Kopiąc wśród gwiazd. Górnictwo pozaziemskie
O górnictwie kosmicznym mówimy najczęściej przy omawianiu metod i procesów wydobycia, oczyszczania, magazynowania i transportu surowców kosmicznych. Definicja surowca kosmicznego jest zależna natomiast od kontekstu – pewne definicje znajdziemy w ustawodawstwie, zaś nierzadko odmienne w opracowaniach stricte technicznych lub koncepcyjnych. Najprościej jest uznać, że surowcem kosmicznym jest każda naturalnie występująca poza Ziemią materia, którą jesteśmy w stanie wydobyć lub pozyskać oraz wykorzystać. Jest to definicja obszerna, chociaż nieprecyzyjna, co pokażemy w dalszych rozważaniach.
Najczęściej termin górnictwo kosmiczne albo precyzyjnie pozaziemskie (uszanujmy Kopernika, Ziemia też znajduje się w kosmosie), asteroidalne lub księżycowe dotyczy wielkoskalowego, przemysłowego wydobycia takich potencjalnych surowców jak minerały ziem rzadkich, platynowce, woda, izotopy o znaczeniu energetycznym (hel-3) czy substancje niezbędne systemom podtrzymywania życia lub do budowy pojazdów i części zamiennych dla urządzeń (metale takie jak żelazo, nikiel, cyna czy tytan). Małoskalowe, doraźne i wykonywane na potrzeby pozyskania surowca będzie stanowiło element ISRU – Insitu Space Resource Utilization. W odróżnieniu od koncepcji górnictwa kosmicznego ISRU przyjmuje szersze spektrum surowców i zasobów takich jak temperatury otoczenia lub promieniowanie gwiazdowe czy mikrograwitacja. ISRU towarzyszy często element produkcji – wytwarzania elementów lub struktur z surowców pozyskanych z otoczenia (naturalnych lub ze złomu kosmicznego), takich jak części zamienne, paliwo lub regolitopochodna osłona stacji załogowych i habitatów mieszkalnych.
Dla pewnej przejrzystości należy wspomnieć, że produkcja kosmiczna jest elementem działalności związanej z surowcami kosmicznymi i ważnym dla górnictwa kosmicznego, gdyż utylizuje surowce na potrzeby masowej lub wyspecjalizowanej produkcji. Jednak różnica między produkcją zasilaną przez surowce pozyskane z górnictwa kosmicznego a tą zasilaną przez małoskalowe wydobycie to właśnie kwestia skali oraz celu produkcji. ISRU przypomina bardziej rzemiosło oparte na dostępnych zasobach, np. regolicie i surowcach znajdujących się w otoczeniu, niż przemysłowe pozyskanie tego samego surowca. Jednak ta różnica w pewnym momencie może stać się niesamowicie płynna, gdyż wytwory ISRU mogą stanowić podstawę drobnych usług lub oferowanych produktów (np. paliwo lub gotowe pyłochrony dla lądowisk), natomiast część surowców pozyskiwanych przemysłowo będzie stanowić podstawę zaopatrzenia i konserwacji maszyn oraz infrastruktury systemu wydobycia.
Różnica między tymi podejściami do działalności związanej z surowcami kosmicznymi ma także kontekst polityczny. Wydobycie na własne potrzeby, szczególnie drobne, lub wykorzystanie na potrzeby rozbudowania własnych placówek powierzchniowych i orbitalnych niesie ze sobą mniejsze kontrowersje w środowisku międzynarodowym niż typowe górnictwo nastawione na zysk i skierowane ku odbiorcom znajdującym się na naszej planecie macierzystej. Jest to powód sporu w środowisku prawa międzynarodowego, gdyż odnosi się do koncepcji bogacenia się części państw w wyniku eksploatacji bogactw znajdujących się poza obszarami suwerennych państw (dno morskie, przestrzeń kosmiczna). Dodatkowo sam akt prowadzenia prac wydobywczych na ciele niebieskim budzi obawy o możliwość naruszenia zasady niezawłaszczalności, będącej jedną z podstaw międzynarodowego prawa kosmicznego. Przyczyn umieszczenia takiej zasady w prawie kosmicznym nie należy upatrywać w popularności „Star Treka” w latach 60., a w zimnej wojnie oraz zakończeniu drugiej wojny światowej.
