Какие экскаваторы лучше всего подходят для астероидов
На Земле копание в земле настолько обычное дело, что мы даже не задумываемся о том, насколько это сложно. Но делать это в космосе - совсем другое дело. На некоторых более крупных планетах, таких как Луна или Марс, это было бы в целом похоже на то, как копают на Земле. Но их "миллигравитация" значительно отличала бы процесс копания на миллионах астероидов в нашей Солнечной системе.
Учитывая потенциальный экономический эффект от добычи полезных ископаемых на астероидах, было предложено множество методов проведения раскопок на астероиде, и команда из Университета Аризоны опубликовала последнюю из серии статей об использовании для этого специального ковшового колеса.
В последнее время конструкции ковшовых колес, похоже, набирают популярность в космической добыче полезных ископаемых в целом. Пилотный экскаватор ISRU (IPEx) НАСА использует аналогичную конструкцию и, согласно последнему годовому отчету, доведен до 5-го уровня технологической готовности. Однако он был разработан для использования на Луне, где гравитация значительно выше, чем на астероидах, содержащих гораздо больше ценных материалов.
Согласно статье, в самых низких 10% астероидов концентрация металлов платиновой группы, таких как палладий и осмий, выше, чем на Луне. Они также гораздо более "энергетически доступны", а это означает, что вам потребуется всего лишь дельта-V примерно на 5% больше, чем на Луне, чтобы добывать ресурсы с астероида, где ведется активная добыча полезных ископаемых.
Поскольку коэффициент дельта-V эквивалентен весу топлива и, следовательно, напрямую связан с затратами, более низкий коэффициент дельта-V делает добычу полезных ископаемых на этих крошечных месторождениях гораздо более привлекательной с экономической точки зрения.
Но у них есть свои инженерные проблемы, с которыми приходится сталкиваться. Большинство астероидов известны как "груды щебня", что означает, что они состоят из каменных глыб, просто склеенных друг с другом под действием минимальной силы тяжести, которую придает им их масса. Даже богатые металлами астероиды М-типа, такие как Психея, могут состоять в основном из этих небольших кусков материала. Такая среда не очень благоприятна для традиционных методов добычи полезных ископаемых.
Исследователи из Университета Аризоны во главе с доктором Джеканом Тангавелаутамом применили быстрый итерационный подход к решению этой проблемы. Они разработали модель, представляющую силы, ожидаемые на поверхности астероида, и применили эти силы к моделям различных конструкций ковшовых колес, выбрав характеристики, которые наилучшим образом соответствуют окружающей среде.
Они также сделали следующий шаг и приступили к 3D-печати прототипов различных конструкций. Они намеревались использовать эти напечатанные прототипы для сбора физических данных о механизме раскопок; однако для этого им требовался реалистичный материал, имитирующий астероидный реголит.
В настоящее время такого не существует, поэтому они решили создать свой собственный. Сочетание пенополистирола и смолы, напечатанной на 3D-принтере, казалось, сделало свое дело, однако они пока не смогли изготовить достаточное количество имитатора, чтобы тщательно протестировать запланированную тестовую сборку для этой бумаги.
Одним из других важных выводов, сделанных в этой статье, стало влияние различных характеристик самого астероида на два наиболее важных параметра конструкции — объем ковша и скорость резания (то есть скорость перемещения ковшей). Некоторые характеристики, такие как концентрация ресурсов, оказали незначительное влияние на эти два параметра. Однако другие очевидные характеристики, такие как плотность размещения, оказали существенное влияние.
Исследовательская группа обнаружила, что в таких условиях идеально подходят ковши большого объема и с медленным перемещением. Однако при этом учитывалось, насколько быстро орбитальный вспомогательный аппарат будет заполняться выемываемым материалом. Чтобы увеличить время доставки материала от ковшового колеса до системы хранения, исследователи предлагают использовать шнековый питатель, который также позволит ковшу работать непрерывно — еще одна необходимость, учитывая экономические ограничения системы.
Кроме того, они обнаружили, что для удержания реголита необходимы захваты. Расширяемая система трубопроводов также полезна, хотя она становится более необходимой, если на колесо приходится много ковшей.
Подробности этой работы содержатся в статье, а соответствующая презентация была представлена исследователями на конференции ASCEND в конце июля.
Несмотря на то, что эти этапы являются шагом в правильном направлении, эти технологии все еще находятся на относительно низком уровне готовности. Однако в конечном итоге они понадобятся, если люди будут использовать одни из самых легкодоступных ресурсов в Солнечной системе. По мере того как наша экспансия в другие миры набирает обороты, это только вопрос времени, когда ковш экскаватора приземлится на астероид и начнет работать.
