Asteroididel kaevandamine

Asteroididel kaevandamine viitab võimalusele eri maakide kaevandamisele asteroididelt ja muudelt väikestelt planeetidelt, sealhulgas Maa-lähedastelt objektidelt. Mineraalseid ja gaasilisi maavarasid saaks kaevandada asteroididelt või komeetidelt, mis seejärel imporditaks Maale või tarbitaks kosmoses ehitusmaterjalidena. Kaevandavate maavarade hulka kuuluvad raud, nikkel ja titaan ehituseks, hapnik ja vesi kosmonautidele kosmoses viibimiseks, samuti ka vesinik ja hapnik kosmosesüstikute kütuseks. Kosmoseuuringute puhul oleks materiaalselt kasulikum kasutada selle reisi jooksul kogutud ressursse, mitte vedada kõiki vajalikke materjale kaasa.

Eesmärk 
Põhinedes teadaolevatel Maa-pealsetel reservidel ja arengumaade kasvaval tarbimisel, on põhjust spekuleerida, et selliste peamiste moodsas tööstuses kasutatavate materjalide nagu tsink, tina, hõbe, plii, indium, kuld ja vask varud ammenduvad Maal järgmise 50–60 aasta jooksul.
Sellest lähtuvalt on jõutud oletusteni, et plaatina, koobaltit ja muid väärismetalle saaks kaevandada asteroididelt ning seejärel saata materjal Maale. Samas oleks neid ressursse võimalik kasutada ka kosmoses, et ehitada päikeseenergial töötavaid satelliite ja linnakuid. Samuti saaks jää töötlemisel saadud vett kasutada raketikütusena. 

Tegelikult on kogu kuld, koobalt, raud, mangaan, molübdeen, nikkel, osmium, pallaadium, plaatina, reenium, roodium, ruteenium ja volfram, mida kaevandatakse Maa koorest, tulnud algselt asteroidide vihmast, mis tabas Maad pärast maakoore jahtumist. 

2006. aastal teatas Kecki observatoorium, et Trooja asteroid 617 Patroclus on kustunud komeet ja koosneb peamiselt jääst. Seda võib järeldada ka paljude teiste Trooja asteroidide kohta. Sama kehtib ka Jupiteri ümbruses olevate komeetide ja Maa-lähedaste asteroidide kohta. Kosmoses tarbitavate materjalide leidumine ja võimalik töötlemine (näiteks raketikütuse, kiirgusarvestuse ja teiste suure massiga komponentide töötlemine) võib viia kosmosetehnika maksumuse langusse.

Jää täidaks ühe kahest nõudest, mis võimaldaks teha Päikesesüsteemis inimese juhitud uuringuid, pakkudes nii füüsilist kui ka majanduslikku jätkusuutlikkust.

Tegelikult pole inimeste reaalne Maalt eemal viibimine võimalik ja ka vajalik, kuna see ületaks meie tänapäevased kogemused selles vallas ning samuti ületaks inimese füsioloogiliste võimete piirid. Üks praktiline lahendus oleks lähetada mitmeid autonoomseid „otsijaid“ ehk mobiilsed robotid, kasutada neid analüüsiks ja uuringuteks, et tuvastada asteroidi koostis ning tiirlemise orbiit ja tsükkel. Suure hulga metallide toomine Maale poleks vajalik ega mõistlik, sest enamus neist kulub just kosmosesse minevate tehnoloogiate väljatöötamiseks. Näiteks on vaja ferroniklit ja surve-vormitud silikaate erinevate kiibistike ehituseks, plaatinat vee ja metaani lagundamiseks algosakesteks ja kulda mikroprotsessorite tootmiseks null-gravitatsioonilises keskkonnas. Suures koguses väärismetallide transportimine Maale vähendaks järsult nende väärtust. Samas neid metalle kosmoses töödeldes oleks võimalik välja töötada uusi tehnoloogiaid ilma majandust drastiliselt mõjutamata. 

Astrobioloogilisest vaatenurgast pakuvad asteroidide geoloogilised uuringud teaduslikke andmeid uurimaks Maa-välist elu ja intelligentsi. Mõned astrofüüsikud oletavad, et kui Maa-väliselt arenenud tsivilisatsioonid on kunagi käinud asteroididel kaevandamas, siis oleks sellise tegevuse tunnused tuvastatavad.

Asteroidide valimine

Asteroidide valikul on oluliseks faktoriks asteroidi orbiidi ökonoomika. Eriti pööratakse tähelepanu orbiidi kiiruse muutumistele ja reisiajale, mis kulub asteroidini ja tagasi Maale jõudmiseks. Orbiidi kiiruse suurematel trajektooridel tuleb kaevandatavaid materjale kasutada rohkem mootorikütuseks ning seetõttu jääb materjale vähem üle. 

