Bergbau und der Transport von Ressourcen

Ich kann mir eigentlich drei verallgemeinerte Trajektorien vorstellen:

1. „Direktere“ Wege, d. h. schneller als ein einfacher Transfer. Es ist mehr Δv erforderlich und daher teurer. Sofern Sie keine lebende Fracht oder andere strahlungsempfindliche Materialien haben, wird dies selten verwendet.
2. Hohmann-Transfers, die den Weg nur der am höchsten bewerteten Ressourcen sein werden.
3. Schließlich das, was als interplanetares Transportnetzwerk bekannt geworden ist , eine Reihe von Pfaden mit niedrigem Δv. Dies wird zweifellos die Route für den Großteil des Massenbergbaus wie Wasser, kohlenstoffhaltige Materialien, Metallerz usw. sein.

Lokal wird sich ein Bedarf an „Verkehrsüberwachung“ sowohl an den Lagrange-Punkten Sonne-Erde als auch Erde-Mond entwickeln, da viel Schiffsverkehr durchfährt.

Unter der Annahme, dass Bergbauunternehmen wie Planetary Resources erfolgreich sind und andere Unternehmen den Wettbewerb forcieren, wie wichtig wird es dann sein, dass Methoden zum Transport von Materialien zur Erde billig werden?

Sehr wichtig.

Betrachten Sie die Behauptung von Deep Space Industries (DSI), dass der Asteroid 2012 DA14 einen Wert von 195 Milliarden US- Dollar hat. ( http://www.space.com/19758-asteroid-worth-billions-2012-da14-flyby.html ) Das ist Unsinn. Es ist derzeit 0 US-Dollar wert , und das wird noch lange so bleiben.

Als Analogie gibt es hier auf der Erde ein leicht zugängliches Goldvorkommen im Wert von 1 bis 100 Billionen US- Dollar (berechnet durch Multiplikation der Größe des Vorkommens mit dem Preis pro Unze). Doch niemand geht hinter dieser Kaution her. Wieso den? Denn dieses Goldreservoir sind die Weltmeere. Die Kosten für die Gewinnung von im Meerwasser gelöstem Gold übersteigen den Wert des gewonnenen Goldes bei weitem. Der Wert dieser riesigen Einzahlung beträgt 0 USD .

Die Gewinnung von Mineralien aus Asteroiden könnte in ferner Zukunft wertvoll sein, aber nicht in absehbarer Zeit. Die kurzfristigen Ziele von Unternehmen wie DSI und Planetary Resources sind viel bescheidener. Die unmittelbaren Ziele sind flüchtige Stoffe. Jenseits der niedrigen Erdumlaufbahn ist ein Pfund Wasser (oder ein Pfund Methan) derzeit viel wertvoller als ein Pfund Gold auf der Erdoberfläche. Wasser oder Treibstoff aus einem Asteroiden zu extrahieren und damit Fahrzeuge in einer geostationären Umlaufbahn zu betanken oder die ISS mit Wasser zu versorgen, könnte ein lohnendes Unterfangen sein.

Das Letzte, was Sie tun möchten, ist, diese schwer gewonnenen Ressourcen zu verschwenden, um sie auf einer schnellen Flugbahn zurück zur Erde zu bringen.

Würden beispielsweise billigere und längere Wege wie Hohmann-Transfers bevorzugt oder direktere (und daher teurere) Wege bevorzugt?

Weder. Hohmann-Bahnen sind tangentiale Transferbahnen zwischen einer Kreisbahn und einer anderen. Asteroidenbahnen können ausgesprochen elliptisch sein. Die Transferbahn wäre wahrscheinlich immer noch mehr oder weniger tangential zu Start- und Zielbahn. Aber sein Pfad könnte sich stark von dem 180-Grad-Pfad unterscheiden, den wir uns als Hohmann vorstellen.

Zur Veranschaulichung hier ein Bild möglicher Tangententransferbahnen zwischen einer kreisförmigen Erdumlaufbahn und einer elliptischen Asteroidenumlaufbahn:

Die meisten möglichen Tangententransferbahnen sind pastellfarben, aber ich habe die rote abgedunkelt. Sie können sehen, dass der Winkel zwischen Abflug und Ankunft 100° oder 260° beträgt – ganz anders als die 180 Grad eines Hohmanns.

Auch Hohmann-Bahnen gehen von impulsiven Verbrennungen an der Periapsis und Apoapsis der Transferbahn aus. Solche impulsiven Verbrennungen werden am besten mit chemischen Treibmitteln mit hohem Schub durchgeführt. Chemische Treibmittel haben jedoch keine Abgasgeschwindigkeit von viel mehr als 4 km/s.

Der Keck-Bericht schlägt ein solarelektrisches Antriebsfahrzeug vor, das Xenon-Treibmittel verwendet. Geringer Schub, aber eine Abgasgeschwindigkeit von etwa 30 km/s. Mit einer hohen Abgasgeschwindigkeit können wir einem Asteroiden ohne eine riesige Treibmittelmasse ein gewisses Delta V verleihen. Aber diese Verbrennungen mit geringem Schub können lange dauern, um ein Objekt zu beschleunigen. Ein langsames, gleichmäßiges Brennen kann eher zu spiralförmigen Bahnen als zu elliptischen Umlaufbahnen führen.

Für diese Frage beschränken wir die Materialquelle auf den Haupt-Asteroidengürtel und nehmen an, dass die Ressource in den SOI der Erde gebracht werden muss.

Eine schlechte Annahme. Um einen Hauptgürtel-Asteroiden auf ein Perihel von 1 AE abzusenken, würde man etwa 4 km/s benötigen. Delta-V-Budgets wären viel zu hoch, um einen Gewinn zu erzielen.

Der Keck-Bericht spricht von erdnahen Asteroiden, die nur etwa 0,2 km/s benötigen, um in der Mondumlaufbahn geparkt zu werden. Das ist machbar.

Interessanterweise ist Chris Lewicki einer der Co-Autoren des Keck-Berichts. Lewicki ist der Chefingenieur von Planetary Resources.

Wie wichtig wird es sein, dass Methoden zum Transport von Materialien zur Erde billig werden?

Sehr.

Eines der Dinge, die die Raumfahrt so teuer machen, ist die Tyrannei der Raketengleichung . Wenn sich der gesamte Treibstoff am Boden eines tiefen Gravitationsschachts befindet, hat jedes Raumfahrzeug ein minimales Delta-V-Budget von etwa 8 oder 9 km/s. Aber mit einer Treibquelle hoch oben an den Hängen der Gravitationsquelle der Erde würde der Exponent in der Raketengleichung gebrochen werden. Das könnte die Raumfahrt deutlich billiger machen.

Wasserreiche Asteroiden sind potenzielle Treibstoffquellen. Wasser kann in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden, eines der besseren chemischen Biotreibstoffe.

Und tatsächlich ist der Import von wasserreichen Asteroiden eines der ersten Dinge, die Planetary Resources zu tun hofft .