Polacy w wyścigu po kosmiczne zasoby

6 maja 2019, 13:39
Mining_Moon
Ilustracja: ESA

Od początku istnienia naszego gatunku inspiruje nas nieznane. Nieustannie wędrujemy. Docieramy w miejsc dotychczas nam nieznanych, w niektórych z nich się osiedlamy, inne badamy i opuszczamy. Osiągamy najwyższe góry, najgłębsze rowy oceaniczne, najbardziej skrajne środowiska. Od 50 lat docieramy także do innych ciał niebieskich. Ten wysiłek nas uszlachetnia, rozwija nasze zdolności, a także sprawia, że dostrzegamy nowe szanse rozwoju, również ekonomicznego.

Od lat zakłada się, że miejscem dalszego rozwoju (w tym gospodarki) może być przestrzeń kosmiczna. Ze wszystkich środowisk, do których dotąd dotarliśmy, kosmos jest najodleglejszy i najbardziej nieprzyjazny. Stanowi dla nas największe wyzwanie. W ciągu najbliższych kilkunastu lat uwaga ludzkości skupi się na przestrzeni wokół Księżyca (tzw. cis-Lunar), małych ciałach niebieskich pojawiających się w okolicach Ziemi (planetoidy) i prawdopodobnie na Marsie.

Budowa gospodarki opartej na surowcach kosmicznych, jak również poszerzanie ludzkiej obecności poza Ziemią są ściśle związane ze zdolnością wykorzystania zasobów kosmicznych. A tych w Układzie Słonecznym jest niewspółmiernie więcej niż na naszej planecie. Przykładowo, jeden z księżyców Jowisza (Europa) posiada więcej wody niż cała Ziemia. Planetoida 16 Psyche prawdopodobnie zawiera tak wiele metali, w tym metali ziem rzadkich i metali szlachetnych, że ludzkość mogłaby wykorzystywać je przez miliony lat.

Istotne są nie tylko zasoby materialne, ale także niematerialne i energetyczne. Kosmos zapewnia dostęp do nieskończonych i niezmiernie łatwo osiągalnych warunków próżni i mikrograwitacji, które dzisiaj tak ciężko (i kosztownie!) symulujemy na Ziemi. Przestrzeń kosmiczna to także powszechnie dostępna energia słoneczna, w jakże niewielkim stopniu wykorzystywana na powierzchni Błękitnej Planety (mniej niż 0,2% energii zużywanej na Ziemi pochodzi z energetyki słonecznej).

Eksploatacja zasobów kosmicznych ma więc ogromy i wymierny potencjał komercyjny. Jednak obecne działania naukowców i inżynierów nie skupiają się na sprowadzaniu rzadkich zasobów na Ziemię. Nacisk kładziony jest na wykorzystanie zasobów kosmicznych na miejscu, w kosmosie, co określane jest terminem ISRU (eng. in situ resource utilization). W obszarze zainteresowania są przede wszystkim dwa zasoby: regolit (wierzchnia warstwa skalistych ciał niebieskich) i pozaziemska woda (pokłady lodu, uwodnione minerały, minerały bogate w tlen).

W pierwszej kolejności ludzie zamierzają sięgnąć po kosmiczną wodę i tlen. W 2020 roku NASA wyśle na Marsa łazik Mars 2020, który będzie niósł na pokładzie instrument MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment). Celem eksperymentu jest zademonstrowanie w warunkach rzeczywistych możliwości pozyskania tlenu z marsjańskiej atmosfery. Podobny cel ma Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) – do roku 2025 zamierza wysłać na Księżyc lądownik, dzięki któremu przeprowadzone dalsze badania wykażą możliwość pozyskania tlenu lub wody z lokalnych surowców mineralnych Srebrnego Globu. Będzie to pierwsza w historii misja skupiona na wykorzystaniu zasobów Księżyca.

W misji księżycowej ESA wezmą udział Polacy. W Centrum Badań Kosmicznych PAN trwają prace nad konstrukcją małej koparki, za pomocą której lądownik pobierze regolit bogaty w tlen. Polskie urządzenie będzie odpowiedzialne za przekazywanie regolitu do reaktora termochemicznego, w którym to reaktorze produkowana będzie woda.

Dlaczego akurat woda jest tak ważna i to na niej w pierwszej kolejności skupili się naukowcy? Powód jest bardzo praktyczny: w kosmosie woda ma pełnić rolę analogiczną do tej, jaką na Ziemi odgrywa ropa naftowa – ma stać się paliwem dla rozwoju gospodarki okołoksiężycowej. Paliwem – w sensie dosłownym, gdyż elektroliza i skraplanie tlenu i wodoru dostarczy paliwa rakietowego (LH2/LO2) dla statków kosmicznych. Z komercyjnego punktu widzenia infrastruktura do pozyskiwania wody jest więc kluczowa dla rozwoju kosmicznej gospodarki

Rachunek ekonomiczny też jest bardzo obiecujący. Szacunki sugerują stopę zwrotu inwestycji na poziomie 85% w perspektywie dziesięcioletniej, przy nakładzie inwestycyjnym 2,5 miliarda dolarów. Wszystko przy założeniu wdrożenia zintegrowanego procesu górniczo-przetwórczego w permanentnie zacienionych regionach Księżyca i stawce 500 dolarów za kilogram paliwa dostarczonego na powierzchni Księżyca lub 1,000 dolarów za kilogram paliwa dostarczonego na orbicie Księżyca. W sprzyjających okolicznościach sektor górnictwa kosmicznego będzie się rozwijał rokrocznie w tempie 23,6%, od wartości 0,65 miliarda dolarów obecnie do 2,84 miliarda dolarów w roku 2025.

Niniejszy tekst piszę z Golden w Kolorado (USA), gdzie – dzięki wsparciu Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej – prowadzę badania w Center for Space Resources, jednostce Colorado School of Mines. Instytucja, w której goszczę, od ponad 20 lat rozwija wiedzę i technologie związane z eksploatacją zasobów kosmicznych. Jednocześnie prowadzi jedyny na świecie akademicki program kształcenia w tej dziedzinie. To tutaj realizowane są najważniejsze górniczo-kosmiczne projekty dla NASA i firm komercyjnych, takich jak TransAstra.

Współpracując z Amerykanami, pokazujemy, że podejmujemy ciekawe wyzwania, proponujemy niestandardowe rozwiązania, oraz jesteśmy otwarci na dalsze wspólne działania w zakresie górnictwa kosmicznego. Robimy to, ponieważ Centrum Badań Kosmicznych PAN (a także wiele podmiotów w Polsce) chce i może być najważniejszym graczem w tej dziedzinie w Europie. Czeka nas jeszcze dużo pracy, ale jesteśmy pewni, że ostatecznie woda poleje się w kosmosie, co zapoczątkuje nową erę w historii ludzkości.

mgr inż. Gordon Wasilewski

CBK PAN, Colorado School of Mines

KomentarzeLiczba komentarzy: 2
Realista 1
środa, 8 maja 2019, 00:01

Jedyny problem że my po te kosmiczne zasobny pojedziemy hulajnogą.

Gall Anonim
wtorek, 7 maja 2019, 18:27

No Bucks, no Buck Rodgers, a woda to nie wszystko. Kompetencje tak, ale bez solidnych inwestycji same ambicje nie wystarczą. CBK PAN jest instytutem naukowym, lecz graczami będą firmy komercyjne z silnym wsparciem politycznym ich macierzystych krajów.