Dzisiaj, jutro, pojutrze

Tomasz Rożek

GN 10/2021 |

publikacja 11.03.2021 15:53

Ci, którzy myśleli, że górnictwo kosmiczne to mrzonki, byli w błędzie. Niektórzy twierdzą, że jeszcze w tym dziesięcioleciu będą miały miejsce pierwsze próby eksploatacji. Pierwszy będzie Księżyc i może się okazać, że Polacy będą mieli tam coś do powiedzenia.

Dzisiaj, jutro, pojutrze nasa; istockphoto

Pierwsze urządzenie kopalniane (albo – jak je nazywają inni – „statek górniczy”) ma zostać wysłane w przestrzeń w ciągu najbliższych miesięcy. Statek ma być jeszcze eksperymentalny, ale jego celem jest sprawdzenie technologii i procedur niezbędnych do tego, by eksploatować inne ciała niebieskie.

Asteroidy

Kosmiczne górnictwo to wciąż bardzo droga i kłopotliwa opcja, ale ceny misji na orbitę cały czas spadają, a dostęp do niektórych rzadkich minerałów na Ziemi jest coraz trudniejszy, czyli ich ceny rosną. Od jakiegoś czasu jest już jasne, że przyjdzie moment, w którym łatwiej będzie polecieć w kosmos, aby zdobyć jakiś pierwiastek, niż szukać go na Ziemi. Ponadto niektórych izotopów na Ziemi nie ma wcale, za to można je znaleźć na innych planetach, księżycach czy asteroidach. Na przykład na powierzchni Księżyca są duże ilości izotopu helu 3, których na Ziemi nie ma. Ta odmiana helu jest wymarzonym paliwem dla nowoczesnej energetyki opartej na reakcji fuzji jądrowej.

Chińska firma Origin Space w najbliższym czasie chce wysłać w kosmos statek górniczy NEO-1. Inżynierowie misji chcą zebrać dane, które umożliwią opracowanie technologii automatycznego górnictwa. Myśląc o eksploatacji np. asteroid, nikt nie zakłada, że polecą tam ludzie. Trzeba opracować urządzenia robotyczne, które nie tylko będą w stanie znaleźć i zidentyfikować złoża poszukiwanego materiału, ale także wydobyć go, poddać wstępnej obróbce (chociażby mechanicznej), spakować i odesłać na Ziemię. Brzmi to jak fragment książki czy filmu science fiction, ale może się okazać, że wizja ta zmaterializuje się szybciej, niż się spodziewamy. Uczenie się i nabieranie doświadczeń trwa już od wielu lat. Próby automatycznego lądowania na planetach czy asteroidach służą także temu. Zeszłoroczna, zakończona sukcesem misja lądowania chińskiego robota na odwróconej od Ziemi stronie Księżyca – również. W końcu bardzo skomplikowany proces pobierania próbek, pakowania ich i odsyłania na Ziemię potrafią przeprowadzić nie tylko Chińczycy. W grudniu zeszłego roku – dzięki misji Japońskiej Agencji Kosmicznej – na Ziemię dotarły próbki materii pobrane z powierzchni asteroidy Ryugu. A jeszcze wcześniej (bo pod koniec 2016 roku) udało się osadzić lądownik Philae na jądrze komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Tym razem była to europejska misja Rosetta.

Księżyc

Jak przechwytywać tak małe obiekty jak asteroidy czy planetoidy? Jak na nich lądować? Jak szukać tego, co cenne, jak wydobywać? Jak pakować i odsyłać? I to wszystko automatycznie! Z całą pewnością do globów, które w pierwszej kolejności zostały wybrane do eksploatacji, najpierw muszą polecieć niewielkie sondy – zwiadowcy, których zadaniem będzie stworzenie dokładnej mapy obiektu. Być może zanim poleci tam „robot górniczy”, zostanie wysłany „robot geodeta”, który osiądzie na powierzchni i zrobi pomiary. Pobierze próbki i sprawdzi potencjał ekonomiczny danego obiektu. A potem sprawy potoczą się już szybko. Jak szybko? Mowa nie o dziesiątkach lat. W przypadku najbliższych obiektów raczej o kilkunastu.

