Ressourcen im Weltraum Asteroidenbergbau & Rohstoffe vom Mond? Renate Zechner

Transkript

1 Ressourcen im Weltraum Asteroidenbergbau & Rohstoffe vom Mond? Renate Zechner Vortrag im Rahmen des Seminars Astrobiologie: Panspermie und Terraforming von (Exo-)Planeten University of Vienna January 15, 2014

2 Einleitung Wichtige Rohstoffe auf Erde könnten innerhalb von Jahren verbraucht sein Suche nach neuen Ressourcenquellen Asteroiden bestehen aus Gesteinen, Metallen und Wasser reich an wertvollen Metallen (Fe, Ni, Ag, Ti, Pt, etc.) Verwendung für vor Ort benötigte Rohstoffe = ISRU (in-situressourcennutzung) Rücktransport auf Erde Verkauf Laut John S. Lewis, Autor von Mining the Sky : 1 Asteroid: d ~ 1 km m ~ 2 Mrd. T 30 Mill. Tonnen Nickel 1,5 Mill. Tonnen Kobalt Tonnen Platin Platin allein hätte einen Wert von mehr als $ ! Credit: bf67c53ef0168eaa8f840970c-800wi.jpg?

3 Asteroiden Asteroidengürtel Ansammlung von Asteroiden und Zwergplaneten zwischen Mars und Jupiter > bekannte Objekte Größe: > 50 m km (Ceres) Gesamtmasse aller Asteroiden des Hauptgürtels ~ 5% der Masse des Erdmondes nicht so leicht erreichbar wie NEAs Erdnahe Asteroiden (NEAs) Credit: 0ulg/s320/black-asteroid-illustration-72dpi2.png Amor-, Apollo- und Aten-Typ-Asteroiden > NEAs relativ einfach von Erde aus erreichbar enthalten enorme Mengen nutzbarer Rohstoffe (Fe, Ni, H20 und seltene Elemente der Platin-Gruppe) in höheren Konzentrationen schwere Metalle sind gleichmäßiger verteilt leichtere Gewinnung als auf Erde 3

4 Einteilung der Asteroiden C-Asteroiden (C...Kohlenstoff, 75% häufigster Typ) S-Asteroiden (S...Silikat, 17% 2. häufigster Typ) v.w. im äußeren Bereich des Hauptgürtels hoher Anteil an Kohlenstoff, Wasser und Minerale Vertreter: (253) Mathilde: Vorbeiflug NEAR-Shoemaker (1997) v.w. im inneren Bereich des Hauptgürtels vor Gesteinsmaterial bestehend aus Silikaten und Metallen (Ni, Fe, Mg) Vertreter: (433) Eros: Landung NEAR-Shoemaker (2001) M-Asteroiden (M...Metall) Anteil an Metallen der Eisen-Platin-Gruppe (Ni, Fe, Co) auch viele nicht-metallische Elemente (N, S, Ph) Vertreter: (16) Psyche = mögliches Zielobjekt Credit (all 3 images): /GCSE/physics/asteroids.html D ~ km 1, kg Ni-Fe: Produktionsanforderung für mehrere Millionen Jahre wären gedeckt 4

5 Auswahl geeigneter Asteroiden Ökonomische Faktoren benötigte Geschwindigkeitsänderung (Δv) nicht Distanz Δv Energie Größte Teil der Energie um von Erde weg zu kommen (LEO) Erreichen eines NEAs benötigt < Energie als Landung auf Mond Erreichen des Asteroidengürtel einfacher als die Landung auf Mars benötigte Zeit für Hin- & Rückreise Credit: asteroid-resources-mining b-02.jpg? NEAs Δv geeignete Kandidaten Potenzielles Ziel: (4660) Nereus sehr niedrige Δv aber relativ lange Rückreise Credit: Nereus_orbit_on_01_Jan_2009.gif 5

6 Bisherige Landungen auf Asteroiden NEAR Shoemaker (NASA/USA) Start: 1996 Vorbeiflug (253) Mathilde: 1997 Landung auf (433) Eros: Landung auf Asteroiden! Hayabusa-1 (JAXA/Japan) Start: 2003 Landung (25143) Itokawa: 2005 Credit: Eros_landingsite.jpg Tochtersonde Minerva sollte landen und Aufnahmen machen durch technischen Fehler im All verloren Hayabusa landete auf Itokawa Entnahme von Bodenproben Rückkehr der Kapsel: 2010 Credit: jpg 6

