Następna "gorączka złota" będzie na Księżycu

"Gorączki złota" przyczyniały się do zasiedlania terenów Ameryki Północnej i Australii. Wszędzie tam, gdzie odkrywano duże złoża szlachetnych kruszców, zawsze dochodziło do istnych inwazji osób chcących szybko się wzbogacić.

W dobie wyczerpującej się z dnia na dzień ogólnoświatowej puli kruszców i surowców próżno wypatrywać kolejnych "gorączek złota". Próżno, ale tu, na Ziemi. Czemu w poszukiwaniu cennych minerałów mielibyśmy się nie udać w przestrzeń kosmiczną, na sąsiednie planety oraz ich księżyce? Układ Słoneczny jest przepełniony surowcami, o które na naszej planecie niezwykle ciężko. Czy oznacza to, że wkrótce kopalnie będziemy budować na Księżycu?

Naukowcy już od dobrych kilku lat debatują nad możliwością wysłania specjalistycznej aparatury górniczej na pobliską asteroidę lub naszego naturalnego satelitę. Taka operacja wiązałaby się z ogromnymi nakładami finansowymi, jednak zakładając ewentualne powodzenie misji, zwróciłyby się one błyskawicznie. Cóż zatem nas ogranicza?

Popyt na rzadkie ziemskie minerały rośnie gwałtownie, głównie ze względu na postęp technologiczny. Natomiast ich podaż jest mocno ograniczona. Szacuje się, że Chiny produkują i przechowują około 95 proc. światowego popytu, choć w ostatnim czasie wyraziły niechęć do dzielenia się wytworzonymi bogactwami poprzez nałożenie zakazu eksportu.

Rozsądnie jest zatem poszukać alternatywnych surowców choćby poza naszą macierzystą planetą. Pierwiastki, takie jak itr, lantan czy samar, są rzadko spotykane na Ziemi, choć wiadomo, że powszechnie występują na Księżycu.

Wysłanie w kosmos narzędzi górniczych wymaga jednak nie tylko dużych nakładów finansowych i użycia najnowszych technologii. Najważniejsza wydaje się zmiana sposobu myślenia, bowiem "kosmiczne górnictwo" zmusza do niekonwencjonalnego spojrzenia.

Za rozwiązanie energetycznych bolączek ludzkości uważany jest hel-3 - izotop helu, którego ogromne złoża znajdują się na Księżycu. Na czym polega jego wyjątkowość?

Hel-3 wykazuje niezwykłą łatwość do wchodzenia w kontrolowaną reakcję termojądrową z deuterem, a ponadto nie pozostawia po sobie żadnych odpadów radioaktywnych. Analitycy szacują, że około 25-40 ton helu-3 wystarczyłoby na zaspokojenie potrzeb energetycznych całych Stanów Zjednoczonych przez okrągły rok. Niestety, hel-3 na Ziemi to totalna egzotyka. Na naszej planecie znajduje się jedynie 10 kg tego gazu, a za wydobycie jednego kilograma trzeba zapłacić ponad 5000 dol.

Hel-3 pochodzi ze Słońca i wraz z wiatrem słonecznym jest niesiony w przestrzeń kosmiczną. Gdy ów wiatr dociera do Ziemi, atmosfera i pole magnetyczne osłaniają naszą planetę przed jego opadami - stąd śladowa ilość helu-3 na naszej planecie.

Zupełnie inaczej jest na pozbawionym pola magnetycznego i atmosfery Księżycu, gdzie trwające przez miliardy lat bombardowania słonecznego wiatru naniosły potężne pokłady helu-3. Izotop ten nie leży jednak ot tak na powierzchni Księżyca.

By wyprodukować jedną tonę tego gazu trzeba podgrzać 200 ton księżycowego pyłu do temperatury 800 stopni Celsjusza. Szacuje się, że na Księżycu jest na tyle helu-3, by zaspokoić potrzeby energetyczne ludzkości przez setki lat. Izotop ten mógłby dostarczyć dziesięć razy tyle energii, ile wszystkie paliwa kopalne znajdujące się na Ziemi. A wszystko to dosłownie na wyciągnięcie ręki.