Przepisy prawa kosmicznego były tworzone z myślą o aktualnych problemach i zagrożeniach, wśród których była groźba uczynienia z przestrzeni kosmicznej teatru wojennego, poligonu doświadczalnego dla broni atomowej lub zaognianie sytuacji na Ziemi przez spory terytorialne na Księżycu. Dlatego też problemem obecnego stanu prawa kosmicznego jest dostosowanie regulacji, mających swoje oparcie w traktatach z czasów zimnej wojny (które wciąż obowiązują) do nowych przedsięwzięć i sytuacji. Nie ulega wątpliwości, że gdyby te traktaty spisywano 40…60 lat wcześniej, zawierałyby przepisy dotyczące wytyczania obszarów suwerennych, czasu prowadzenia prac górniczych i rozwiązywania konfliktów, a z kolei pisane dzisiaj dawałyby większą swobodę i decyzyjność w materii kosmicznej podmiotom pozarządowym (związkom zawodowym, organizacjom NGO czy korporacjom).
Wracając jednak do naszej rzeczywistości, spór o legalność astrogórnictwa wynika z odmiennego pojmowania operacji astrogórniczych oraz partykularnych interesów krajów działających (oraz niedziałających) w przestrzeni kosmicznej.
Sama idea astrogórnictwa może wydawać się dość nowa, chociaż o astrogórnikach przeczytamy tak u Garreta S. Servissa, jak i Konstantego Ciołkowskiego. Nawet starsi czytelnicy mogą pamiętać prace Andrzeja Marksa czy Janusza Thora, gdzie występuje zagadnienie kopalnictwa księżycowego. Co jednak jest ważne w dzisiejszych czasach, to zmiana podejścia do surowców.
Początkowo surowcem wartym sprowadzania nie były platynowce czy kobalt, lecz złoto, rubiny i szmaragdy. Jest to dość ciekawe, zważywszy że nawet w fantastyce przełomu XIX i XX wieku pojawiały się pomysły na metalurgię kosmiczną (z wykorzystaniem nieważkości lub energii słońca). Niemniej wziąć pod uwagę należy, że w fantastyce astrogórnicy często byli tylko elementem tła lub zwyczajnie traktowanym po macoszemu pretekstem dla poprowadzenia fabuły. Zdarzały się też utwory traktujące poważniej zagadnienie kopalni kosmicznych, nierzadko w kontekście relacji pracy człowieka i robota (na przykład u Asimova), jednak surowce pozyskiwane zaczynały zmieniać swój charakter. Już w latach 30. XX wieku można zauważyć, że wydobywane są metale konstrukcyjne na potrzeby fabryk w kosmosie lub ziemskich. Nierzadko było wydobywane jakieś „unobtanium”, fikcyjna cudowna substancja lub pierwiastek niezbędny dla jakiejś cywilizacji. Były to na przykład antymateria, monobieguny magnetyczne, pierwiastek zero, kryształy dilithium, beskar czy „egzotyczna materia”. Przyprawa z Diuny mogłaby zostać potraktowana jako surowiec kosmiczny pochodzenia biologicznego, jeśli poluzujemy stosowane przez nas definicje. Niemniej to do autorów książek, filmów i gier zależy wyjaśnienie metod pozyskania lub zastosowania surowców, jakie opisują. Zupełnie inaczej traktowane są surowce w książkach Bena Bovy z serii Układ Słoneczny (ang. Grand Tour), a odmiennie w utworach Bohdana Peteckiego lub Dennisa Taylora. Tam gdzie widziane są jako podstawa ekonomii, spojrzenie będzie odmienne od wizji, gdzie służą one bezpośrednio naprawom, budowie, uzupełnieniu zapasów czy innym potrzebom np. samoreplikujących się sond.
