Ορυχεία πάνω απ’ τη Γη! Mining asteroids could boost space exploration

Ο παγκόσμιος πληθυσμός διαρκώς αυξάνεται, ενώ η διαθεσιμότητα πρώτων υλών ολοένα μειώνεται. Παράλληλα, τα ταξίδια και ο αποικισμός άλλων πλανητών φαίνεται να έχουν απαγορευτικό κόστος. Υπάρχουν άραγε σήμερα προτάσεις για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων; Στη συζήτηση που έχει ξεκινήσει εδώ και χρόνια εμφανίστηκε τελευταία μια πρόταση που επιχειρεί να λύσει ταυτόχρονα και τα τρία. Αυτή είναι η ρυμούλκηση ενός αστεροειδούς σε τροχιά γύρω από τη Γη, η ανάπτυξη μεταλλείων σε αυτόν και η εγκατάσταση αποικίας στις στοές του μεταλλείου, μετά την ολοκλήρωση της εξόρυξης. Άραγε κατά πόσον είναι εφικτό ένα τόσο μεγαλεπήβολο σχέδιο;

Το κίνητρο

Καλλιτεχνική απεικόνιση αποικίας στο εσωτερικό ενός αστεροειδούς..

Η ανάπτυξη αποικιών σε ουράνια σώματα του Ηλιακού Συστήματος, πέρα από τη Γη, έχει αποτελέσει το αντικείμενο πολλών επιστημονικών μελετών, αλλά και πολλών έργων επιστημονικής φαντασίας. Ο λόγος είναι η διαφαινόμενη εκρηκτική αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού σε συνδυασμό με την επίσης διαφαινόμενη έλλειψη πρώτων υλών, ιδίως σε χημικά στοιχεία που είναι σχετικά σπάνια στην επιφάνεια της Γης. Τέτοια είναι οι λεγόμενες σπάνιες γαίες και τα μέταλλα της ομάδας της πλατίνας. Τα πρώτα έχουν ευρύτατες εφαρμογές στη βιομηχανία υψηλής τεχνολογίας, όπως είναι η κατασκευή λέιζερ, υπεραγώγιμων μαγνητών, μπαταριών, καθώς και η αποθήκευση υδρογόνου (π.χ. για τροφοδοσία μηχανών μηδενικής εκπομπής ρύπων). Τα δεύτερα χρησιμοποιούνται κυρίως ως καταλύτες (π.χ. στις εξατμίσεις αυτοκινήτων) αλλά και στην κοσμηματοποιία. Αυτά τα στοιχεία υπάρχουν σε σημαντικές ποσότητες στα μητρικά σώματα των μετεωριτών, τους αστεροειδείς. προσκρούσει μετεωρίτες. Έτσι είναι λογικό να συμπεράνουμε ότι αυτά τα στοιχεία υπάρχουν σε σημαντικές ποσότητες στα μητρικά σώματα των μετεωριτών, τους αστεροειδείς. Οι επιστήμονες της εταιρείας Πλανητικοί Πόροι (Planetary Resources), που σχεδιάζουν εγκατάσταση μεταλλείων σε αστεροειδείς στο προσεχές μέλλον, υπολογίζουν ότι ένας αστεροειδής διαμέτρου 500 μέτρων μπορεί να περιέχει ποσότητα μετάλλων της ομάδας της πλατίνας ίση με όλη αυτήν που έχει παραχθεί στη Γη ως σήμερα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ιδρυτής της εταιρείας είναι ο Ελληνοαμερικανός Peter Diamandis, ο οποίος έχει ιδρύσει περισσότερες από 10 εταιρείες σχετικές με διαστημική τεχνολογία.

Ο ιδανικός υποψήφιος

Οι περισσότεροι από τους αστεροειδείς περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο σε μια ζώνη μεταξύ των τροχιών του Άρη και του Δία. Ωστόσο αρκετοί έχουν έκκεντρες τροχιές και πλησιάζουν σημαντικά τη Γη κατά τακτά χρονικά διαστήματα. Αυτοί οι αστεροειδείς, που ονομάζονται παραγήινοι, αποτελούν και τον ευκολότερο «στόχο», αφού η ενέργεια που χρειάζεται για να τους εκτρέψουμε από την αρχική τροχιά τους και να τους μεταφέρουμε σε τροχιά γύρω από τη Γη δεν είναι απαγορευτική. Φυσικά μια τέτοια επιχείρηση δεν είναι ούτε εύκολη ούτε φθηνή, και σίγουρα δεν ολοκληρώνεται σε μερικά χρόνια, αλλά στις βασικές γραμμές του το σχέδιο είναι πραγματοποιήσιμο. Ευτυχώς, την τελευταία δεκαετία έχει συνταχθεί ένα μεγάλος κατάλογος από αστεροειδείς που προσεγγίζουν τη Γη, στο πλαίσιο της προσπάθειας που καταβάλλεται για την καταγραφή όλων των δυνητικά επικίνδυνων - για σύγκρουση με τη Γη - αστεροειδών.

