معدنکاری سیارک ها: رقابت بر سر ثروتی فضایی

در سیارک ها عناصر ارزشمند زیادی چون طلا، آهن، نیکل، مس و باارزش‌تر از همه آب وجود دارد. طبق گفته طرفداران معدنکاری سیارک ها ، این اجرام فضایی معدن‌هایی سرگردان در فضا هستند که عناصر موجود در سه مورد از بزرگ‌ترین‌هایشان بیشتر از کل مواد معدنی موجود در روی سیاره زمین است. سوال اصلی نحوه استخراج این موارد باارزش از این اجرام فضایی است.

در حال حاضر رقابتی بین‌المللی با محوریت سیارک ها بین کشورها در جریان است. از آمریکا گرفته تا کشوری چون لوکزامبورگ، همگی در حال بررسی پروژه‌هایی برای معدنکاری سیارک ها هستند. در ظاهر رقابت اصلی رقابتی دوجانبه بین ناسا و اسا است که مشغول ارسال فضاپیماهای عظیم و حتی برنامه‌ریزی برای ارسال ماموریت‌های سرنشین دار هستند. در همین حین شرکت‌های خصوصی روی کاوشگرهای بسیار کوچک‌تر که مشابه نمونه‌های اولیه ماموریت‌های اصلی هستند، تمرکز کرده‌اند. قبل از آنکه این ماموریت‌ها را بررسی کنیم، بهتر است نگاهی به خود سیارک ها و دلیل علاقه‌مندی شرکت‌ها به هزینه‌های میلیاردی برای دستیابی به این تکه سنگ‌های دورافتاده بیندازیم.

معدنکاری سیارک ها : ماموریتی ارزشمند

سیارک ها تکه‌های باقی‌مانده از ابتدای تشکیل منظومه خورشیدی هستند. زمانی که حجم عظیمی از گاز و غبار فشرده شد و خورشید را تشکیل داد و باقیمانده این دیسک پیش‌سیاره‌ای تبدیل به سیارات و قمرهای آنان شد. در این دوران تکه سنگ‌هایی باقی ماندند که در تشکیل هیچ کدام از این موارد شرکت نکردند و تا به امروز در فضای منظومه خورشیدی سرگردان مانده‌اند.

جمعیت اصلی سیارک ها در مداری بین مریخ و مشتری است، جایی که به هم پیوستن این تکه سنگ‌ها می‌توانست سیاره جدیدی را شکل دهد، اما گرانش مشتری از این اتفاق جلوگیری کرد. گاهی نیز بر اثر اختلالات گرانشی یا برخورد سیارک ها باهم برخی از آنان به مدارهای درونی‌تر پرتاب شده یا برخی نیز از مدارهایی فراتر از مدار پلوتو به نواحی درونی منظومه خورشیدی کشیده می‌شوند.

کشیش و منجم ایتالیایی، جوزپه پیاتسی (Giuseppe Piazzi) اولین سیارک به نام سرس را در سال 1801 کشف کرد (هرچند امروزه این جرم به عنوان سیارک کوتوله دسته‌بندی می‌شود). با آغاز قرن بیستم سیارک ها به عنوان گنجینه‌ای از مواد معدنی شناخته شدند که مملو از طلا، پلاتینیوم و الماس هستند.

مطالعات بعدی نشان دادند که سیارکی به طول 1000 متر می‌تواند دربردارنده 100،000 تن پلاتنیوم باشد. این یافته معدنکاران آفریقای جنوبی را کمی نگران کرد! چرا که در بهترین حالت میزان استخراج این عنصر بر روی زمین 130 تن در سال است.

در دهه 1950، معدنکاری سیارک ها موضوع متداولی در داستان‌های علمی تخیلی بود. رابرت هاینلاین (Robert Heinlein) این موضوع و افرادی که به دنبال آن بودند را با جویندگان طلا در قرن نوزدهم مقایسه و تصویر کرده بود که با سفینه‌های فضایی‌شان به جای طلا در پی یافتن و استخراج اورانیوم هستند.

