затраты на сбыт). Недавно об этом писали Хайн и др. Прецедент для совместных инвестиций нескольких сторон в долгосрочное предприятие по добыче сырья можно найти в юридической концепции горнодобывающего партнерства, которая существует в законодательстве ряда штатов США, включая Калифорнию. В горнодобывающем партнерстве "[каждый] участник партнерства разделяет его прибыль и убытки пропорционально доле, которой он или она владеет в шахте, по отношению к общему капиталу партнерства или общему числу долей".

Добыча полезных ископаемых в поясе астероидов с Марса

Поскольку Марс гораздо ближе к поясу астероидов, чем Земля, для достижения пояса астероидов и возвращения минералов на Марс потребуется меньшее изменение скорости (Delta-v). Одна из гипотез предполагает, что луны Марса (Фобос и Деймос) на самом деле являются захваченными астероидами из пояса астероидов. Астероид 16 Психея в главном поясе может содержать минералов на сумму более 10 000 квадриллионов долларов США. NASA планирует запуск орбитального аппарата "Психея" 10 октября 2023 года, чтобы он достиг астероида к августу 2029 года для проведения исследований. Астероид 511 Давида может содержать минералов и ресурсов на сумму 27 квадриллионов долларов. Использование луны Фобос для запуска космических аппаратов энергетически выгодно и является удобной стартовой площадкой для миссий к астероидам главного пояса. Разработка астероидного пояса с Марса и его лун может способствовать колонизации Марса.

Фобос как космический лифт для Марса

Фобос синхронно вращается вокруг Марса, всегда обращенной к планете одной и той же стороной на высоте около 6028 км над поверхностью Марса. Космический лифт мог бы простираться от Фобоса до Марса на 6000 км, примерно в 28 км от поверхности и чуть выше атмосферы Марса. Аналогичный трос космического лифта мог бы простираться в противоположном направлении на 6000 км, создавая противовес Фобосу. В общей сложности космический лифт имел бы длину более 12 000 км, что ниже ареостационарной орбиты Марса (17 032 км). Для доставки ракеты и груза к началу космического лифта, расположенному на высоте 28 км над поверхностью, все равно потребуется ракетный запуск. Поверхность Марса вращается со скоростью 0,25 км/с на экваторе, а нижняя часть космического лифта будет вращаться вокруг Марса со скоростью 0,77 км/с, поэтому для достижения космического лифта потребуется всего 0,52 км/с изменения скорости (Δv). Фобос вращается вокруг Марса со скоростью 2,15 км/с, а самая внешняя часть космического лифта будет вращаться вокруг Марса со скоростью 3,52 км/с.

