Polacy w wyścigu po kosmiczne zasoby

Od lat zakłada się, że miejscem dalszego rozwoju (w tym gospodarki) może być przestrzeń kosmiczna. Ze wszystkich środowisk, do których dotąd dotarliśmy, kosmos jest najodleglejszy i najbardziej nieprzyjazny. Stanowi dla nas największe wyzwanie. W ciągu najbliższych kilkunastu lat uwaga ludzkości skupi się na przestrzeni wokół Księżyca (tzw. cis-Lunar), małych ciałach niebieskich pojawiających się w okolicach Ziemi (planetoidy) i prawdopodobnie na Marsie.

Budowa gospodarki opartej na surowcach kosmicznych, jak również poszerzanie ludzkiej obecności poza Ziemią są ściśle związane ze zdolnością wykorzystania zasobów kosmicznych. A tych w Układzie Słonecznym jest niewspółmiernie więcej niż na naszej planecie. Przykładowo, jeden z księżyców Jowisza (Europa) posiada więcej wody niż cała Ziemia. Planetoida 16 Psyche prawdopodobnie zawiera tak wiele metali, w tym metali ziem rzadkich i metali szlachetnych, że ludzkość mogłaby wykorzystywać je przez miliony lat.

Istotne są nie tylko zasoby materialne, ale także niematerialne i energetyczne. Kosmos zapewnia dostęp do nieskończonych i niezmiernie łatwo osiągalnych warunków próżni i mikrograwitacji, które dzisiaj tak ciężko (i kosztownie!) symulujemy na Ziemi. Przestrzeń kosmiczna to także powszechnie dostępna energia słoneczna, w jakże niewielkim stopniu wykorzystywana na powierzchni Błękitnej Planety (mniej niż 0,2% energii zużywanej na Ziemi pochodzi z energetyki słonecznej).

Eksploatacja zasobów kosmicznych ma więc ogromy i wymierny potencjał komercyjny. Jednak obecne działania naukowców i inżynierów nie skupiają się na sprowadzaniu rzadkich zasobów na Ziemię. Nacisk kładziony jest na wykorzystanie zasobów kosmicznych na miejscu, w kosmosie, co określane jest terminem ISRU (eng. in situ resource utilization). W obszarze zainteresowania są przede wszystkim dwa zasoby: regolit (wierzchnia warstwa skalistych ciał niebieskich) i pozaziemska woda (pokłady lodu, uwodnione minerały, minerały bogate w tlen).

W pierwszej kolejności ludzie zamierzają sięgnąć po kosmiczną wodę i tlen. W 2020 roku NASA wyśle na Marsa łazik Mars 2020, który będzie niósł na pokładzie instrument MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment). Celem eksperymentu jest zademonstrowanie w warunkach rzeczywistych możliwości pozyskania tlenu z marsjańskiej atmosfery. Podobny cel ma Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) – do roku 2025 zamierza wysłać na Księżyc lądownik, dzięki któremu przeprowadzone dalsze badania wykażą możliwość pozyskania tlenu lub wody z lokalnych surowców mineralnych Srebrnego Globu. Będzie to pierwsza w historii misja skupiona na wykorzystaniu zasobów Księżyca.

W misji księżycowej ESA wezmą udział Polacy. W Centrum Badań Kosmicznych PAN trwają prace nad konstrukcją małej koparki, za pomocą której lądownik pobierze regolit bogaty w tlen. Polskie urządzenie będzie odpowiedzialne za przekazywanie regolitu do reaktora termochemicznego, w którym to reaktorze produkowana będzie woda.

Dlaczego akurat woda jest tak ważna i to na niej w pierwszej kolejności skupili się naukowcy? Powód jest bardzo praktyczny: w kosmosie woda ma pełnić rolę analogiczną do tej, jaką na Ziemi odgrywa ropa naftowa – ma stać się paliwem dla rozwoju gospodarki okołoksiężycowej. Paliwem – w sensie dosłownym, gdyż elektroliza i skraplanie tlenu i wodoru dostarczy paliwa rakietowego (LH2/LO2) dla statków kosmicznych. Z komercyjnego punktu widzenia infrastruktura do pozyskiwania wody jest więc kluczowa dla rozwoju kosmicznej gospodarki

Rachunek ekonomiczny też jest bardzo obiecujący. Szacunki sugerują stopę zwrotu inwestycji na poziomie 85% w perspektywie dziesięcioletniej, przy nakładzie inwestycyjnym 2,5 miliarda dolarów. Wszystko przy założeniu wdrożenia zintegrowanego procesu górniczo-przetwórczego w permanentnie zacienionych regionach Księżyca i stawce 500 dolarów za kilogram paliwa dostarczonego na powierzchni Księżyca lub 1,000 dolarów za kilogram paliwa dostarczonego na orbicie Księżyca. W sprzyjających okolicznościach sektor górnictwa kosmicznego będzie się rozwijał rokrocznie w tempie 23,6%, od wartości 0,65 miliarda dolarów obecnie do 2,84 miliarda dolarów w roku 2025.

Niniejszy tekst piszę z Golden w Kolorado (USA), gdzie – dzięki wsparciu Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej – prowadzę badania w Center for Space Resources, jednostce Colorado School of Mines. Instytucja, w której goszczę, od ponad 20 lat rozwija wiedzę i technologie związane z eksploatacją zasobów kosmicznych. Jednocześnie prowadzi jedyny na świecie akademicki program kształcenia w tej dziedzinie. To tutaj realizowane są najważniejsze górniczo-kosmiczne projekty dla NASA i firm komercyjnych, takich jak TransAstra.

Współpracując z Amerykanami, pokazujemy, że podejmujemy ciekawe wyzwania, proponujemy niestandardowe rozwiązania, oraz jesteśmy otwarci na dalsze wspólne działania w zakresie górnictwa kosmicznego. Robimy to, ponieważ Centrum Badań Kosmicznych PAN (a także wiele podmiotów w Polsce) chce i może być najważniejszym graczem w tej dziedzinie w Europie. Czeka nas jeszcze dużo pracy, ale jesteśmy pewni, że ostatecznie woda poleje się w kosmosie, co zapoczątkuje nową erę w historii ludzkości.

mgr inż. Gordon Wasilewski

CBK PAN, Colorado School of Mines