company_banner

Металлическая миссия: следующим летом НАСА отправляет аппарат с двигателями Холла к железному астероиду ценой $10¹⁹


    Астероид «Психея» внимательно смотрит на тебя, %username%

    О некоторых научных проектах можно писать романы, настолько они интересны. Ну а фактуру для этих романов стоит брать прямо здесь, на «Хабре». Отличный пример — миссия «Психея» (Psyche), история которой началась в 2014 году, когда группа ученых предложила НАСА отправить роботизированную станцию на очень необычный металлический астероид Psyche.

    Почему необычный? Ну, его диаметр составляет 250 км, и это один из самых больших астероидов в нашей Солнечной системе. А состоит он, как выяснилось, почти полностью из железа. Скорее всего, астероид является металлическим ядром протопланеты, каменная оболочка которой была разрушена из-за катаклизма или целой их серии.

    Где он находится и кто его открыл?


    Не так далеко, как могло бы быть — в основном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Орбита — каких-то 2,5-3,3 АЕ от Солнца, т.е. примерно 370 млн км.

    Открыли его не вчера, не год и даже не десять лет назад. Впервые обнаружил это космическое тело итальянский астроном Аннибале де Гаспарис. Название «Психея» астероид получил в честь греческой богини Психеи, жены Купидона-Эрота. Открыть-открыли, но особого значения небесному телу никто не придавал. Телескоп «Хаббл» помог узнать состав астероида — группа ученых обнаружила, что он состоит почти полностью из железа и никеля.


    Кто-то в НАСА подсчитал, что если продать все это железо и никель по рыночной стоимости, то можно получить 10 квинтиллионов долларов США. Это в несколько тысяч раз больше, чем объем экономики нашей планеты. На текущий момент «Психея» — единственный подобный астероид в нашей Солнечной системе.

    Ну железно-никелевый он, и чего?


    Дело в том, что и НАСА, и другие научно-исследовательские организации, а также бизнес поддерживают идею добычи полезных ископаемых в космосе. И как раз этот астероид — идеальный вариант для того, чтобы начать. Находится он не так далеко от Земли, так что регулярные полеты к нему будут стоить не совсем уж безумных денег. А если учесть удешевление полетов за счет идей инженеров SpaceX, то и вообще перспективы открываются самые радужные.


    По мнению ряда экспертов, являющихся приверженцами космической добычи металлов, одного небольшого железного астероида хватит, чтобы окупить все текущие и будущие миссии НАСА. Ну а тут огромный железно-никелевый объект, который могут разрабатывать дети, внуки и прочие потомки космических шахтеров.

    Ну окей, убедили. Давайте о миссии теперь



    Компания Maxar недавно доставила часть космического аппарата, который полетит к «Психее». Это основа станции, часть, которая будет приводить в движение весь аппарат. В космос систему отправят уже следующим летом — конечно, если все испытания пройдут без сучка и задоринки.

    Аппарат выделяется среди ряда себе подобных не только потому, что летит к такому необычному объекту, но и потому, что на нем установлены не совсем обычные двигатели. Речь идет о двигателях на эффекте Холла, которые представляют собой разновидность электростатических ракетных движков. По сравнению с тем же ионным двигателем у такой системы бОльшая тяга.


    Холловский двигатель состоит из кольцевой камеры между анодом и катодом, вокруг которой расположены магниты. С одной стороны в камеру подаётся рабочее тело, с другой стороны происходит истекание плазмы. Нейтрализация положительного заряда плазмы производится электронами, эмитируемыми с катода.

    Сами по себе холловские двигатели не новинка для космической индустрии, их используют с начала 70-х. Но вот астероидная станция станет первым космическим аппаратом с подобным двигателем, которая отправится дальний космос, а не на орбиту Земли.

    НАСА экспериментировало с электрическими ионными двигателями уже два раза — в 1998 году, в миссии Deep Space 1 и в 2007 году, в миссии Dawn. Но то были ионные двигатели, а теперь — более простые и одновременно эффективные двигатели Холла. Они, кстати, установлены на многих крупнейших спутниках связи на геостационарной орбите.