در سال 1976، فیزیکدان دانشگاه کرنل، جرارد کی. اونیل (Gerard K. O’Neil) کتابی با موضوع مستعمره ساختن فضا توسط انسان‌ها نوشت که ایده هایش برای ساختن مستعمراتی با جمعیت میلیون‌ها انسان در آنها را مطرح کرد. این مکان‌های مستعمراتی بیشتر از مواد قمر زمین، ماه ساخته شده بودند که در نهایت از مواد موجود در سیارک ها همچون سیلیکون، کربن، هیدروژن، نیتروژن و حتی مواد پتروشیمی استفاده می‌کردند.

صنعت مدرن فضایی لزوما به دنبال فلزاتی چون طلا، پلاتینیوم یا اورانیوم نخواهد بود، بلکه بیشتر در پی یافتن ترکیبی ساده‌تر و البته حیاتی‌تر خواهد بود: آب

اقتصاد معدنکاری سیارک ها این‌گونه اقتضا می‌کند، چرا که بعد از گذشت 60 سال سفرهای فضایی همچنان بسیار پرهزینه‌اند. اخیرا در دادگاهی مربوط به دزدیده شدن نمونه‌هایی از ماه که ماموریت آپولو 17 در سال 1972 به زمین آورده بود، قاضی تصمیم گرفت که هر گرم از این نمونه‌ها ارزشی برابر 50،800 دلار آمریکا دارند، به خاطر هزینه بسیاری زیادی که سفر این شاتل به ماه و بازگرداندن نمونه سنگ‌ها به زمین برای آمریکا داشته است. در چنین قیمت‌هایی حتی اگر سیارک ها کاملا از الماس آبی-سفید ساخته شده باشند، باز هم استخراج منابع آنها مقرون به صرفه نخواهد بود.

امروزه هزینه رسیدن به مدار کمتر شده است، اما نه به آن اندازه‌ای که انتظارش می‌رفت. هزینه حمل هر کیلوگرم به مدار زمین‌ایست (geosynchronous) برابر با 27،063 دلار شده است که همچنان بسیار زیاد بوده که معدنکاری سیارک ها را توجیه نمی‌کند.

به همین دلیل شرکت‌های استخراج سیارکی بر روی موارد نزدیک به زمین تمرکز کرده‌اند. سیارک هایی که توسط جاذبه مشتری از مدار معمول خود رانده شده و در مدارهایی بیضوی در بخشهای درونی منظومه خورشیدی در گردش می‌باشند. رسیدن به این نوع خاص از سیارک ها و بازگشت به زمین با مواد غارت‌شده! از آنها، نیرومحرکه و در نتیجه هزینه کمتری نسبت به رسیدن به مدار اصلی سیارک ها نیاز دارد.

به علاوه پرهیز از بازگرداندن این منابع به زمین و در عوض استفاده از آنها برای سایر مأموریت‌های فضایی کار معقولانه‌ای به نظر می‌رسد. در مورد صنعت فضایی و منابع سیارات، ماده حیاتی برای سرنشینان فضایی آب است که برای انتقال هر لیتر آن به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) هزینه‌ای بیش از 10،000 دلار لازم دارد. اگر بتوان مواد یک سیارک را با هزینه‌ای کمتر استخراج کرده و به ایستگاهی چون ISS رساند، می‌توان از آب موجود در آن برای شستشو و آشامیدن استفاده کرد، یا با تجزیه آن به هیدروژن و اکسیژن سوخت مورد نیاز ماموریت ثانوی را فراهم کرد. با این کار شکلی جدید از اقتصاد مداری به وجود خواهد آمد.

به نظر رها کردن محصولات سیارک ها در فضا به جای بازگرداندنشان به زمین، و بهره‌گیری از آنها با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی و دیگر روش‌های پیشرفته، به‌صرفه‌تر خواهد بود. چرا وقتی که می‌توان ازین محصولات برای ساخت ماهواره، ایستگاه‌های فضایی یا تجهیزات بیشتر برای استخراج بهره برد، با ارسال فولاد و مس به زمین برای خود دردسر درست کنیم؟