7 Geplante Landungen auf Asteroiden Hayabusa-2-Mission (JAXA) Nachfolgemission von Hayabusa-1 (Muses-C) Geplanter Start: 2014 Ziel: (162173) 1999 JU3 Asteroidenlander MASCOT ~3 kg Nutzlast Rückkehr zur Erde: 2020 Credit: COT_MSC_landed_2.jpg OSIRIS-REX (NASA) geplante Raumsonde im NewFrontiers-Programm Start: 2016 Ziel: 2020 (101955) Bennu Entnahme von Bodenprobe Erwartete Ankunft: 2027 Credit: asteroid/osiris-rex._400.jpg 7

8 Geplante Kometenlandung Rosetta Sonde (ESA) Start: 03/2004 Ziel: Komet 67P/ChuryumovGerasimenko Geplante Landung: 11/2014 Aufsetzen des Lander Philae 1. Landung auf einem Kometen! Ende der Mission: 2015 Credit: uploads/2013/12/rosetta_orbits_comet_with_lander.jpg Credit: 8

9 Asteroidenbergbau 3 Möglichkeiten 1. Rohmaterial zur Erde bringen, wo Weiterverarbeitung stattfindet 2. Verarbeitung erfolgt vor Ort (in-situ/isru) und nur verarbeiteten Materialien zur Erde gebracht Credit: uploads/2012/08/asteroid-capture1.jpg Vorteil: gewonnenen Materialien können als Treibstoff für Rückflug verwendet werden Nachteil: Verarbeitungseinrichtungen müssen zuerst zum Asteroiden transportiert werden 3. Asteroid wird in eine sichere Umlaufbahn um Mond, Erde oder zur ISS gebracht Vorteil: theoretisch kann gesamte Asteroiden abgebaut werden Nachteil: Asteroid könnte in Erde einschlagen Veränderung der Asteroidenbahnen könnte katastrophale Folgen für die Erde haben! Credit: asteroid-recovery-nasa-space-budget-science/ 9

10 Abbaumethoden Fast völliges Fehlen der Schwerkraft spezielle Ausrüstung für Gewinnung und Verarbeitung Tagebau (an der Oberfläche des Asteroiden) Befestigungsmethoden Greifer bzw. Harpunen dienen als Anker Geräte an Oberfläche zu befestigen Netz bzw. Kabeln um den Asteroiden herum gelegt Magnetische Befestigung bei eisenreiche Asteroiden Credit: uploads/2012/08/a-possible-method-of-asteroid-mining.jpg Aufgewirbelter Materialstaub Überdachung rund um Abbaustelle, um Material zu sammeln Tunnelbau (in den Asteroiden hinein) von 2 entgegengesetzten Seiten üben gegenseitigen Druck aus Credit: 10

11 KISS Studie Keck Institute for Space Studies (09/2011) Asteroid Retrieval Mission Study Machbarkeitsstudie zur Durchführbarkeit & Erfordernisse bei Suche nach geeigneten NEAs, sowie Einfangen mittel Robotertechniken für weitere Untersuchungen in Erdnähe Credit: /04/asteroid_retrieval.jpg Kosten einer Asteroiden-Einfang- & Rückhol-Mission ~ $ 2.6 Mrd Identifizierung, Erfassung & Rücktransport von NEAs mit d ~ 7 m & ~ kg sind machbar Credit: /04/asteroid_retrieval_fig3.jpg 11

12 Private Unternehmen Planetary Ressources (04/2012) zuvor Arkyd Raumfahrt (11/2010) Gründer: Eric Anderson, Peter Diamandis Credit: Ark-Theme-1/images/home/home-logo.png Unternehmensziel: James Cameron (Berater), Google-Chef Larry Page (Investor) Erweiterung der natürlichen Ressourcen der Erde durch Entwicklung und Bereitstellung von Technologien für AsteroidenBergbau Geplante Projekte Detektion von geeigneten NEAs mittels Weltraumteleskope (Arkyd-100) Später automatisierte Erkundungen, Untersuchungen und Abbau der Rohstoffvorkommen durch Roboter-Sonden (Arkyd-200 und 300) Kraftstoffdepot (Tankstelle) im All bis 2025 geplant 12

13 Planetary Resources Arkyd Serie 100 LEO Weltraumteleskop Suche nach potentiellen Asteroiden Durchführung von Spektralanalysen Bestimmung der Zusammensetzung & Marktwert Credit: 2013/02/rsz_1a112d_final_external_2j.png Arkyd Serie 200 Interceptor (Abfangjäger) Satelliten, die auf Asteroiden landen Genauere Analyse der verfügbaren Ressourcen Credit: gy-intercept-web.png 13

14 Planetary Resources Arkyd Serie 300 Rendezvous Prospector (Goldgräber, Schürfer) Satellit zur Erforschung und Suche nach weiterentfernten Ressourcen Bestimmung des Werts eines Asteroiden Vorbereitung für Bergbau Credit: Asteroiden Bergbau Konzentration vorerst auf wasserreiche Asteroiden Credit: 14