    Если бы НАСА разрабатывало «Психею» с химическим двигателем, для этого потребовалось бы большое количество топлива. В этом случае масса станции превысила бы массу зонда «Кассини», исследовавший Сатурн и его окрестности с 2004 по 2017 год. Здесь еще важен вопрос цены — аппараты типа «Кассини» стоят несколько миллиардов долларов США. Настолько крупные суммы НАСА выделяет нечасто — раз или два в десятилетие.


    Организаторы миссии «Психея» знали, что не получат такой большой транш, так что решили максимально удешевить миссию, не делая ее при этом менее эффективной. И как раз холловские двигатели позволили это сделать. Изготовлением базы с ними занималась компания Maxar, о чем уже говорилось выше. У нее уже были наработки, поэтому изготовление обошлось гораздо дешевле, чем если бы этим всем занималось само агентство.

    Каждый из двигателей Холла на «Психее» будет генерировать в три раза более сильную тягу, чем ионные двигатели на станции Dawn. Плюс они мощнее в два раза, так что станция достигнет своей металлической цели в январе 2026 года. Общая продолжительность полета — 3,5 года.

    А что потом?


    После сближения с астероидом станция постарается выйти на стабильную орбиту — это не так просто, учитывая форму астероида и неоднородное гравитационное поле.

    В итоге планируется, что станция приблизится на расстояние 100 км от поверхности астероида. На финальной орбите станция задействует спектрометр, чтобы уж точно выяснить из чего состоит объект.


    Если подтвердится предположение, что астероид — металлическое ядро несформировавшейся планеты, то ученым удастся понять, что собой представляют ядра землеподобных планет. Кроме того, система дает возможность выяснить перспективность добычи ресурсов в космосе. А эти данные крайне важны в вопросе освоения ближнего и дальнего космоса в будущем.

    Selectel
    IT-инфраструктура для бизнеса

    Комментарии 75

      0
      Deep Space Industries c 2019 года упразднена.
        +8

        Как тут не вспомнить...


        Скрытый текст
          +20
          если продать все это железо и никель по рыночной стоимости, то можно получить 10 квинтиллионов долларов США.

          Если весь этот объём железа и никеля «обрушится» (прошу прощения за каламбур) на Землю, разве это не приведёт к обвалу цен на металлы?
            +4
            Скорее всего, это приведёт к росту цен на металлы. Потому что для доставки килограмма «астероидного» никеля будут потрачены тонны материалов (в т.ч. того же самого никеля).

            За примерами долго ходить не нужно: 3000-тонная ракета «Сатурн-5» привозила с Луны несколько десятков килограмм грунта.
              0
              Сухая масса Сатурнов была менее 10% от стартовой.
                +1
                Т.е. сотня «сухих тонн» затрачена на доставку сотни килограмм лунного материала. Разница — три порядка. И это не считая наземной инфраструктуры (научной, промышленной, космодромной), на которую ушли миллионы тонн материалов.

                  –7
                  Сколько вы потратили энергии на написание это сообщения. Скажите — на сколько это было эффективно?
              +9
              Зачем возить металл на Землю? Он будет нужен на орбите; на Луне и Марсе — если там не найдут своего.
                +3
                Совершенно верно, руду гонять надо на орбиту Марса, там солнечной энергии больше и там превращать ее в порошок и печатать нужные изделия. Обратно на прииски уже в виде машин и механизмов. На Луне своего железа достаточно, метеоритное накопилось за 4.5 млрд. лет.
                  +3
                  Требуется дробно переместить массу 2,27⋅1019 кг сначала на на орбиту Марса, затем на прииски и другим потребителям в виде изделий. Главный вопрос — какие двигатели это будут делать недорого.
                    +8
                    А ещё лучше уронить, запустив процесс терраформирования. И в этом огромном и полном ресурсов кратере начинать колонизацию Марса.
                      +3

                      Да, причем ронять надо так, чтобы раскрутить Марс, чтобы усилилось магнитное поле.