گام های پیش رو برای معدنکاری سیارک ها

با این حال معدنکاری سیارک ها گامی بسیار بزرگ در صنعت فضایی است که پیش از عملی شدن نیازمند زیرساخت‌های بسیار مختلفی است. موضوعی همچون سفر انسان به ماه که توسط ناسا انجام گرفت با امکاناتی که شرکت‌های خصوصی در اختیار دارند بسیار متفاوت است. برای آنکه این شرکت‌ها بتوانند پروژه معدنکاری سیارک ها را که در حد و اندازه سفر انسان به ماه است اجرا کنند، لازم است تا سرمایه‌ای که به آنها تزریق می‌شود را با راضی نگه داشتن سرمایه‌گذاران به طور مداوم نگه دارند. این شرکت‌ها باید هزینه زیاد در فضا را کاهش دهند تا راهی پیدا کنند که سرمایه‌های تزریق شده در زمانی کوتاه‌تر نتیجه دهند.

در حال حاضر شرکت‌های اصلی معدنکاری سیارک ها کمتر به فکر به دست آوردن مواد معدنی سیارک ها هستند و بیشتر روی شناسایی سیارک هایی که هدف مناسبی برای استخراج هستند و اینکه چه موادی از آنها به دست می‌آید، کار می‌کنند.

شرکت منابع سیاره‌ای (Planetary Resources) استراتژی کاوش‌هایش را بر روی ماهواره‌های Arkyd بنیان نهاده است. این‌ها مجموعه‌ای از سیستم‌عامل‌هایی هستند که با ماهواره Arkyd 100 به اوج خود می‌رسند. ماهواره‌ای که تلسکوپ مداری کوچکی است و هدفش شناسایی و شکار سیارک های بالقوه معدنی است. در نهایت این شرکت امیدوار است تا مجموعه‌ای از این ماهواره‌ها را در مدار قرار دهد و اگر این پروژه با موفقیت پیش رود تمامی آنها با ماهواره Arkyd 200 به هم متصل خواهند شد، و در نهایت با Arkyd 300 به جستجو و رصد دقیق‌تر تمامی موارد تاییدشده خواهند پرداخت.

این پروژه بسیار شجاعانه است، اما این سوال که هزینه آن چگونه به دست خواهد آمد همچنان بی پاسخ می‌ماند. به همین جهت این شرکت تصمیم گرفته تا پس از پرتاب Arkyd 100 یکی از ماموریت‌های اولیه این ماهواره‌ها فرستادن اطلاعاتشان به زمین باشد. این‌گونه به مشتری‌های این صنعت اجازه دهد با اجاره این ماهواره‌ها به اطلاعات موردنیازشان دست پیدا کنند و در صورت لزوم در سایر طول‌موج‌ها همچون فروسرخ به کاوش بیشتر گزینه‌های مناسب بپردازند.

صنعت‌های اعماق فضا (DSI) شرکت دیگری است که امیدوار است با صرف هزینه‌های نه چندان گزاف به موفقیت‌هایی در این زمینه دست یابد. اما این شرکت نیز با مشکل تامین هزینه‌ها برای برداشتن گام‌های اولیه مواجه است. پیشران‌های ماهواره‌ای برای انتقال هر تن بار به مدار در حدود 25 میلیون دلار هزینه نیاز دارند و جایگزینی آنها با معادل‌های فضایی وسوسه‌انگیز است. اما آن‌طور که DSI تخمین میزند، اولین ماهواره‌هایش 20 میلیون دلار هزینه خواهند داشت که تامین این هزینه کار چندان آسانی نیست.

همانند شرکت منابع سیاره ای، شرکت DSI نیز برخی از فرآیندهایش را به فعالیت های غیراستخراجی اختصاص داده است. یکی از تلاشهای عمده این شرکت ماموریت Prospector-1، سطحنشین سیارکی است که چیزی در حدود 10 میلیون دلار هزینه برمیدارد. از آنجاییکه این ماموریت تا دهه آینده انجام نخواهد شد و هنوز هزینه های دیگری باقی مانده است که باید پرداخت شود، این شرکت سکوی پرتاب خودش را به سایر شرکتها اجاره میدهد تا از آن برای پرتابهای کم هزینه خود استفاده کنند.