Nie ma jednak wątpliwości, że obiektem, który stanie się swoistym poligonem technologii górniczych, będzie Księżyc. Jednym kierunkiem będzie próba pozyskania z jego wierzchniej warstwy bardzo cennego izotopu helu, który będzie mógł być wykorzystywany przez nowoczesną energetykę. Ale są też inne powody wysyłania robotów górniczych na Srebrny Glob. Może on być bazą przesiadkową i magazynem. To oznacza budowę na jego powierzchni baz. Trudno sobie wyobrazić, że ich elementy konstrukcyjne będą transportowane z Ziemi. Po to, by obniżyć koszt i zwiększyć bezpieczeństwo, trzeba znaleźć sposoby na to, by wykorzystać materiały, które są obecne na miejscu. Tym mają się zająć m.in. polscy naukowcy w ramach projektu Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie (przy współpracy z Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim i Akademią Górniczo-Hutniczą). Narodowe Centrum Nauki, w ramach grantu SONATA BIS NCN, sfinansuje projekt „Wydobycie regolitu na powierzchni Księżyca w warunkach obniżonej grawitacji”. Regolit to skała, która w mniejszych i większych kawałkach pokrywa księżycowy grunt. To właśnie regolit może być budulcem księżycowych baz. Może być też źródłem tlenu, który uwalnia się z niego po podgrzaniu. A tlen jest niezbędny nie tylko do oddychania (ludzi czy roślin), ale także do działania silników rakietowych.

Mars

„Eksploracja kosmosu jest przedsięwzięciem globalnym, wymagającym wielu wyzwań technicznych. Jej głównym celem jest rozszerzenie naszej cywilizacji na inne ciała Układu Słonecznego, zaczynając od sąsiednich, wysyłając zarówno roboty, jak i misje załogowe. Przygotowanie do eksploracji wymaga systematycznych badań naukowych, które poszerzają naszą wiedzę o wybranych ciałach Układu Słonecznego, jak również pozwalają poszerzyć wiedzę technologiczną” – napisano we wniosku, który naukowcy złożyli do Narodowego Centrum Nauki. – Powodzenie tego projektu tak naprawdę pokaże, na ile możliwe jest funkcjonowanie poza naszą planetą: przebywanie na Księżycu, później na Marsie itd. Jeżeli nasze badania potwierdzą, że pokrywający całą powierzchnię Księżyca regolit może być powszechnie używany, żeby to nasze pozaziemskie funkcjonowanie umożliwić i ułatwić, będzie to prawdziwy przełom – powiedział prof. Jacek Katzer z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego.

Wydobycie skał czy materiałów sypkich wydaje się czymś banalnym, ale takie nie jest. Zmniejszona grawitacja powoduje, że maszyny górnicze muszą być zupełnie inaczej skonstruowane. Mamy też bardzo małą wiedzę na temat struktury ziaren (kamyczków) regolitu. O tym, jak zaskakująco może się zachowywać zwykły piasek w warunkach innych niż ziemskie, mogą wiele opowiadać konstruktorzy łazików marsjańskich. Niektóre z nich zakopywały się nawet w niewielkich wydmach, choć wszystkie były testowane na wydmach na Ziemi. Doświadczenie zdobyte na Księżycu z całą pewnością zostanie wykorzystane także na Marsie. Tak jak na Księżyc można wpaść na kilka, kilkanaście dni i wrócić, tak pobyt człowieka na Marsie będzie trwał minimum kilka miesięcy. W tym czasie pierwsi ludzie na Czerwonej Planecie będą musieli gdzieś bezpiecznie mieszkać. Mars (zresztą tak jak Księżyc) nie ma pola magnetycznego, które stanowiłoby ochronę przed szkodliwym dla życia promieniowaniem kosmicznym, stąd budowa dobrze zabezpieczonej bazy jest konieczna. Przy czym nie sposób na Marsa przetransportować modułów mieszkalnych. One muszą powstać, zanim zjawią się tam ludzie. Będą je budowały roboty. Być może uda się do celów mieszkalnych zaadaptować marsjańskie jaskinie. Ale nawet w tym scenariuszu nie obejdzie się bez robót ziemnych. A w zasadzie marsjańskich. Ponadto pozostaje problem paliwa, które trzeba wyprodukować na drogę powrotną do domu. Wyprodukować, opierając się na materiałach, złożach obecnych na miejscu. Jakkolwiek byśmy na to spoglądali, wracamy do kosmicznego górnictwa. Dzisiaj zdobywane doświadczenia pozwolą jutro znaleźć technologie, które zostaną wykorzystane pojutrze. Tak to działa od setek lat na Ziemi i nie ma powodu, by podejrzewać, że nie będzie działało w kosmosie. •