                        +1
                        Тогда испортятся сутки ((
                          0

                          С учетом искуственного освещения и адаптации это вообще несущественно. У нас и на Земле есть города за полярным кругом — люди там как-то живут))

                        +13
                        image
                        +5
                        Нет, неверно. Мы не может просто брать и перемещать руду, у нас 100 тонн на орбиту-то закинуть не получается, мы не в сериале Expanse или Alien там (там действие происходит на корабле-рудовозе, напомню).

                        То что стоило бы сделать — это организовать фабрику прямо на астероиде.
                        Просто она должна быть полностью автоматизирована а этого мы ещё не умеем.
                        Зачем тратить огромные ресурсы на перемещение даже не продукта, а тупо исходного материала, если в этом перемещении нет смысла?

                        То же самое, кстати, касается и Луны: не нужно туда тащить мегатонны материалов. Нужно ввалить бабла в разработку технологий экстракции и переработки одного в другое. Силикатов например (реголит) — в кислород и алюминий. При постоянном наличии дармовой солнечной энергии — расщепляй, не хочу. Тот кто первый до этого допетрит — будет первым на Луне. Не в виде посадочного модуля, а постоянно, в смысле. На ПМЖ.

                        Upd: вижу чуть ниже уже посчитали необходимое кол-во двигателей и топлива )))

                        Upd2: А двойная выгода от колонизации Луны/астероидов в том что при отсутствии гравитации с них горадо проще уже пускать железяки к Марсу там, или ли Каллисто и Ио всяким. Просто нужно решить проблему добычи необходимых материалов на месте, это же очевидно. Нет другого пути развития в обозримом будущем.
                          0
                          Да нет же, переместить 100 тонн железа с Психеи вовсе не проблема, приходит балкер с Цереры, забирает контейнеры с орбиты Психеи манипулятором к себе в грузовой отсек, это выглядит как пространственная ферма с фиксаторами для контейнеров и уходит на орбиту Марса, обратно через дозаправку на Церере. С тамошним тяготением это не так затратно как из гравитационного колодца Земли. Просто комбинат на Психее не совсем правильно на мой взгляд, все-таки центр новой цивилизации будет на Марсе, логистический центр тоже там, технологический также, поэтому переработку и производство конечной продукции логично предположить там. Ее получатели будут находиться как на самом Марсе, так и отчасти на астероидах — Церера, Психея, может еще где-то прииск платиноидный будет. И да в коммента почему то сразу считают энергозатраты на перемещение всего астероида, зачем эта гигантомания, никто ведь не считает сколько всего одномоментно понадобится для перемещения сразу всего железнорудного месторождения на ГОК на Земле?
                            +1
                            там действие происходит на корабле-рудовозе, напомню).


                            Нет, Ностромо был тягачом типа Lockheed Martin CM-88B «Juggernaut». В фильме он просто тащил платформу с перерабатывающим заводом и запасом руды в 20 миллионов тонн для него.
                              0
                              «и запасом руды в 20 миллионов тонн для него»

                              да.
                          +3

                          Верно. Экономический эффект не в доставке железа на Землю, а совсем наоборот. Огромное преимущество, что колоссальное его количество уже в космосе, и не надо его туда поднимать из гравитационного колодца нашей Земли сотнями Старшипов. Сферу Дайсона в конце концов из строить будем?

                            +1
                            Сферу Дайсона в конце концов из строить будем?

                            Боюсь его не хватит (как впрочем и всех планет с ихними ядрами).
                              +1

                              Ну хотя бы на щит для остужения Венеры может хватит.

                                +1
                                Венере нужна вода, да раскрутить не помешает.
                          +3
                          Есть рассказ на эту тему — «Короли ванадия». Там как раз о подобном сценарии.
                            +1

                            Зачем обращаться к фантастике, если есть вполне реальный опыт обвала цен на золото после открытия источников из новой земли.

