Ostatnio pojawia się coraz więcej informacji dotyczących możliwości pozyskiwania surowców z asteroid. W kwietniu 2012 roku prywatna firma Planetary Resources Inc. (PRI), poprzednio znana pod nazwą Arkyd Astronautics, ogłosiła na konferencji prasowej zamiar rozwijania technologii górniczej, która pozwoli na wydobycie surowców z asteroid. Innym przedsiębiorstwem zmierzającym do tego samego celu jest Deep Space Industries (DSI). Również NASA jest w trakcie opracowywania misji mającej za zadanie rozpoczęcie wykorzystywania materiałów dostępnych w przestrzeni kosmicznej. NASA skupiła się na sprowadzeniu asteroidy do układu Ziemia-Księżyc, gdzie prace mogą być prowadzone zarówno przez maszyny jak i ludzi, natomiast PRI na rozwiązaniach zautomatyzowanych i zdalnych.

Sam pomysł wykorzystania materiałów zawartych w przestrzeni kosmicznej nie jest nowy, pisał o tym już np. Konstanty Ciołkowski w 1903 roku, jednakże z powodu ograniczeń technologicznych takie przedsięwzięcie długo pozostawało w sferze marzeń. Bardziej aktualna jest książka Johna S. Lewisa „Mining the Sky: Untold Riches from the Asteroids, Comets, and Planets” wydana w roku 1997, w której autor opisuje koncepcje biorąc pod uwagę ówczesne technologie. Opinie co do opłacalności oraz możliwości wykonania takiego przedsięwzięcia są różne – od skrajnie pozytywnych do skrajnie negatywnych. Na uwagę zasługuje jednak fakt, że w projekt PRI zaangażowane są osoby z dużym doświadczeniem w astronautyce – głównym dyrektorem wykonawczym i technicznym jest Chris Lewicki (jeden z czołowych inżynierów Jet Propulsion Laboratory), a wielu pracowników inżynieryjnych zajmowało się w przeszłości obsługą promów kosmicznych w NASA oraz łazików marsjańskich. Zainwestowane zostały znaczne środki finansowe, a współzałożycielami są np.: Peter Diamandis, fundator m.in. X Prize, czy Larry Page z Google Inc.

Plany na początek działalności obejmują eksploatację asteroid zawierających dużo lodu, z którego poprzez elektrolizę planowane jest uzyskiwanie wodoru i tlenu, wykorzystywanych w napędzie chemicznym pojazdów kosmicznych. Tak uzyskane paliwo byłoby następnie transportowane na orbitę wokółziemską, gdzie można by „dotankowywać” rakiety startujące z powierzchni Ziemi, co stanowiłoby impuls do znacznego przyspieszenia eksploracji Układu Słonecznego. W dalszej perspektywie działalność PRI opierałaby się w szczególności na wykorzystaniu asteroid bogatych w metale, przede wszystkim platynowce, mających zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu i w badaniach naukowych.

Pojawia się jednak pytanie, czy możliwe jest na obecnym etapie technologicznym dotarcie do asteroid a następnie ich eksploatacja? Nie ulega wątpliwości, że jest to zadanie bardzo trudne, nie jest bynajmniej niemożliwe. W początkowym okresie, przy braku odpowiedniej infrastruktury w przestrzeni kosmicznej, najlepszymi obiektami są asteroidy bliskie Ziemi (NEA – z ang. Near Earth Asteroids), charakteryzujące się orbitami położonymi wewnątrz orbity Marsa, przez co czasami bardzo zbliżają się Ziemi. Z uwagi na kształt i położenie ich orbit, dotarcie do niektórych z nich jest dużo łatwiejsze niż dotarcie do powierzchni Księżyca. Wynika z tego, że możliwe by było umieszczenie na powierzchni asteroidy robota, który rozpocząłby wydobycie i w dogodnym momencie (np. przy następnym przejściu asteroidy obok Ziemi) – wysłałby pozyskany materiał na orbitę wokółziemską, co pozwoliłoby na jego wykorzystanie. Innym sposobem na eksploatację asteroid może być proponowana przez NASA „inżynieria orbitalna”, polegająca na zmianie orbity ciała niebieskiego na taką, która będzie dogodna do lotów na/z Ziemi. Ciekawa jest jeszcze inna koncepcja – część asteroid posiada takie orbity, że oprócz zbliżania się do Ziemi, zbliżają się również do Marsa. Z tego powodu możliwe byłoby wspieranie istniejącej w przyszłości bazy na Marsie poprzez transport pozyskanego materiału bezpośrednio na orbitę Marsa, gdzie mógłby  być przechwycony i wykorzystany. Ponadto takie planetoidy mogą posłużyć jako środek transportu ludzi pomiędzy Ziemią i Marsem [1]. Ich przewagą nad innymi rozwiązaniami jest to, że materiał z jakiego są zbudowane zatrzymuje promieniowanie kosmiczne, natomiast do przeprowadzania koniecznych manewrów można wykorzystać materiał dostępny na miejscu (np. wodę) lub żagiel słoneczny.