Από αυτόν τον κατάλογο θα πρέπει να επιλέξουμε έναν αστεροειδή με διαστάσεις ούτε πολύ μεγάλες, έτσι ώστε να είναι δυνατή η αλλαγή της τροχιάς του, ούτε πολύ μικρές, έτσι ώστε να έχει αρκετό υλικό για εξόρυξη και αξιόλογες διαστάσεις που θα επέτρεπαν την εγκατάσταση μιας αποικίας. Πέρα από τον περιορισμό στο μέγεθος, ο αστεροειδής θα πρέπει να είναι συμπαγής, επειδή αν είναι σαθρός δεν θα είναι δυνατή η διάνοιξη μεταλλευτικών στοών. Στη συνέχεια, κάθε φορά που αυτός ο αστεροειδής θα περνά από τη γειτονιά της Γης θα έχουμε την ευκαιρία να στερεώνουμε σε αυτόν πυραυλοκινητήρες υψηλής απόδοσης. Όταν η συνολική προωστική δύναμη αυτών των κινητήρων φθάσει την επιθυμητή τιμή, θα αρχίσει η «ρυθμική» ενεργοποίησή τους, που τελικά θα οδηγήσει τον αστεροειδή στην επιθυμητή τροχιά γύρω από τη Γη - κατά προτίμηση πέρα από την τροχιά της Σελήνης.

Μας λείπουν τα... καύσιμα!

Τα σχέδια της εταιρείας Πλανητικοί Πόροι περιλαμβάνουν και τη «σύλληψη» ενός αστεροειδούς στο κύτος ενός μεγάλου διαστημοπλοίου. Planetary Resource’s concept for a spaceship to capture and mine small asteroids that contain billions in rare metals fundamental to Earth technological growth.

Αυτό το στάδιο της αποστολής είναι και το «φουτουριστικό», αφού δεν υπάρχουν σήμερα διαθέσιμοι κινητήρες με προωστική δύναμη αρκετά μεγάλη ώστε να αλλάξει την τροχιά του αστεροειδούς και ταυτόχρονα βάρος καυσίμων αρκετά μικρό, ώστε να είναι κατ' αρχήν δυνατή η μεταφορά τους στον αστεροειδή. Υπάρχει όμως τουλάχιστον μία πρόταση που καλύπτει αυτά τα χαρακτηριστικά - ο κινητήρας ήρεμης ηλεκτρικής εκκένωσης (quiet electric discharge), ο οποίος βασίζεται στη θερμοπυρηνική σύντηξη των στοιχείων δευτέριου (υδρογόνου με πυρήνα ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο) και ηλίου-3 (ηλίου με πυρήνα δύο πρωτόνια και ένα νετρόνιο). Το προϊόν της σύντηξης είναι ήλιο-4 (ήλιο με πυρήνα δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια) και ένα πρωτόνιο μεγάλης ενέργειας, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «καυσαέριο» για την προώθηση του κινητήρα με πάρα πολύ καλή απόδοση. Για παράδειγμα, θα χρειάζονταν «μόνο» 3,5 τόνοι καυσίμου για να τοποθετήσουμε τον αστεροειδή 2004 ΜΝ4 σε τροχιά γύρω από τη Γη - τη στιγμή που το διαστημικό λεωφορείο χρειαζόταν 2.000 τόνους συμβατικών καυσίμων για κάθε εκτόξευση.

Το πρόβλημα με τους πυραύλους αυτού του είδους είναι ότι ως σήμερα δεν έχει επιτευχθεί ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη στο εργαστήριο. Όταν όμως επιτευχθεί, η επιχείρηση «ορυχείο-αστεροειδής» θα είναι μόνο ζήτημα χρόνου, ίσως να αφορά λιγότερο από 100 έτη. Ύστερα από προσεκτική επιλογή, με βάση το μέγεθος, τη χημική σύσταση και την τροχιά, ο αστεροειδής θα τεθεί σε τροχιά γύρω από τη Γη και θα εγκατασταθούν σε αυτόν μηχανήματα που θα αρχίσουν την εξόρυξη του μεταλλεύματος, το οποίο στη συνέχεια θα μεταφέρεται σε διαστημικές βάσεις ή στη Σελήνη με φορτηγά διαστημόπλοια. Στο τέλος αυτής της διαδικασίας από τον αστεροειδή θα έχει απομείνει μόνο ένα κέλυφος πάχους 50 μέτρων. Στη συνέχεια το εσωτερικό του κελύφους θα στερεωθεί με τη βοήθεια λέιζερ, και ο αστεροειδής θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αποθήκη πρώτων υλών ή μηχανημάτων. Το πιο ενδιαφέρον όμως είναι ότι αστεροειδείς με διάμετρο μεγαλύτερη από 400 μέτρα θα είναι η ιδανική λύση για την εγκατάσταση αποικιών. Ο λόγος είναι ότι ο διαθέσιμος χώρος θα είναι αρκετός για να δίνει την ψευδαίσθηση της ζωής σε μια μικρή πόλη, η αίσθηση της βαρύτητας θα μπορεί να δοθεί με σχετικά αργή περιστροφή του αστεροειδούς γύρω από τον άξονά του και το ηλιακό φως θα μπορεί να συγκεντρώνεται στο εσωτερικό με μεγάλα κάτοπτρα. Το κυριότερο όμως είναι ότι έτσι λύνεται και το μεγάλο πρόβλημα της ασφάλειας των αποίκων από  μετεωρίτες, ηλιακές εκλάμψεις και κοσμική ακτινοβολία. Κι αυτό επειδή το κέλυφος του αστεροειδούς θα προσφέρει πολύ καλύτερη προστασία από οποιονδήποτε τεχνητό θόλο στην επιφάνεια της Σελήνης ή του Άρη, που αποτελούν τους παραδοσιακούς στόχους για τη μελλοντική εγκατάσταση αποικιών πέρα από τη Γη.

Χάρης Βάρβογλης, καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.