                            +1
                            Железа и никеля в земной коре дофига. Гораздо больший экономический интерес представляют: рений, индий, тантал, церий, галлий, кобальт, литий, скандий, лютеций, тулий, германий, ниобий. Стоимость на некоторые перечисленные элементы превышают стоимость палладия и золота в несколько раз и спрос на них еще будет расти.
                            0
                            А почему он уникален? Веста разве не такой же металлический шарик?
                              +1
                              У Весты каменная мантия, до металлического ядра ещё добраться нужно.
                              0
                              А возможно вообще, пусть даже в рамках ближайшего будущего, «сдёрнуть» с орбиты этот вот астероид?
                              Какие для этого могут потребоваться двигатели?
                                +1
                                другой астероид которому подкоректировали орбиту взрывом?
                                  0
                                  Ну вот есть гипотетический вариант движения крупных астероидов. Но там важно наличие на телах воды (которая будет превращаться в газ) и я не уверен, насколько это соотносится с вашим пониманием что такое «ближайшее будущее».
                                    +3
                                    Оценка массы Психеи — 2*1019 кг. Предположим, мы хотим изменить скорость астероида на 1 м/с в течении года, это значит, нам нужно весь год прикладывать усилие в 6.3*1011Н, или ~64 миллиона тонн. Это, например, тяга 79404 двигателей типа РД-170.
                                    UPD А для изменения на тот же 1 м/с ударом второго астероида — масса того астероида должна быть m=2*1019/(V-1), где V-скорость столкновения в м/с. То есть например при скорости столкновения 1 км/с астероид-ударник должен быть всего в 1000 раз легче.
                                      +1
                                      Осталось только посчитать массу топлива, нужную для годовой работы этих 79404 двигателей
                                      UPD посчитал — надо 6410456432640 тонн
                                        0
                                        Не все так печально. Можно рассчитывать на использование ядерного ракетного двигателя.
                                          0

                                          А если придать импульс ядерным / термоядерным взрывом?

                                            0
                                            В космосе нечему распространять импульс, можно рассчитывать только на нагрев излучением поверхности астероида и её испарение.
                                            P.S. Считать мощность водородной бомбы я не буду.
                                        +4
                                        Космос постоянно обламывает дерзания человека порядком цифр. Грусть? Да, но человек продолжает дерзать.

                                        Идея добывать металл и рабочее тело/топливо из астероидов мне кажется здравой. Гравитационного колодца нет, энергия (хотя бы Солнце) есть, излишки тепла пригодятся. Даже и строить большие конструкции в невесомости должно быть проще, чем поднимать с Земли. Но это все не завтра, к сожалению.
                                          +1
                                          Сначала надо вывести в невесомость материалы и оборудование для постройки этих конструкций.
                                          Здорово конечно считать, вот этот астероид стоил столько бы сейчас на рынке. Ага! Такого количества металла просто не нужно. Кто его будет перерабатывать? Где хранить? И главное: как сюда или на Марс доставить?
                                          Нам бы научиться хотя бы тонну груза по космосу перевозить, а не как сейчас жалкие граммы и килограммы, а тут на астероид замахнулись.
                                            +2
                                            Да, надо начинать с малого:
                                            — Построить космический лифт
                                            — Разработать наноботов: майнеров и сборщиков
                                            — По частям (доставляя с Земли) собрать на орбите приёмную станцию
                                            — Там же на орбите собрать станцию для отправки на луну
                                            — На луне начать добычу природных ископаемых
                                            — Построить на орбите луны приёмно-передаточную станцию и космический лифт
                                            — Собрать на орбите луны более серьёзный промышленный комплекс для добычи и утилизации ископаемых в космосе
                                            — Отправить его к астероиду
                                            — Начать добычу
                                            — Начать постройку на орбите астероида полуфабрикатов а затем готовых изделий
                                            — Начать транспортировку
                                            — Построить на орбите астероида ещё более продвинутую космическую станцию
                                            — Строить дальше и лучше
                                            Но каждый этап это где-то лет по 25-50 будет занимать (в масштабах XXII века, и явно не текущего) + время на космические полёты надо учесть (в среднем по 50 лет надо на каждый этап заложить для итогового подсчёта — то есть к XXIX веку уложимся — хотя, конечно, прогресс будет более быстрым (чтобы подсократить через сотню другую лет продолжительность реализации этапов) но насколько — не знаю).
                                            Другой вопрос — а что делать с таким количеством железа и никеля — ведь там особо-то больше ничего нет — ведь для постройки полезных вещей нужны и другие материалы — причём сейчас органика (нефть) даже больше востребована, чем железо. А в будущем вероятно и другая органика
                                              0
                                              План крутой, но хотелось бы понять конечную цель — для чего надо потратить столько полезных ископаемых и прочих ресурсов? Какая польза человечеству от этого будет?
                                                0