Регулирование и безопасность

Космическое право включает в себя определенный набор международных договоров, а также национальные законодательные акты. Система и рамки международного и национального законодательства сформировались, в частности, благодаря Управлению Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства. Правила, условия и соглашения, которые органы космического права считают частью действующего корпуса международного космического права, включают пять международных космических договоров и пять деклараций ООН. В переговорах участвовало около 100 государств и организаций. Космические договоры охватывают широкий спектр ключевых вопросов, таких как контроль над вооружениями, недопустимость присвоения космического пространства, свобода исследования, ответственность за причиненный ущерб, обеспечение безопасности и спасения астронавтов и космических аппаратов, предотвращение вредного воздействия на космическую деятельность и окружающую среду, уведомление и регистрация космической деятельности, а также разрешение споров. В обмен на гарантии со стороны космических держав, государства, не обладающие космическими возможностями, согласились с предложениями США и СССР рассматривать космическое пространство как общее (res communis) достояние, не принадлежащее ни одному государству. В частности, добыча полезных ископаемых на астероидах регулируется как международными договорами, например, Договором о космосе, так и национальными законодательными актами, например, специальными законами в Соединенных Штатах и Люксембурге. Существуют различные точки зрения на международное космическое право. Некоторые критики принимают Договор о космосе, но отвергают Соглашение о Луне. Договор о космосе допускает частные права собственности на природные ресурсы космического пространства после их извлечения с поверхности, подповерхности или недр Луны и других небесных тел. Таким образом, международное космическое право способно регулировать возникающую деятельность по космической добыче полезных ископаемых, частные космические перевозки, коммерческие космодромы и коммерческие космические станции/обитаемые комплексы/поселения. Космическая добыча, включающая извлечение и удаление природных ресурсов из их естественной среды, разрешена Договором о космосе. После извлечения эти природные ресурсы могут быть введены во владение, проданы, обменяны и использованы для исследований или научных целей. Международное космическое право разрешает космическую добычу, в частности, извлечение природных ресурсов. В органах, занимающихся космическим правом, общепринято, что добыча космических ресурсов допустима, в том числе частными компаниями с целью получения прибыли. Однако международное космическое право запрещает права собственности на территории и земельные участки в космическом пространстве. Астрофизики Карл Саган и Стивен Остро выразили обеспокоенность тем, что изменение траекторий астероидов, приближающихся к Земле, может создать угрозу столкновения. Они пришли к выводу, что орбитальная инженерия имеет как возможности, так и риски: слишком жесткий контроль над технологиями манипулирования орбитой может затруднить будущие космические полеты, а слишком мягкий – поставить под угрозу человеческую цивилизацию.

Договор о космосе

После десяти лет переговоров между почти 100 странами Договор о космосе был открыт для подписания 27 января 1966 года. Он вступил в силу в качестве конституции для космического пространства 10 октября 1967 года. Договор о космосе был хорошо воспринят: его ратифицировали девяносто шесть стран и подписали еще двадцать семь государств. В результате, базовые основы международного космического права состоят из пяти (или, возможно, четырех) международных космических договоров, а также различных письменных резолюций и деклараций. Основным международным договором является Договор о космосе 1967 года, который обычно рассматривается как «Конституция» для космического пространства. Ратифицировав Договор о космосе 1967 года, девяносто восемь стран согласились с тем, что космос принадлежит «общему достоянию человечества», что все нации будут иметь свободу «использовать» и «исследовать» космос, и что оба этих положения должны осуществляться таким образом, чтобы приносить «выгоду всему человечеству». Принцип общего достояния человечества и другие ключевые термины до сих пор не получили конкретного определения (Jasentuliyana, 1992). Критики отмечают, что Договор о космосе сформулирован расплывчато. Тем не менее, международное космическое право успешно функционирует и служит интересам космической коммерции на протяжении многих десятилетий. Например, изъятие и добыча лунных пород рассматриваются как юридически допустимые. Разработчики Договора о космосе изначально сосредоточились на закреплении общих положений, с намерением позже разработать более конкретные правовые нормы (Griffin, 1981: 733–734). Именно поэтому члены COPUOS впоследствии расширили нормы Договора о космосе, сформулировав более четкие положения, которые содержатся в «трех дополнительных соглашениях» – Соглашении о спасении и возвращении 1968 года, Конвенции об ответственности 1973 года и Конвенции о регистрации 1976 года (734). Хобе (2007) объясняет, что Договор о космосе «явно и неявно запрещает только приобретение территориальных прав собственности», но добыча космических ресурсов разрешена. В органах, занимающихся космическим правом, общепринято, что добыча космических ресурсов допустима, в том числе частными компаниями с целью получения прибыли. Однако международное космическое право запрещает права собственности на территории и земельные участки в космосе. Хобе также поясняет, что в Договоре о космосе не упоминается «вопрос добычи природных ресурсов, что означает, что такое использование разрешено в соответствии с Договором» (2007: 211). Он также указывает на нерешенный вопрос о распределении выгод от использования космических ресурсов в соответствии со статьей 1 Договора о космосе.