Dlaczego hel-3 jest tak wyjątkowy:

Zgodnie z Traktatem o Przestrzeni Kosmicznej, Księżyc jest terytorium neutralnym i nikt nie może rościć sobie do niego praw. Trudno zgadywać, jak zareagowałyby światowe mocarstwa, gdyby nagle na powierzchni Srebrnego Globu jedno z nich rozpoczęło prace wydobywcze. Mogłoby to doprowadzić do poważnego konfliktu zbrojnego - wystarczy spojrzeć na psychozę, jaką w Stanach Zjednoczonych wywołało wystrzelenie radzieckiego Sputnika.

Nawet, gdyby załoga astronautów założyła bazę wydobywczą na Księżycu, nie jest powiedziane, że zgromadzony tam hel-3 udałoby się pozyskać. Wciąż brakuje nam odpowiednich technologii do przeprowadzenia kontrolowanej reakcji termojądrowej helu-3 z deuterem. Na papierze mamy wszystko rozpracowane, ale testowe instalacje wciąż pobierają więcej energii niż same produkują. I tu dochodzimy do kluczowego aspektu związanego z kosmicznym górnictwem - przerażającej ekonomii.

Samo wylądowanie na Księżycu to wydatek rzędu 10 mld dolarów. Koszt wybudowania bazy na Srebrnym Globie szacuje się na około 60-90 mld dolarów. Warto zaznaczyć, że obliczenia te dotyczą misji badawczych, a nie wydobywczych. Doliczając budowę całej niezbędnej infrastruktury, koszt stworzenia kopalni helu-3 na Księżycu mógłby sięgnąć nawet 250 mld dolarów.

Przeciwnicy kosmicznego górnictwa zauważają, że z takim budżetem, zamiast lecieć na Księżyc, można by skupić się nad rozwojem alternatywnych ziemskich źródeł energii - opracować jeszcze wydajniejsze baterie słoneczne lub całkowicie zmodernizować elektrownie wiatrowe.

Na Ziemi nieprzerwanie od 5000 lat górnictwo i metody wydobywcze opierają się na wspólnych, stale ulepszanych zasadach. Ciężko wyobrazić sobie górnictwo w jakimkolwiek rejonie Ziemi bez:

- przyspieszenia grawitacyjnego (9,8 m/s²);

- gazowej atmosfery (79 proc. azot + 20 proc. tlen);

- wody;

- gleby zawierającej glinę, piasek i żwir;

- roślinności.

Żaden z powyższych elementów nie byłby obecny na Księżycu czy każdej asteroidzie, a więc w celach wydobywczych należałoby użyć zupełnie innych metod. Trudno przewidywać czy brak wspomnianych składników całkowicie nie zablokowałby prac wydobywczych na Księżycu. A jakie konkretnie trudności napotkaliby na swojej drodze górnicy na Księżycu?

Podróżując z Ziemi na Księżyc przyspieszenie grawitacyjne spada z 9,8 m/s² do 1,6 m/s², co ma ogromne znaczenie przy konstrukcji samego wykopu. Grawitacja tworzy przyczepność dla opon, które są używane albo podczas kopania, albo jako przeciwwaga dla maszyn wydobywczych. Prosta arytmetyka wskazuje, że by prawidłowo sprawować swoje zadanie, ciężar każdego urządzenia na Księżycu powinien być 6 razy większy niż w ziemskich warunkach. To automatycznie nasuwa oczywiste konsekwencje ekonomiczne, zwiększając całkowity budżet przeznaczony na misję.

Asteroidy jako cenne źródła surowców:

Obecnie szacuje się, że wyniesienie na Księżyc jednego kilograma aparatury badawczej to koszt rzędu 25 000 dol. Transport najbardziej podstawowej 3,3-metrowej maszyny wydobywczej o ziemskiej masie 2500 kg generowałby koszt rzędu bagatela 375 mln dol. Ta szacunkowa wycena nie obejmuje konieczności zatrudnienia "kosmicznych ciężarówek", które wykopywaną glebę z Księżyca by wywoziły.

