Loài người có kế hoạch lớn cho khai thác mỏ vũ trụ, nhưng điều đó không dễ dàng

Giống như Trái Đất, các hành tinh như Mặt Trăng, Sao Hỏa, thiên thạch và các tàu ngũ chứa đựng lượng lớn tài nguyên quý giá. Điều này đã thu hút sự chú ý của cả nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp, với hy vọng một ngày nào đó có thể khai thác chúng để hỗ trợ nền kinh tế vũ trụ.

Nhưng việc thiết lập bất kỳ ngành công nghiệp khai thác nào ở ngoài Trái Đất cũng không dễ dàng. Hãy xem chúng ta đối mặt với những thách thức gì.

Sử dụng tài nguyên tại chỗ

Khi bạn nghĩ về khai thác ở ngoài Trái Đất, bạn có thể tưởng tượng việc rút tài nguyên từ các cơ thể không gian và mang về Trái Đất. Nhưng điều này không có vẻ là ví dụ thương mại đầu tiên có khả năng.

Nếu chúng ta muốn thiết lập sự hiện diện của con người trên Mặt Trăng theo như NASA đã đề xuất, chúng ta sẽ cần cung cấp lại nguồn cung cấp cho các nhà du hành sống ở đó. Những nguồn lực như nước chỉ có thể tái chế đến một mức độ nào đó.

Đồng thời, việc khai thác tài nguyên từ Trái Đất rất đắt đỏ. Đến năm 2018, chi phí khoảng A$3,645 để phóng một kilogram vật liệu vào quỹ đạo thấp của Trái Đất và nhiều hơn để phóng lên cao hơn hoặc lên Mặt Trăng. Có khả năng rằng các vật liệu được khai thác trong không gian sẽ được sử dụng trong không gian để giúp giảm chi phí này.

Việc thu hoạch các tài nguyên cần thiết tại chỗ được gọi là “tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ”. Nó có thể liên quan đến việc khai thác băng đá để thu thập đất để xây dựng cấu trúc. NASA hiện đang khám phá khả năng xây dựng các tòa nhà trên Mặt Trăng bằng in 3D.

Khai thác mỏ trong không gian cũng có thể biến đổi quản lý vệ tinh. Thực tế hiện nay là đưa vệ tinh xuống quỹ đạo sau 10-20 năm khi chúng hết nhiên liệu. Một mục tiêu cao của các công ty không gian như Orbit Fab là thiết kế một loại vệ tinh có thể được nạp nhiên liệu bằng nhiên liệu thu thập được trong không gian.

Ngay cả đối với vệ tinh ở quỹ đạo thấp của Trái Đất, năng lượng cần thiết để đạt đến chúng từ Mặt Trăng ít hơn so với cần thiết để đạt đến chúng từ Trái Đất.

Nguồn tài nguyên nào ở đó?

Khi nói đến cơ hội khai thác ngoài Trái Đất, có một số nguồn tài nguyên vừa dồi dào vừa quý giá. Một số thiên thạch chứa lượng lớn sắt, nickel, vàng và kim loại nhóm platinum, có thể được sử dụng cho xây dựng và điện tử.

Lớp vỏ Mặt Trăng (đá và đất) chứa helium-3, có thể trở thành một nguồn tài nguyên quý giá trong tương lai nếu hợp nhất hạt nhân trở nên khả thi và phổ biến. Công ty Anh Metalysis đã phát triển một quy trình có thể chiết xuất oxy từ lớp vỏ Mặt Trăng.

Dự kiến rằng có đáng kể băng trên bề mặt Mặt Trăng, tại các hố đổ bóng tối vĩnh viễn gần cực của nó. Chúng ta cũng nghĩ rằng có băng dưới bề mặt của Sao Hỏa, thiên thạch và các tàu ngũ. Điều này có thể được sử dụng để hỗ trợ sự sống, hoặc được phân giải thành oxy và hydrogen để sử dụng làm nhiên liệu.

Làm thế nào chúng ta sẽ khai thác mỏ trong không gian?

Luận án Tiến sĩ của tôi (Michael) liên quan đến việc kiểm tra cách các kỹ thuật thám hiểm sẽ hoạt động trên Mặt Trăng và Sao Hỏa. Công việc khác của chúng tôi bao gồm mô hình kinh tế cho khai thác băng trên Sao Hỏa và mô hình máy tính về sự ổn định của đường hầm trên Mặt Trăng.

Một chơi xổ số xuất về khai thác ngoài Trái Đất tương tự như khai thác trên Trái Đất. Ví dụ, chúng ta có thể khai thác lớp vỏ Mặt Trăng bằng một máy đào bánh răng, hoặc khai thác thiên thạch bằng máy khoan đường hầm.

Những đề xuất khác lạ hơn - như việc sử dụng một máy giống hút chân không để kéo lớp vỏ lên qua một ống (mà đã được sử dụng hạn chế trong việc đào bới trên Trái Đất).