Maa-lähedasi asteroide peetakse kõige tõenäolisemateks kandidaatideks kaevandamise katsetamiseks. Nende madal kiirus aitab kergendada Maalt saadetavate seadmete kiiret ja võimalikult ökonoomset kohale jõudmist ning samuti aitab tagada väiksemad kulutused kaevandatud maakide Maale transportimisel.

Kaevandamise võimalused
Kaevandamiseks on kolm võimalust:

 Tuua kaevandatud maak asteroididelt Maale.
 Töödelda maaki asteroidi pinnal ja tuua Maale ainult töödeldud materjal ja võimalik oleks toota kütust reisiks tagasi Maale.
 Transportida asteroid turvalisele orbiidile ümber Kuu, Maa või ISSi. Selline töötlemine peaks hüpoteetiliselt võimaldama maksimaalset saaduste hulka vähendades tekkiva prügi hulka.

Väärismineraalide kosmoses töötlemine vähendaks nõudlust energia järgi transpordi jaoks, kuigi töötlemiseks vajalikud tehased tuleb kõigepealt transportida kaevandamispaikadesse.

Kaevandamistegevuseks on vaja spetsiaalseid seadmeid maagi kaevandamiseks ja töötlemiseks kosmoses. Masinad peavad olema võimelised kinnituma asteroidi külge. Juba paigal olles on maagi liigutamine lihtsustatud tänu gravitatsiooni puudumisele. Dokkimine asteroidiga võib toimuda kasutades harpuunilaadset protsessi, kus kinnitushaak läbib asteroidi pinna ning kasutades vintse tõmmatakse seadmed asteroidi külge. Piisavalt suure tihedusega asteroidi korral võib haruuni kasutamine olla väga tõhus.

Asteroidivöö ja Maa vahele jääva distantsi tõttu võtab kommunikatsioon seadme ja Maa vahel mõned minutit või isegi rohkem. Selle tõttu peavad kaevandamisega tegelevad seadmed olema autonoomsed või nende läheduses peavad viibima seadmeid juhtivad inimesed. Samuti oleks inimeste kohalolek vajalik seadmete parandamiseks ja hooldamiseks. Samas ei ole mitmeminutilised signaalihäired olnud takistuseks näiteks Marsi missioonidel ning automatiseeritud süsteeme oleks palju odavam ehitada ja kasutada.

Materjalide kaevandamise liigid

Kraapimine
Materjali kraabitakse järjest kihi kaupa pinna pealt, mis on võrreldav ribakaevandamisega. Teaduslikud uuringud on näidanud, et suure tõenäosusega koosnevad suur hulk asteroide kiviklibu hunnikutest, mis võimaldab sellist lähenemist.

Kaevandustes kaevandamine
Kaevanduse võib kaevata asteroidi sisemusse, kus on võimalik šahti kaudu materjal välja tuua. See nõuab täpseid teadmisi asteroidide koostise ja maakide paiknemise kohta ning samuti on vajalik transpordisüsteem maagi viimiseks töötlemisjaamadesse.

Magnetilised „rehad“
Suure metallisisaldusega asteroididelt saaks magnetite abil koguda kokku lahtised metallikamakad.

Kuumutamine
Surnud komeetide pealt saaks pinna kuumutamise abil sulatada ja aurustada materjale ning neid siis vastavas olekus kokku koguda.

Isepaljunevad masinad
1980. aasta NASA uuring „Advanced Automation for Space Missions“ näitab, et Kuule on võimalik ehitada automatiseeritud seadmeid, mis on aastate jooksul võimelised endast koopiat tegema. Alates 1980. aastatest on ka tehnoloogia kiiresti arenenud ja seega peetakse selliste masinate ehitust reaalseks.

Võime ise paljuneda on muutunud väga veenvaks. Näiteks ühel kilogrammisel päikeseenergial töötaval isepaljuneval masinal kulub üks kuu, et teha endast koopia. Kahe ja poole aastaga suudaks selline masin toota endast 30 koopiat ning töödelda üle ühe miljardi kilogrammi asteroidil paiknevat materjali ilma inimeste sekkumiseta. Lisa kümne kuuga oleks kaevandatud juba üks triljon kilogrammi materjale. Sellise tehnoloogia jaoks ei ole vaja suuri ja raskeid masinaid. Tegelikult on tegu odava moodusega, kus toode vajab vaid väljatöötamist ja kilogrammi jagu materjale. Lisanduvad veel näiteks päikesepaneelid, mille abil toodetav masin peaks energiat ammutama.