Jak już wspomniano powyżej, trudność w dotarciu na powierzchnię Księżyca jest większa niż do wielu NEA, tak więc wydaje się, że samo wysłanie urządzenia do badania i eksploatacji asteroid nie powinno przedstawiać problemu, tym bardziej że już odbyło się kilka misji do komet i asteroid, a kilka dodatkowych jest w fazie planowania (np.:[2]). Obecnie najbardziej obiecujące wydają się napędy elektryczne, wykorzystujące energię elektryczną do rozpędzania zjonizowanego gazu (np.: napęd Halla, jonowy siatkowy, magnetoplazmadynamiczny), z których część znajduje zastosowania w satelitach komercyjnych,  natomiast inne są w zaawansowanej fazie testów. W porównaniu do napędów chemicznych używanych np. w podróżach na Księżyc, napędy elektryczne mają tą zaletę że mniejsza siła ciągu jest rekompensowana przez bardzo długi czas działania. Przekłada się to na ok. 10-krotne mniejsze zużycie paliwa. Podróż do NEA i powrót na Ziemię została już dokonana przez japońską sondę Hayabusa, która przeprowadziła dokładną analizę właściwości fizycznych asteroidy 25143 Itokawa oraz pobrała materiał z jej powierzchni i dostarczyła na Ziemię (start 2003 r., powrót 2010 r.). Tak więc można stwierdzić, że podstawy technologii wymaganej do dostarczenia ładunku na NEA zostały już opanowane w podstawowym stopniu, jednocześnie trwają dalsze badania.

 

Hayabusa Capsule

 

Ciekawy jest pomysł NASA dotyczący sprowadzenia małej asteroidy (ok. 500 ton) na orbitę wokółksiężycową. Pozwoliłoby to na sprawdzenie technologii „holowania” asteroid, a ponadto ze względu na łatwość dostępu umożliwiłoby bezpośrednie badania [3]. Dzięki temu można by prowadzić badania planetoid oraz testować różnorodne technologie związane z pozyskiwaniem i obróbką materiału ponosząc względnie niskie koszty. Koszty sprowadzenia obiektu na planowaną orbitę szacowane są na ok. 2,6 mld $, przy czym ładunek jaki musiałby zostać wyniesiony na niską orbitę wokółziemską (LEO – z ang. Low Earth Orbit), czyli „holownik”, to ok. 18 ton. Daje to 28-krotnie większą masę na dogodnej orbicie, jednak zmieniając takie parametry misji jak orbita, czas trwania, czy moc napędu „holownika” można ten współczynnik zwiększyć jeszcze bardziej (do 70 a nawet więcej). Koncepcja sprowadzania asteroid w pobliże Ziemi ma niewątpliwie tę zaletę, że umożliwia wysyłanie załogowych misji trwających do kilku tygodni w przeciwieństwie do kilku miesięcy dla misji do NEA bez zmiany ich orbit. Ponadto, materiał mógłby być stosunkowo łatwo transportowany na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie mogą być prowadzone badania w warunkach mikrograwitacji.

O ile sama idea wydobywania surowców z planetoid wydaje się być dobrym sposobem na stymulację eksploracji przestrzeni kosmicznej, problemy natury technologicznej i ekonomicznej mogą stanowić poważne przeszkody w osiągnięciu celu. Plan działania PRI opiera się na wykorzystaniu dużej ilości małych teleskopów zwanych Arkyd. Podstawowe modele działając na LEO, mają przeprowadzić wstępną selekcję wartościowych obiektów, które będą następnie badane przez bardziej zaawansowane wersje. Po analizie badań ma dojść do wysłania automatów górniczych na najbardziej obiecujące asteroidy.

 

Arkyd-100

 

Na chwilę obecną brak jest dopracowanej technologii bardziej zaawansowanych modeli Arkyd. O ile pierwsze egzemplarze teleskopów serii 100 są już montowane, brak jest jakichkolwiek informacji dotyczących postępu w pracach nad ich rozwojem. Może to być spowodowane jedną z dwóch przyczyn: póki co PRI skupia się na dopracowaniu technologii wytwarzania modeli serii 100 albo wszystkie dane na ten temat są utrzymywane w tajemnicy. Trudno jest obecnie jednoznacznie opowiedzieć się za którąś z tych wersji, jednak na uwagę zasługuje to, że nazwa firmy używana do 2012 roku (Arkyd Astronautics) celowo nie zdradzała głównego celu firmy. Niewątpliwą zaletą ekonomiczną zaproponowanego rozwiązania jest jego elastyczność oraz minimalizacja kosztów niespodziewanych wydarzeń (awarie, nieudane starty itp.) poprzez stosowanie małych, względnie tanich automatów. Daje to korzyści takie, że praca całego systemu nie zostanie przerwana przez zdarzenia losowe, po drugie skoordynowane wykorzystanie dużej ilości małych teleskopów umożliwia uzyskanie obrazu o ogromnej zdolności rozdzielczej. Szacowane koszty produkcji tych teleskopów w masowej produkcji są na poziomie kilku mln $ za sztukę [4].

Z kolei koncepcja NASA zakłada wykorzystanie sondy, która po dotarciu do celu i pochwyceniu planetoidy miałaby za pomocą silników manewrowych wyhamować jej ruch obrotowy, po czym przelecieć na orbitę docelową. Taki sposób nie wymaga znaczącego rozwoju nowej technologii, tak więc jest obecnie w zasięgu możliwości NASA. Największym wyzwaniem jest w tym przypadku znalezienie odpowiednich kandydatów, co jest bardzo trudne ze względu na ich niewielkie rozmiary.