Nhóm nghiên cứu từ Đại học New South Wales Sydney và Đại học Quốc gia Australia đề xuất sử dụng sinh khai thác. Trong đó, vi khuẩn được đưa vào thiên thạch sẽ tiêu thụ một số khoáng chất và sản xuất khí, sau đó có thể được thu hoạch và thu bởi một phi thăm.

Thách thức lớn vẫn còn

Công việc của chúng tôi tại Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Vũ trụ Australia thuộc Đại học New South Wales liên quan đến việc tìm cách giảm thiểu rủi ro trong ngành công nghiệp tài nguyên vũ trụ. Không cần phải nói, có nhiều thách thức kỹ thuật và kinh tế.

Những chi phí phóng mạng giống nhau mà nhiều người háo hức bắt đầu khai thác ngoài Trái Đất cũng có nghĩa là việc đưa thiết bị khai thác lên không gian là đắt đỏ. Các hoạt động khai thác phải nhẹ nhàng nhất có thể để có hiệu quả chi phí (hoặc thậm chí là khả thi).

Hơn nữa, càng xa cái gì đó từ Trái Đất, thì thời gian đến nó càng lâu. Có một độ trễ lên đến 40 phút khi gửi một lệnh đến một robot trên Sao Hỏa và biết xem nó có thành công hay không.

Mặt Trăng chỉ có độ trễ 2.7 giây cho việc truyền thông và có thể dễ dàng khai thác từ xa hơn. Các đối tượng gần Trái Đất cũng có quỹ đạo giống với Trái Đất và đôi khi đi qua Trái Đất ở khoảng cách tương tự như Mặt Trăng. Chúng là ứng viên lý tưởng để khai thác vì họ yêu cầu ít năng lượng để đến và quay lại.

Khai thác ngoài Trái Đất sẽ cần phải chủ yếu là tự động hóa hoặc được điều khiển từ xa, do những thách thức bổ sung khi gửi con người vào không gian - như cần hỗ trợ sinh mạng, tránh bức xạ và chi phí phóng bổ sung.

Tuy nhiên, ngay cả hệ thống khai thác trên Trái Đất cũng chưa hoàn toàn tự động hóa. Robot học sẽ cần cải thiện trước khi thiên thạch có thể được khai thác.

Trong khi các tàu vũ trụ đã hạ cánh lên thiên thạch nhiều lần và thậm chí lấy mẫu - được trả về Woomera ở miền Nam Úc, trong các chuyến thám hiểm Hayabusa 1 và 2 - tỷ lệ thành công tổng thể của chúng ta khi hạ cánh lên thiên thạch và sao chổi là thấp.

Năm 2014, người gửi Philae được gửi đến sao chổi 67P/Churyumov/Gerasimenko nổi tiếng đã lăn vào một rãnh trong một cố gắng hạ cánh thất bại.

Cũng có các xem xét môi trường. Khai thác trong không gian có thể giúp giảm lượng khai thác cần thiết trên Trái Đất. Nhưng điều đó chỉ xảy ra nếu khai thác ngoài Trái Đất dẫn đến ít hơn, và không phải nhiều hơn, các cuộc phóng tên lửa, hoặc nếu tài nguyên được trả về và sử dụng trên Trái Đất.

Mặc dù việc thu thập tài nguyên trong không gian có thể đồng nghĩa với việc không cần phải phóng chúng từ Trái Đất, nhưng có thể xảy ra thêm nhiều cuộc phóng khi nền kinh tế không gian phát triển.

Sau đó là câu hỏi liệu các phương pháp khai thác được đề xuất có thể hoạt động trong môi trường không gian hay không. Các hành tinh khác nhau có khí quyển khác nhau (hoặc không có), trọng lực, địa chất và môi trường điện tĩnh (ví dụ, chúng có thể có đất điện tích do hạt từ Mặt Trời).

Cách mà những điều kiện này ảnh hưởng đến các hoạt động ngoài Trái Đất vẫn chưa được biết đến nhiều.

Nhưng công việc đang được tiến hành

Mặc dù vẫn còn sớm, nhiều công ty hiện đang phát triển các công nghệ cho việc khai thác ngoài Trái Đất, khám phá tài nguyên không gian và cho các mục đích khác trong không gian.

Công ty Space Mining Corporation của Canada đang phát triển cơ sở hạ tầng cần thiết để hỗ trợ sự sống trong không gian, bao gồm máy phát ôxy và các máy móc khác.

Bài viết của Michael Dello-Iacovo, Giảng viên thỉnh giảng, Đại học New South Wales Sydney và Serkan Saydam, Khai thác Ngoài Trái Đất, Khai thác Tương Lai, Hệ thống Khai thác, Đại học New South Wales Sydney

Bài viết này được tái xuất bản từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.