Kosmiczny worek jako siatka na błąkające się skały
Młoda firma kosmiczna z Kalifornii pracuje nad planem przechwytywania małych asteroid w nadmuchiwane worki i parkowania ich w pobliżu Ziemi.
Brzmi jak science fiction: chwytać kosmiczne głazy wielkości domu jednorodzinnego za pomocą gigantycznej poduszki powietrznej i powoli holować je na bezpieczne miejsce postojowe w pobliżu naszej planety. A jednak właśnie nad tym pracuje amerykański start-up TransAstra, finansowany przez anonimowego zleceniodawcę.
Jak działa kosmiczny worek?
TransAstra, z siedzibą w Los Angeles, opracowuje system, w którym statek kosmiczny rozkłada wokół małej asteroidy ogromny, składany worek. Wykonany jest on z wyjątkowo wytrzymałego tworzywa sztucznego, podobnego do odpornego na ciepło materiału Kapton, stosowanego m.in. w satelitach.
Po całkowitym rozłożeniu worek tworzy rodzaj kokonu wokół asteroidy. Statek kosmiczny może następnie spokojnie holować uwięzioną skałę do tak zwanego punktu równowagi grawitacyjnej — prawdopodobnie punktu Lagrange'a L2, oddalonego o około 1,5 miliona kilometrów od Ziemi, po nocnej stronie planety.
Cel to rodzaj orbitalnego warsztatu: stałe miejsce, w którym roboty wydobywają surowce z asteroid i bezpośrednio przetwarzają je na materiały do budowy nowej infrastruktury kosmicznej.
Pierwsza analiza wykonalności tej misji, noszącej wewnętrzną nazwę New Moon, została już sfinansowana przez tajemniczego klienta. Może to być organizacja kosmiczna, ale również firma komercyjna zainteresowana pozyskiwaniem surowców.
Po co w ogóle zbierać kamienie z kosmosu?
Asteroidy to nie przypadkowe skały. Wiele z tych obiektów jest wypełnionych użytecznymi substancjami. TransAstra koncentruje się na dwóch typach:
- Typ C: asteroidy bogate w węgiel, zawierające dużo wody i substancji lotnych
- Typ M: asteroidy bogate w metale, w tym nikiel, żelazo i potencjalnie metale szlachetne
Woda w kosmosie jest na wagę złota — nie do picia, lecz jako surowiec do produkcji paliwa rakietowego. Za pomocą elektryczności można ją rozłożyć na wodór i tlen, czyli dokładnie te składniki, których potrzebuje większość silników rakietowych. Dzięki temu z Ziemi trzeba by wysyłać mniej paliwa, co czyni misje tańszymi i bardziej elastycznymi.
Skały bogate w metale są z kolei interesujące do budowy:
- elementów paneli słonecznych
- konstrukcji stacji kosmicznych i satelitów
- osłon ochronnych przed promieniowaniem kosmicznym
Pozyskując surowce dosłownie z kosmosu, można ominąć znaczną część kosztownej logistyki transportu z Ziemi.
Plan obejmuje dziesiątki asteroid wielkości domu
Prezes TransAstra, Joel Sercel, szacuje, że w ciągu najbliższych dziesięciu lat nawet 250 małych asteroid może nadawać się do takiego podejścia. Chodzi o obiekty o średnicy do około 20 metrów — mniej więcej wielkości wolnostojącego domu lub małego bloku mieszkalnego.
Firma planuje flotę wielokrotnego użytku robotycznych statków kosmicznych, które za każdym razem miałyby:
- wybrać odpowiednią, stosunkowo wolno przelatującą asteroidę
- precyzyjnie zbliżyć się do niej z wykorzystaniem autonomicznej nawigacji
- rozwinąć nadmuchiwany worek wokół skały i go zamknąć
- holować pakunek na punkt L2 za pomocą silników napędzanych energią elektryczną lub słoneczną
- przekazać asteroidę innym robotom zajmującym się jej przetwarzaniem
Koncepcja wydaje się droga i skomplikowana, ale pozwala ogromnie zaoszczędzić na kosztach wynoszenia ciężkich materiałów z głębokiej studni grawitacyjnej Ziemi. Szczególnie w kontekście przyszłościowych projektów, takich jak duże stacje energii słonecznej na orbicie czy stałe bazy księżycowe, miałoby to kolosalne znaczenie.
Jak dokładnie działa taki gigantyczny worek kosmiczny?
