Hvad skal vi vide for at mine en asteroide?

Udvinding af ressourcer indeholdt i asteroider, til brug som drivmiddel, byggematerialer eller i livsunderstøttende systemer, har potentialet til at revolutionere udforskningen af ​​vores solsystem. For at gøre dette koncept til virkelighed, vi er nødt til at øge vores viden om den meget forskelligartede population af tilgængelige Near Earth Asteroids (NEA). Sidste år, snesevis af verdens førende asteroideforskere og asteroidmine-iværksættere mødtes i Luxembourg for at diskutere nøglespørgsmål og identificere videnskabelige videnshuller. En hvidbog, der skitserer resultaterne af denne diskussion, "Answers to Questions from the Asteroid Miners" vil blive præsenteret på European Planetary Science Congress (EPSC) 2017 i Riga tirsdag den 19. september af Dr. JL Galache og Dr. Amara Graps.

"Asteroidminedrift er dette utrolige skæringspunkt mellem videnskab, ingeniørarbejde, iværksætteri og fantasi, " siger Galache fra Aten Engineering. "Problemet er, det er også et klassisk eksempel på et relativt ungt videnskabeligt felt, idet jo mere vi finder ud af om asteroider gennem missioner som Hayabusa og Rosetta, jo mere indser vi, at vi ikke ved."

Målet med konferencen Asteroid Science Intersections with In-Space Mine Engineering (ASIME) 2016 den 21.-22. september, 2016 i Luxembourg City skulle skabe et miljø for den detaljerede diskussion af asteroidernes specifikke egenskaber, med de tekniske behov for rummissioner, der bruger asteroider. Resultaterne af ASIME 2016-konferencen producerede en lagdelt registrering af diskussioner fra asteroideforskerne og asteroideminearbejderne for at forstå hinandens vigtigste bekymringer.

Hvidbogen dækker spørgsmål omkring behovet for asteroideundersøgelser ved forberedelse til minemissioner, asteroidens overflade og indre, implikationer for astrobiologi og planetarisk beskyttelse og andre spørgsmål vedrørende politik og strategi for udvikling af en køreplan for at fremme udnyttelsen af ​​asteroide ressourcer i rummet.

En række videnshuller blev identificeret:Asteroide-minearbejderne har brug for adgang til et kort over kendte NEA'er med en bane, der ligner Jorden, så de kan finjustere deres udvalg af potentielle mål. Mange genstande er – endnu – uopdagede, eller meget lidt vides om dem, så der er også behov for at udvikle et dedikeret NEA opdagelses- og opfølgningsprogram.

Galache forklarer:"NEA'er opdages normalt, når de er på deres lyseste, så vores bedste chance for at studere dem er ved straks at følge op på detektioner med yderligere observationer for at karakterisere deres form og spektrale egenskaber. Det kræver god kvalitet, relativt store, dedikerede teleskoper, der er tilgængelige med kort varsel. Vi har ikke pålidelig adgang til disse faciliteter lige nu."

Yderligere undersøgelser er nødvendige for at forstå sammenhængen mellem meteoritter og asteroider, og at dele data mere bredt om sammensætningen af ​​meteoritter, så mere nøjagtig simulerende asteroidejord, eller "regolith", kan oprettes. Dette er vigtigt for at forstå, hvilke asteroider der har hvilke ressourcer, og for at forberede sig til den praktiske side af en minemission, såsom landing og udvinding af materiale.

"Bortset fra prøver returneret fra en håndfuld missioner, den eneste måde vi kan studere sammensætningen af ​​asteroider på er ved at analysere lys reflekteret fra deres overflader, eller ved at undersøge fragmenter, der er landet på Jorden i form af meteoritter, " siger Graps fra University of Latvia og Planetary Science Institute, Tucson, Arizona. "Begge disse teknikker har begrænsninger. Spektralobservationer kommer fra 'topfineren' af asteroiden, som er blevet rumforvitret og udsat for andre former for bearbejdning. Meteoritter er afgørende, men de mangler også en del af historien:skrøbelige bestanddele af primitivt materiale indeholdt i asteroider kan gå tabt under atmosfærisk adgang. I øjeblikket, vores kortlægning af typer af meteoritter tilbage til de forskellige klasser af forældreasteroider er ikke så robust."

Tre fjerdedele af kendte asteroider er klassificeret som kulsyreholdige eller "C-type", mørk, kulstofrige genstande. Imidlertid, de fleste NEA'er er fra den kiselholdige "S-type" klasse af asteroider, som er rødlig-farvede stenede kroppe, der dominerer det indre asteroidebælte. For asteroide-minearbejdere, der leder efter vand til brug i raketbrændstof eller livsstøttesystemer, at kunne identificere klassen af ​​asteroide er afgørende. Kulstofholdige kondritmeteoritter har vist sig at indeholde lermineraler, der ser ud til at være blevet ændret af vand på deres moderkrop. Mens disse meteoritter menes at være afledt af underklasser af C-type asteroider, der er ikke et nøjagtigt match med nogen enkelt spektralklasse.

En genvej til at forstå en NEA's sammensætning kunne være at identificere hvor i solsystemet de dannede sig og se på egenskaberne ved deres "orbitalfamilie". Dermed, en anden videnskløft er sammenhængen mellem de dynamiske forudsigelser af, hvor en NEA stammer fra, og dens faktiske fysiske karakteriseringer.

Der er også sparsomme oplysninger om størrelsen af ​​korn på overfladen af ​​asteroiden. Asteroiderne Eros og Itokawa har lignende spektrale signaturer og reflektionsevne, men rendezvous-missioner viser, at de har meget forskellige regolit-egenskaber. NEAR Shoemaker viste, at Eros er dækket af fint støv, mens Hayabusa afslørede, at overfladen af ​​Itokawa har tykke blokke på ti centimeter i diameter. Omfattende viden om regolit-egenskaber ved asteroiders overflade og undergrund vil være afgørende for udvikling af strategier for landing og udvinding af materialer. Imidlertid, endnu, ingen mission har undersøgt, hvordan asteroide regolit kan variere med dybden.

"Resultater fra ESA's Rosetta-mission viste, at overfladen af ​​kometen 67P/Churyumov Gerasimenko er meget tættere end dens indre. Det kan være, at vi finder det samme, hvis vi graver ned i regolitten af ​​NEA'er. Men i øjeblikket, vi ved det bare ikke, " sagde Graps.

Der skal også gøres mere arbejde for at forstå dynamikken i granulært materiale med lav tyngdekraft. Undersøgelser tyder på, at granulært materiale kan opføre sig som et fast stof, en væske eller en gas i dette miljø. Denne adfærd vil være særlig vigtig for asteroider, der er murbrokker, da rumfartøjer, der forsøger at lande eller bore i disse, let kunne destabilisere regolith og forårsage granulær strømning eller laviner.

"Asteroide minedriftsteknikker bliver nødt til at tilpasse sig miljøet med lav tyngdekraft. Mulige løsninger inkluderer at udligne handling-reaktionskræfter ved at grave i modsatte retninger på samme tid, eller ved at frembringe en reaktionskraft, ved at spænde et net rundt om asteroiden, som robotter kan gribe fat i, mens de graver, " siger Galache. "Det er en udfordring! Men at besvare spørgsmålene i denne hvidbog vil være et vigtigt første skridt."