15 Weitere Unternehmen NASA Institute for Advanced Concepts 09/2012: Ankündigung des Projekts RAP (Robotic Asteroid Prospector) Untersuchung der Möglichkeiten und technische Systemanforderungen für zukünftige Asteroidenbergbau-Missionen Credit: wiki/file:niac_logo.png Deep Space Industries Gründung: 01/2013 von David Gump Geplante Projekte Credit: wp-content/uploads/2012/10/dsi-logo-blk-splash.jpg 1. Erkundungsmissionen: Asteroid-Proben zur Erde: 2016 Roboter-Fertigungsanlagen zur Erstellung neuer Bauteile aus Metallen der Asteroiden mithilfe von 3D-Druck Credit: c3626f779970b-pi 15

16 Deep Space Industries Firefly geplant ab 2015 (6 Monate) Einweg-Aufklärungsmission: Erforschung vielversprechender Asteroiden ~ 30 kg (Größe ~ Laptop) Dragonfly Geplant: Entnahme von ~ kg Materialproben Rückkehr Untersuchung des Asteroidenmaterials auf Erde erste Verarbeitungsversuche, Verkauf an Wissenschaftler und Privatsammler Credit: Credit: 16

17 Deep Space Industries HarvestorTM Missionen zur Einsammlung von Asteroiden (geplant: tausende Tonnen pro Jahr) Transport von Asteroiden in Umlaufbahn um Erde Start der Produktion von Wasser, Treibstoffen, Baustoffe,... Credit: 17

18 Deep Space Industries MicroGravity Foundry (MGF) 3D-Drucker zur Anfertigung komplexer Metallkomponenten aus rohen Asteroidenmaterial Herstellung neuer Infrastruktur und Ersatzteile Reparaturen bestehender Komponenten Credit: Foundry.jpg Treibgasraffinerie (Propellant Refinery) Destillation von Wasser und Kohlenwasserstoffen aus kohlenstoffhaltigen Asteroiden Einsatz als mobile Tankstelle im Weltraum (z.b. für Mondund Marsflüge) Credit: _BV_ jpg 18

19 Rohstoffe vom Mond Oberfläche Credit: /apollo_lrg.jpg Mare: basaltisches Gestein Terrae: Brekzien (vw. Plagioklase) Regolith (= Mondstaub): Gemisch aus verschiedenen Elementen und Metallen Wichtigste Ressourcen Helium 3 Fusionskraftwerke Energielieferant der Zukunft Leichtmetalle (Na, Al) Eisen, Titan, Gold KREEP (Kalium Rare Earth Element & Phosphor) Magmatisches Mondgestein kommt auf Erde nicht vor Credit: 19

20 Bergbau am Mond MoonExpress (MoonEx) Gegründet: 08/2010 (USA) 06/2011: 1. erfolgreicher Testflug des Mondlanders Lander-Test Vehicle (LTV) (Entwicklung mit NASA) Mondlandung für Anfang 2015 geplant Credit: Shackleton Energy Company Gegründet: 2007 (USA) Vier-Phasen-Projekt (bis 2020) : System- & Unternehmensplanung Credit: sec2.jpg : Suche nach optimalen Eisvorkommen an Kratern nahe der N-und S-Pol Region Ab 2014: Aufbau der LEO Infrastruktur Bis 2020: Aufbau der polaren Mondbasis für Gewinnung von Wasser-Eis (Überwachung & Betrieb durch Menschen vor Ort) 20

21 Weltraumrecht Weltraumvertrag (1967) Outer Space Treaty von 98 Staaten unterzeichnet Ziel: Verhinderung der Besetzung der Himmelskörper durch einzelne Staaten kein Transport von Kernwaffen ins All Nutzung des Weltraumes nur friedlichen Zwecken (keine militär. Basen o.ä.) Mondvertrag (1984) / Moon Agreement Credit: /mg /mg _300.jpg Ergänzung des Weltraumvertrages (Erweiterung auf Unternehmen und Privatpersonen) Ziel: Zurverfügungstellung sämtlicher Eigentumsansprüche im All an alle Menschen (bzw. der internationalen Gemeinschaft) keine Privilegierung durch persönlichen Besitz im All nur von 19 Staaten unterzeichnet gilt als gescheitert (Gegenwehr von USA freies Recht auf Profit und Ressourcen) 21

22 References Raafat, K. et al., The physics of mining in space. A&G 54 (5): doi: /astrogeo/att160 Ross, S.D., 2001.Near-Earth Asteroid Mining, Caltech Internal Report Planetary Resources: Deep Space Industries: Credit: Image p.1.: 22

23 Danke für die Aufmerksamkeit! Credit: 23