Kluczowym elementem, który eliminuje ziemskie maszyny wydobywcze z prac na naszym naturalnym satelicie jest ich wrażliwość n pył księżycowy. Doświadczenie wyniesione z misji Apollo potwierdza, że zgromadzony na Księżycu pył może być wyjątkowo niebezpieczny dla kosmonautów, robotów oraz różnego rodzaju maszyn. Wszystko ze względu na brak gazowej atmosfery, niskie przyspieszenie grawitacyjne i napędzane przez wiatr słoneczny cząstki gleby, które potrafią narobić sporych szkód. Właśnie dlatego, przy planowaniu księżycowych misji górniczych trzeba całkowicie odrzucić "ziemskie myślenie".

"Ludzkość ma moc by wypełnić cały wszechświat życiem. Dzisiaj Układ Słoneczny składa się z plazmy, pyłu, skał i promieniowania, z niewielką ilością życia na trzeciej planecie od Słońca. Możemy to zmienić". Tak brzmiało motto jednej z najbardziej spektakularnych misji w dziejach ludzkości. W latach 70. XX wieku, fizyk Gerard O'Neill we współpracy z naukowcami z NASA Ames Research Center i Stanford University przedstawił projekt ogromnego statku orbitalnego, zbudowanego z licznych pomniejszych kolonii. Statek-stacja miałby być miejscem pracy i życia ponad 10 000 osób, a w dalszej perspektywie stanowić bazę wypadową do dalszych podróży kosmicznych. Niestety, ze względu na przeogromne koszty budowy obiektu, projekt został anulowany. Pozostały jednak szkice koncepcyjne, które nawet teraz, po ponad 30 latach wyglądają imponująco. Być może to nimi inspirowała się ekipa z BioWare projektująca Cytadelę do Mass Effecta.

Naukowcy są przekonani, że potencjalna eksploracja kosmosu wymaga od nas całkowitej zmiany nomenklatury i stosowanych procedur. Zaproponowano nawet termin tzw. synergistycznej inżynierii (ang. synergy-n engineering). Odnosi się on do procesu, w którym "n" kluczowych czynników technicznych niezbędnych do powodzenia jakiejkolwiek misji kosmicznej jest synergistycznie zoptymalizowanych pod kątem odmiennych warunków środowiska (np. górnictwa na Księżycu).

Jeżeli kiedyś ludzkość faktycznie będzie chciała udać się na Księżyc lub asteroidy w celach wydobywczych to będzie musiała zaplanować misję konkretnie pod kątem danego celu. Wciąż jeszcze minie wiele lat zanim jedyna technologia, która mogłaby na chwilę obecną zostać wykorzystana na Srebrnym Globie - ekstrakcja ssąca połączona z transportem pneumatycznym - rozwinie się na tyle, by trafić do prawdziwych kopalni. W tej metodzie do transportu wyjątkowo drobnych materiałów wykorzystywany jest strumień powietrza pod wysokim ciśnieniem. Zamiast wynosić na Księżyc niekończące się rurociągi oraz skomplikowane instalacje, naukowcy raczej będą wymyślali nowe metody transportu pozyskiwanych surowców.

Kluczowe będzie zapanowanie nad pyłem księżycowym, który potrafi nie tylko utrudnić same prace wydobywcze, ale również być niebezpieczny dla astronautów.

- Myślę, że pył jest jedną z największych przeszkód do normalnej pracy na Księżycu - powiedział astronauta Gene Cernan, który wraz z misją Apollo 17 był na Srebrnym Globie.

Zanim zaczniemy snuć ambitne plany odnośnie prac wydobywczych na innych planetach, asteroidach lub Księżycu jest jeszcze wiele do zrobienia. Wszechświat jest pełen tajemnic, a otaczający nas Układ Słoneczny skrywa więcej bogactw, niż może nam się wydawać. Optymistycznie nastawienie do kosmicznego górnictwa inwestorzy chcą rozpocząć ponowny podbój Księżyca już w 2016 roku. Na asteroidy wybierzemy się nie wcześniej niż w 2022 roku.