فعالیت دیگر شرکت DSI همکاری با دولت لوکزامبورگ است. طی این توافق DSI یک مرکز فرماندهی در این کشور ایجاد خواهد کرد و برنامه فضایی لوکزامبورگ نیز (LuxIMPULSE)، در پروژه‌های R&D که هم‌زمان با فناوری ماهواره‌ای نمایش‌دهنده Prospect-x آغاز می‌شود، سرمایه‌گذاری خواهد کرد. این مینی ماهواره که در مدارهای پایین زمین قرار خواهد گرفت به‌گونه‌ای طراحی شده است تا عملی بودن فناوری DSI برای ماموریت‌های اعماق فضا را نشان دهد. ماموریت‌هایی که برای جستجو، کاوش و استخراج سیارک ها برای آب و مواد معدنی طراحی شده است.

همکاری با پروژه های بزرگ تر

اما سوال اصلی باقی می‌ماند. اینکه چنین شرکت‌های کوچکی چه مقدار شانس موفقیت دارند؟ با تمامی جاه‌طلبی که در آنها وجود دارد، مأموریت‌هایی که شرکت‌های منابع سیاره‌ای و DSI برنامه‌ریزی می‌کنند در برابر تلاش‌های ناسا و سایر سازمان‌های بزرگ فضایی همچون پروژه‌های دانشجویی به نظر می‌رسد. آیا این‌ها کارآفرینان اتحادیه فضایی هستند؟

از جهتی پاسخ این سوال مثبت است. در حالی که شرکت‌های خصوصی با بودجه‌های میلیون دلاری کار می‌کنند، ماموریت OSIRIS-REx ناسا به تنهایی حدود یک میلیارد دلار هزینه برداشته است و از فضاپیمایی در اندازه یک کامیون استفاده خواهد کرد. اگر همه چیز به خوبی پیش رود، این ماموریت تا سال 2023 اولین نمونه‌ها را از سیارک Bennu به زمین خواهد آورد. علاوه بر آن مطالعه کاملی بر روی ترکیب و دیگر ویژگی‌های سیارک انجام خواهد داد. تمامی این فعالیت‌ها بسیار وسیع‌تر و نیز از نظر زمانی زودتر از هرگونه فعالیت‌های شرکت‌های خصوصی انجام خواهد گرفت.

اما ماموریت OSIRIS-REx درباره معدنکاری سیارک ها نیست و هدفش کاملا علمی است. نمونه‌هایی که به زمین خواهد آورد نیز همان‌قدر به استخراج مواد معدنی سیارک ها ارتباط دارد که آوردن نمونه‌هایی از ماه توسط ماموریت‌های آپولو به استخراج مواد معدنی ماه ارتباط داشت. اطلاعات خوبی از این نمونه‌ها استخراج خواهد داشت اما ناسا به طور مستقیم در مورد ارزش اقتصادی آنها فکری نخواهد کرد.

OSIRIS-REx برای انجام وظایف بسیاری طراحی شده است و به ابزارهای مختلفی از اسپکترونومی فروسرخ گرفته تا تجزیه و تحلیل پرتوهای کیهانی مجهز می‌شود. این‌گونه ماموریت‌های فضایی با درجه اطمینان بالایی ساخته می‌شوند تا از تمامی ابزارهای تعبیه شده محافظت کنند. به همین دلیل دستگاه‌ها و سپرهای محافظتی بسیاری را همراه خود دارند.

اما این به آن معنی نیست که اطلاعات گردآوری‌شده توسط OSIRIS-REx کاربردی برای معدنکاری سیارک ها نداشته باشد. جنبه قابل توجهی ازین مورد هدف ثانویه این ماموریت است: مطالعه تغییر مسیر و انحراف سیارک از مدار اولیه‌اش. سیارک Bennu بزرگ‌تر از ساختمان Empire State است و احتمال بسیار کمی وجود دارد که در آینده به زمین برخورد کند. به همین دلیل ناسا این مورد را بررسی خواهد کرد که اگر بخواهیم این سیارک را از مدارش مقداری منحرف کنیم چه می‌شود. این سوال نه‌تنها از منظر حفاظت از کره زمین بسیار مهم است که برای معدنکاران سیارکی نیز که به دنبال چنین قابلیتی می‌گردند مهم خواهد بود.