Techniki wydobycia surowców kosmicznych będą różnić się znacznie od tych, jakie stosuje się powszechnie wobec analogicznych surowców na Ziemi. Powodem tego są warunki pozaziemskie i stan, w jakim występuje taki surowiec (jak np. woda). Pierwsze misje demonstracji technologii wydobycia (poza technologiami rozpoznania złoża, magazynowania, transportu czy właściwego przemieszczania maszyny zaopatrzonej w sprzęt o przeznaczeniu wydobywczym) będą musiały być dostosowane do konkretnego ciała niebieskiego oraz jego obszaru, na którym mają funkcjonować. Nie jest to odmienne od wysyłania sond i lądowników. Różnica polega na stałej przemysłowej pracy i współdziałaniu wielu systemów (mobilnych i stałych). Ponadto pierwsze prace astrogórnicze będą prowadzone na zasobach lodu wodnego na Księżycu nie ze względu na wartość ekonomiczną, a ze względu na prostotę wykorzystanych systemów. System pozyskania, magazynowania i transportu wody będzie dla inżynierii kosmicznej oraz astrogórnictwa ważny ze względu na testowanie urządzeń pracujących w warunkach księżycowych i ich zużycia oraz rozpoznania np. nieznanych dziś zjawisk, które mogą zajść na którymś etapie ich pracy. Systemy wodne mają bardzo małą ilość części ruchomych, co zmniejsza też podatność na awarie. Natomiast bliskość Księżyca pozwala na lepszą komunikację i pracę np. w tandemie lub zespole robotów. Podobnie rzecz będzie się miała z użyciem regolitu na potrzeby budowy lub osłony struktur księżycowych. Regolit nie jest gotowym produktem, który ma jednolitą topliwość i właściwości materiałowe czy kształt, by dało się bezpośrednio z niego tworzyć filament do drukarki lub przędze z włókna krzemianowego.
Przy omawianiu systemów wodnych musimy pamiętać, że w tym kontekście system bezwodny nie jest jego przeciwieństwem. System wodny wymieniony w tekście jest systemem pozyskania wody z lodu znajdującego się na ciele niebieskim, najczęściej przez podgrzewanie lodu pod osłoną w celu jego rozpuszczenia lub parowania. Natomiast o systemach bezwodnych mówić będziemy w kontekście systemów górniczych które nie stosują płuczki, ze względu na warunki panujące na pozaziemskim ciele niebieskim oraz brak dostępności łatwej do wykorzystania cieczy w sporych ilościach. Jest to problem związany między innymi z ograniczeniem tarcia, oczyszczaniem terenu, przemieszczaniem zwiercin oraz chłodzenia urządzeń. Dlatego możliwe jest, że przy górnictwie, które będzie wydobywać surowce z różnych skał, potrzebne będą nowe rozwiązania techniczne i podejście do możliwości użycia np. materiałów wybuchowych w zmniejszonej (w stosunku do ziemskiej) lub mikrograwitacji. Dlatego zanim powstaną maszyny zdolne wydobywać minerały ziem rzadkich, tytan lub osm, będzie konieczne przetestowanie podstawowych systemów przemysłowej pracy na Księżycu, nie mówiąc o systemach telekomunikacji LunaNet czy systemach pozycjonowania satelitarnego.
Czy w astrogórnictwie jest przyszłość? Owszem, głównie dla infrastruktury pozaziemskiej, chociaż nie jest wykluczone, że surowce kosmiczne będą stanowić część produktów sprowadzanych z kosmosu na rynki ziemskie. Ma jednak długą drogę technologiczną przed sobą, a ponadto nie sprzyja niezakłóconemu rozwojowi astrogórnictwa klimat polityki kosmicznej (hamowanie inicjatyw przeciwnika jest ważniejsze od obiektywnego rozwoju). Większość ludzi jednak nie zauważy infrastruktury górniczej i technologii przetwórstwa, jaka będzie w nim stosowana. Zobaczą produkty, które im spowszednieją, tak jak nawigacja i mapy w telefonie.
Kamil Muzyka