Worek musi spełniać dwa zadania jednocześnie: szczelnie owijać asteroidę i być odporny na ostre krawędzie oraz drobne zderzenia z kosmicznymi odłamkami. Dlatego przewiduje się zastosowanie kilku warstw:
- warstwa wewnętrzna, która ściśle owija się wokół skały
- warstwa wzmocniona, chroniąca przed rozdarciami i uderzeniami
- opcjonalna warstwa zewnętrzna, osłaniająca przed promieniowaniem i ekstremalnymi wahaniami temperatury
Cała konstrukcja jest wynoszona w przestrzeń złożona w zwarty pakunek, a rozwijana dopiero w pobliżu asteroidy. Worek nie musi być szczelny jak balon — w kosmosie praktycznie nie ma powietrza, więc liczy się przede wszystkim kształt i wytrzymałość mechaniczna.
Worek pełni jednocześnie funkcję siatki przechwytującej, osłony przeciwpyłowej i klatki zabezpieczającej, dzięki czemu odłamki nie odlatują niekontrolowanie podczas obróbki.
Bezpieczeństwo kosmiczne: czy to nie jest niebezpieczne?
Perspektywa holowania dużych skał w kierunku Ziemi naturalnie rodzi pytania o ryzyko. Błąd w nawigacji mógłby teoretycznie doprowadzić do uderzenia. TransAstra wyraźnie podkreśla jednak, że chodzi o kontrolowane, powolne przemieszczenie do stabilnego punktu, z dala od bezpośredniego otoczenia Ziemi.
Punkty równowagi grawitacyjnej, takie jak L2, są już od dawna wykorzystywane przez teleskopy i satelity meteorologiczne. Są wystarczająco stabilne, by dobrze kontrolować tor lotu, a jednocześnie wystarczająco odległe, by nie stwarzać bezpośredniego zagrożenia. Każda misja będzie też wymagała międzynarodowego nadzoru, ponieważ traktaty kosmiczne i ustalenia bezpieczeństwa zobowiązują państwa do brania odpowiedzialności za obiekty, które wynoszą w przestrzeń kosmiczną.
Górnictwo kosmiczne jako nowa gałąź przemysłu
Wiele dużych organizacji kosmicznych, takich jak NASA czy ESA, myśli długoterminowo o tak zwanym in-situ resource utilization — wykorzystaniu materiałów już obecnych w kosmosie. TransAstra próbuje teraz powiązać to z konkretnym, komercyjnym modelem biznesowym.
Możliwe zastosowania, na które liczą firmy i rządy, obejmują:
- stacje tankowania dla międzyplanetarnych statków kosmicznych
- materiały budowlane do wielkich konstrukcji na orbicie i wokół Księżyca
- surowce na potrzeby przyszłych załogowych misji na Marsa i dalej
Wykonalność projektu zależy od wielu czynników: kosztów wynoszenia, niezawodności autonomicznych robotów, regulacji prawnych oraz ostatecznego popytu na te surowce w przestrzeni kosmicznej. Nie chodzi więc o szybki zysk, lecz o grę na długi dystans, planowaną na dziesięciolecia naprzód.
Co dokładnie oznaczają asteroidy typu C i M?
Dla laików te oznaczenia są dość abstrakcyjne. Asteroidy typu C zawierają wiele związków bogatych w węgiel i minerały uwodnione. Ta woda jest cenna jako paliwo i środek podtrzymujący życie. Asteroidy typu M swoim składem przypominają jądra rozpadłych protoplanet i są bogate w metale, co czyni je atrakcyjnymi kosmicznymi „bankami metali".
W praktyce misje często będą poszukiwać kombinacji obu rodzajów: wody do produkcji paliwa i metali do elementów strukturalnych. Kto potrafi niezawodnie dotrzeć do obu typów i je wydobywać, dysponuje podstawowym zestawem do zbudowania trwałej, kosmicznej gospodarki.
Jak szybko może to stać się rzeczywistością?
Najbliższe lata będą poświęcone głównie małym misjom demonstracyjnym. Obejmują one między innymi:
- loty testowe z miniaturowymi wersjami worka do przechwytywania odłamków lub obiektów testowych
- krótkie loty w kierunku pobliskich asteroid w celu dopracowania technologii czujników i nawigacji
- eksperymentalne przetwarzanie małych próbek na orbicie ziemskiej
Dopiero gdy te etapy przebiegną pomyślnie, w grę wejdzie holowanie skał o rozmiarach dziesiątek metrów. Rozwój będzie postępował krok po kroku, m.in. ze względu na wysokie koszty i konieczność precyzyjnego zarządzania ryzykiem.
Dla miłośników astronautyki plan ten daje jednak przebłysk przyszłości, w której nasza planeta nie jest już jedynym punktem startowym dla wszystkiego, co dzieje się w kosmosie. Jeśli wydobywanie surowców na orbicie ziemskiej stanie się normą, wielkie projekty — od gigantycznych teleskopów po stałe habitaty — mogą okazać się znacznie bardziej realne, niż dziś się wydaje.