                                                Вроде космический лифт даже в теории не получится создать с существующими материалами, по крайней мере на Земле.

                                                  0
                                                  Углеродные нанотрубки на пределе, никакого запаса.
                                                  +2
                                                  Да, надо начинать с малого:
                                                  — Построить космический лифт

                                                  Звучит как будьте реалистами, требуйте невозможного! :)
                                                  Если не ошибаюсь, космический лифт сейчас еще более далек, чем термоядерная электростанция. Вроде концепция понятна, теоретические расчеты есть, но для реализации даже прототипа нужны десятки лет, сотрудничество полмира и бешеные бюджеты.


                                                  Если для вас это — малое, то я по-хорошему завидую вашему оптимизму :)

                                                  +1
                                                  Сфера Дайсона сама себя не построит
                                                +1
                                                Столько железа-никеля человечеству понадобится лет эдак через 1000, не раньше. Ну и спокойненько 1000 лет корректировать орбиту этой глыбе никто не мешает начать уже сейчас. :)
                                                  0
                                                  Ну, если всерьёз возьмутся за разработку, а человечество продолжит наращивать энерговооруженность сегодняшними темпами, то за тысячу лет там может уже не остаться чего корректировать :)
                                                  0
                                                  Интуиция мне подсказывает, что если из Психеи соорудить огромный маховик и раскрутить его как следует, то, ориентируя ось вращения относительно Юпитера, можно будет попытаться столкнуть её на орбиту поближе к нам…
                                                  Хотя, даже если вдруг этот вариант рабочий, не факт, что он потребует меньше энергии.
                                                  +1
                                                  NASA в этом году планируют запустить миссию Double Asteroid Redirection Test.
                                                    0
                                                    Для этого можно грамотно заложить внутрь астероида термоядерный заряд достаточной мощности. И куски металла сами прилеят прямо к нам в руки :-).
                                                      +1
                                                      Главное поймать, чтобы полбу не долбануло
                                                    +4
                                                    Чебурашка пристает к крокодилу Гене:
                                                    — Гена, Гена, а атомная бомба дорого стоит?
                                                    — Отстань!
                                                    — Гена, Гена, ну сколько стоит атомная бомба?
                                                    — Много! Отстань!
                                                    — Гена, Гена, а сколько много?
                                                    — Ну… 10 миллионов долларов!
                                                    — Радуйся, Гена, такое богатство к нам в огород летит.
                                                      0
                                                      Я думал другой вариант этого анекдота запостить:
                                                      — Абрам, сколько стоит атомная бомба?
                                                      — Много-много миллионов долларов, Сара.
                                                      — Ах Аврам, упала бы она нам в огород!
                                                      +1
                                                      Да он, поди, из «снулого урана»! :)
                                                        0

                                                        Как назывался тот рассказ, кстати?