این قابلیت تغییر مسیر سیارک هدف زودبازده دیگری نیز دارد. یکی از پروژه‌های اصلی و مهم ناسا کپسول سرنشین دار اوریون است که برای ماموریت‌های اعماق فضا طراحی شده است، اما مقصد احتمالی آن هنوز نامشخص است. یک راه برای حل این مسئله پیشنهاد ماموریت تغییر مسیر سیارکی برای این پروژه است.

اگر روی این پروژه سرمایه‌گذاری شود، فضاپیمایی روباتیک در دسامبر سال 2020 به فضا پرتاب شده که نه تنها با سیارکی نزدیک به زمین ملاقات خواهد کرد، بلکه به وسیله سیستم پیشرانش خورشیدی – الکتریکی و با ابزاری مشابه با تور ماهیگیری، این سیارک را به مدار cislunar (مداری بالاتر از مدار زمین ثابت و کوچک‌تر از مدار ماه به دور زمین) انتقال خواهد داد.

بعد از انجام این انتقال مداری، ناسا فضاپیمای اوریون را در ماموریتی 25 روزه به همراه دو فضانورد به سوی این سیارک می‌فرستند تا نمونه‌هایی از آن را برای آزمایش جمع‌آوری کنند. این ماموریت نه تنها برای پروژه‌های آینده سیارکی به ما بینشی در درک مسائل و مشکلات این‌گونه برنامه‌ها خواهد داد، بلکه ناسا آن را به عنوان تمرینی برای ماموریت نهایی که سفر به مریخ است در نظر خواهد گرفت.

این‌گونه ماموریت‌ها که نمونه‌های دیگری از آنها نیز برنامه‌ریزی شده است، سیارک ها را در کانون توجه برنامه‌های فضایی در قرن 21 قرار داده‌اند، هرچند که هرکدام هدف جداگانه‌ای را دنبال می‌کنند. برخی فقط اهداف علمی دارند، برخی در پی حفظ زمین از خطرات سیارکی هستند و عده‌ای نیز به دنبال معدنکاری سیارک ها هستند. شاید روزی برسد که گروه‌هایی در پی استعمار سیارک های کمربند سیارکی ماموریت‌هایی را عازم این بخش از منظومه خورشیدی بکنند!

در حال حاضر ماموریت‌های برنامه‌ریزی شده در دو دسته متمایز قرار می‌گیرند. سازمان‌های فضایی همچون ناسا در برابر دولت‌ها و مردمی که مالیات پرداخت می‌کنند باید پاسخگو باشند، در حالی که استخراج گران سیارکی دستورهایشان را از سهامداران و مشتری‌هایشان می‌گیرند. آژانس‌های فضایی بودجه‌های بیشتری دارند، دستورات کلی‌تری دریافت می‌کنند و ماموریت‌هایی که انجام می‌دهند می‌تواند روی امنیت و اقتدار ملی اثر داشته باشد. به‌علاوه آنها سعی می‌کنند تا جایی که امکانش باشد از ریسک‌های احتمالی پرهیز کنند، چرا که یک فاجعه بزرگ می‌تواند برای دهه‌ها روی ماموریت‌های آینده آنها تاثیر منفی داشته باشد.

از طرف دیگر، شرکت‌های خصوصی با بودجه‌های بسیار کمتری کار می‌کنند، اهداف بسیار مشخصی دارند، و بنابراین باید به‌گونه‌ای پیش روند که از نظر بودجه هیچ‌وقت دچار مشکل نشوند. این شرکت‌ها ریسک‌پذیری بیشتری نیز دارند. اشتباهاتی از طرف آنها رخ می‌دهد، اما سایرین از این اشتباهات درس گرفته و اجبار اقتصادی کاوش در فضا را سریع‌تر و در راه‌هایی نامعلوم به پیش می‌برد.

معدنکاری سیارک ها بیش از آنکه شبیه به تب کشف طلا باشد، به استخراج نفت و گاز شبیه است: تحقیقات میدانی در پی یافتن مناطقی با پتانسیل اکتشافی هستند. اگر معدنکاری سیارک ها در دهه‌های آتی دوام پیدا کند، این اتفاق به پشتوانه درس‌هایی است که هردوی دولت‌ها و ماموریت‌های خصوصی به ما آموخته‌اند. تنها زمان این مسیر را مشخص خواهد کرد.