Kavandatud kaevandusprojektid
24. aprillil 2012 teatasid miljonäridest ettevõtjad oma plaanist alustada asteroididelt kaevandamist. Seda firmat kutsutakse Planetary Resources ja selle ühtedeks asutajateks olid lennunduse valdkonna ettevõtjad Eric Anderson ja Peter Diamandis. Nõustajate hulka kuulub filmirežissöör ja uurija James Cameron ning ühed investeerijatest on Google’i tegevjuht Larry Page ja nõukogu esimees Eric Schmidt. Neil on plaanis aastaks 2020 luua kosmosesse kütuse hoidla kasutades asteroididelt saadavat vett. Vesi on võimalik jagada vedelaks hapnikuks ja vedelaks vesinikuks, mis on omakorda kosmosesüstikutele kütuseks. Sealt on see võimalik transportida Maa orbiidile kommertssatelliitide ja kommertssüstikute tankimiseks.

Teise sellise ettevõtmise Deep Space Industries looja oli David Gump, kes on osalenud ka teiste kosmoseprojektide loomises. See firma loodab alustada kaevandamiseks sobivate asteroidide otsinguid juba 2015. aastal, et 2016 (?). Aastaks 2023 loodab Deep Space Industries alustada asteroididel kaevandamist.

Selle plaani suhtes on mõned teadlased skeptilised, kuna nad ei näe selle tegevuse kuluefektiivsust. Gramm kulda maksab umbes 35 naela ehk 41 eurot. Samas tulevase NASA missiooniga OSIRIS-Rex kavatsetakse Maale tuua vaid 60 grammi asteroidi materjale, kuid see läheb maksma üle ühe miljardi USA dollari ehk ligi 740 miljonit eurot. Planetary Resources tunnistab, et selleks, et olla edukas, peab arendama kosmosetehnoloogiaid, mis võimaldavad kulusid kokku hoida.

2012. aasta septembris teatas NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) oma projektist Robotic Asteroid Prospector, mille käigus kavatsetakse uurida ja hinnata asteroidide kaevandamise teostatavust ja ratsionaalsust.

Majandus
Seni on maagi kvaliteet ja selle eraldamiseks vajalike seadmete mass ja maksumus teadmata ning nende väärtuste üle võib ainult spekuleerida. Mõned majandusanalüüsid näitavad, et asteroidsete materjalide transportimise kulu Maale ületab kaugelt nende materjalide turuväärtuse ning seetõttu ei meelita transpordikulud ja asteroidsete materjalide turuhinnad erainvestoreid asteroidide kaevandamisse investeerima. Muud uuringud on näidanud potentsiaalset kasumit päikeseenergia ulatuslikul kasutamisel. Kui suudetakse kulusid vähendada, on võimalik leida mitmeid potentsiaalseid turgusid asteroidsete materjalide turustamiseks ja nendelt kasumi teenimiseks. Näiteks vee transportimine Maa madalamale orbiidile rakettide kütuse ettevalmistamiseks kosmose turismi eesmärgil võib toota suurt kasumit. 

1997. aastal arutleti, et suhteliselt väike metalliline asteroid läbimõõduga 1,6 km sisaldab rohkem kui 20 triljoni USA dollari ehk 15 triljoni euro väärtuses tööstus- ja väärismetalle. Suhteliselt väike M-tüüpi asteroid läbimõõduga 1 km võib sisaldada enam kui kaks miljardit tonni raua-nikli maaki või kaks kuni kolm korda rohkem kui oli 2004. aastal maagi kogutoodang. Usutakse, et asteroidi 16 Psyche sisaldab  kg nikkel-rauda, mis võimaldaks rahuldada maailma tootmisvajadusi mitmeks miljoniks aastaks. Väike osa kaevandatud materjalidest oleksid ka väärismetallid.
Kuigi Planetary Resources väidavad, et plaatina 30-meetrise läbimõõduga asteroidilt on väärt 25–50 miljardit USA dollarit ehk 18–37 miljardit eurot, leiavad majandusteadlased, et väärismetallide suur kogus võib tunduvalt alandada nende hindu ning seetõttu mõjuda asteroidsete materjalide sissetoomisele hukatuslikult. 

Asteroidi orbiidi manipuleerimise infrastruktuuri arendamine võib pakkuda vastupandamatuid investeeringute tasuvusi, kuid astrofüüsikud Carl Sagan ja Steven J. Ostro tõstatasid probleemi, et asteroidide trajektooride muutmine võib põhjustada katastroofilise kokkupõrke Maaga. Need teadlased pidasid oluliseks, et seataks range kontroll orbiitide manipuleerimise tehnoloogia kasutamise üle.

Kirjanduses 
Esimesena mainis asteroididelt kaevandamist ulmekirjanduses Garrett P. Serviss loos „Edisoni Marsi vallutus“, kirjastus New York Evening Journal, 1898.

Galerii

Vaata ka
 Asteroid
 Maale ohtlikud asteroidid
 NASA

Viited

Astronoomia