                                                          0
                                                          Александр Щербаков, «Кукушонок». Это повесть, не рассказ. Очень атмосферная вещь.
                                                        +2
                                                        Ну вот теперь "Space Engineers" перейдут из разряда игрушек в разряд симуляторов…
                                                          0
                                                          Для начала надо освоить Stationeers
                                                          0
                                                          Интересно, сколько минимально топлива нужно затратить, чтобы сбросить кусочек этого астероида на Землю или на Марс.
                                                          По идее добытому образцу нужно придать ускорение, которое изменит его орбиту с исходной к орбите, пересекающей орбиту целевой планеты.
                                                          Сбросить скорость по прибытию можно торможением об атмосферу.
                                                          Не нашел подобного расчета, садиться за него лень. Результаты могли бы показать минимальные энергозатраты на 1 кг в идеальном случае и тогда можно понять, имеет ли смысл добывать ресурсы в космосе, или можно с меньшими затратами энергии копать и выплавлять их на месте, где их планируется использовать (на Марсе, например).
                                                            0
                                                            Изменять орбиту лучше всего, используя вещество самого встероида. приземлить станцию с буровой и энергетической установкой, а потом выбрасывать в космос частицы астероида и рулить к земле. К моменту прибытия придумают как приземлить.
                                                              0
                                                              Если взять за основу расчет выше от Wizard_of_light, то это займет сотни тысяч лет. На земле уже все интересное завершится к тому времени.
                                                                0
                                                                Тогда будем гнать сразу на более перспективную планету — что там есть в меню — Венера, Европа, Титан (Марс к тому моменту тоже может успеть завершиться)
                                                                  0

                                                                  У него там двигатели на химической энергии. Для таких задач нужны ядерные или термоядерные движки.

                                                                    0
                                                                    Тем более опасатся за облучение экипажа нет смысла, ввиду отсутвия оного.
                                                                –7
                                                                Если где-то профигурировали слова Space-X и Илон Маск, то понимай что ничего нового там не сделано, а все фантастические планы так и не будут реализованы.
                                                                  +3
                                                                  Миссия от НАСА, запускают на Фалконе.
                                                                    0
                                                                    И это хорошо. Изучение астероидов даст много новой информации ученым.
                                                                  +1
                                                                  Этот астероид не может быть ядром протопланеты, полностью состоящим из железа и никеля — потому что его плотность — около 3,3г/см3, а плотность железа — 7,8г/см3, а никеля — 8,9г/см3. Скорее его состав похож на состав палласитов — железных метеоритов с крупными включениями оливина. А поверхность отражает свет как железо-никелевая, потому что хрупкий оливин за миллиарды лет раскрошен и выбит с поверхности микрометеоритами, и там осталось только вязкое железо.
                                                                    0
                                                                    А если такую массу на Землю привезти, даже частями, разве ничего не произойдёт с её небесной механикой? Моменты импульса, масса планеты, параметры орбиты.
                                                                    Мы ведь не по рельсам вокруг Солнца ездим.
                                                                      0

                                                                      Масса этого астероида на порядок меньше чем погрешность с которой мы знаем массу Земли. И на 5 порядков меньше массы самой Земли. Так что как-то конечно скажется, но вряд ли мы такие отклонения сможем зафиксировать.

                                                                        0
                                                                        но вряд ли мы такие отклонения сможем зафиксировать

                                                                        Некоторые писали про отклонение длительности суток от постройки какой-то там плотины в Китае. Врут конечно же, но точность современных измерений поражает.
                                                                          +1

                                                                          Сутки успешно отклоняются и просто так, без дополнительных факторов.

                                                                      0
                                                                      станция постарается выйти на стабильную орбиту — это не так просто, учитывая форму астероида и неоднородное гравитационное поле.


                                                                      интересно, а что если использовать для стабилизации орбиты магнит? Психея же явно имеет магнетизм, раз из железа. Ну и поставить на борт КА электромагнит, и ток в нем плавно и точно регулировать компьютером, регулируя орбиту?
                                                                        0
                                                                        С учетом того, что в планетах тяжелые элементы опускаются в ядро (кроме тех, кто вступает в какую-то реакцию и образует не слишком плотные соединения) — на Психее может быть очень и очень много всего интересного, кроме банальных железа и никеля.
                                                                          0
                                                                          Не факт, что дифференциация успела там хоть сколько нибудь продвинутся.
                                                                            0
                                                                            Ну, ядро само не мгновенно формируется. Раз железо и никель успели вниз спуститься, то остальные не сильно будут отставать, а то и быстрее.

                                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                        Самое читаемое