Соглашение о Луне

Соглашение о Луне было подписано 18 декабря 1979 года в рамках Устава Организации Объединенных Наций и вступило в силу в 1984 году после процедуры достижения консенсуса по ратификации пятью государствами, согласованной членами Комитета Организации Объединенных Наций по мирному использованию космического пространства (COPUOS). По состоянию на сентябрь 2019 года только 18 государств подписали или ратифицировали договор. Статья 11 устанавливает, что лунные ресурсы "не подлежат национальному присвоению посредством заявлений о суверенитете, использования или оккупации, или каким-либо иным способом". Однако предполагается, что эксплуатация ресурсов может быть разрешена, если она "регулируется международным режимом" (статья 11.5), но правила такого режима до сих пор не установлены. С. Нил Хозенболл, генеральный советник НАСА и главный переговорщик США по Договору о Луне, предостерег в 2018 году, что переговоры о правилах международного режима следует отложить до тех пор, пока не будет установлена возможность эксплуатации лунных ресурсов. Считается, что возражение космических держав против договора связано с требованием о том, что добытые ресурсы (и технологии, используемые для этих целей) должны быть переданы другим государствам. Аналогичный режим, установленный Конвенцией Организации Объединенных Наций по морскому праву, предположительно препятствует развитию подобных отраслей на морском дне. Соединенные Штаты, Российская Федерация и Китайская Народная Республика (КНР) не подписали, не присоединились и не ратифицировали Соглашение о Луне.

Люксембург

В феврале 2016 года правительство Люксембурга заявило о намерении "дать толчок развитию промышленного сектора по добыче ресурсов астероидов в космосе", в частности, путем создания "правовой базы" и нормативных стимулов для компаний, работающих в этой отрасли. К июню 2016 года было объявлено о планах "инвестировать более 200 миллионов долларов в исследования, демонстрацию технологий и прямую покупку долей в компаниях, переносящих свою деятельность в Люксембург". В 2017 году Люксембург стал "первой европейской страной, принявшей закон, закрепляющий за компаниями право собственности на любые ресурсы, добытые в космосе", и продолжил активно продвигать государственную политику в области освоения космических ресурсов в 2018 году. В 2017 году Япония, Португалия и ОАЭ заключили соглашения о сотрудничестве с Люксембургом в области добычи полезных ископаемых на небесных телах. В 2018 году было создано Люксембургское космическое агентство, которое оказывает финансовую поддержку частным компаниям и организациям, занимающимся разработкой технологий добычи полезных ископаемых на астероидах.

Влияние на окружающую среду

Положительное влияние добычи полезных ископаемых на астероидах рассматривается как возможность переноса промышленной деятельности в космос, в том числе производства энергии. Разработан количественный анализ потенциальных экологических преимуществ добычи воды и платины в космосе, который показывает, что значительные выгоды могут быть достигнуты, в зависимости от соотношения между объемом добытых в космосе материалов и массой, запущенной в космос.

Предлагается или отменяется

Проект Near Earth Asteroid Prospector — концепция небольшой коммерческой космической миссии, разработанная частной компанией SpaceDev, столкнулась с трудностями в привлечении финансирования и в дальнейшем была отменена.

В художественной литературе

Первое упоминание об освоении астероидов в научной фантастике, по всей видимости, встречается в рассказе Гарретта П. Сервисса «Завоевание Марса Эдисоном», опубликованном в New York Evening Journal в 1898 году. Несколько научно-фантастических видеоигр включают в себя добычу полезных ископаемых на астероидах.

Публикации

Космическое предприятие: за пределами НАСА / Дэвид Гамп (1990) Добыча неба: Неизведанные богатства астероидов, комет и планет / Джон С. Льюис (1998)

Виорел Бадеску: Астероиды – перспективные источники энергии и материалов. Springer, Berlin 2013, Ram Jakhu, et al. : Космическая добыча полезных ископаемых и ее правовое регулирование. Springer, Cham 2016, Annette Froehlich: Использование космических ресурсов: взгляд развивающейся космической державы. Springer, Cham 2018.