Kunnen we nu al van de aarde afstappen en beginnen met het bouwen van bases op de maan of een asteroïde? Zoals benadrukt in een recent blogbericht van het Office of Science and Technology Policy, zou een manier om dat snel te doen kunnen zijn door bronnen ter plaatse te gebruiken. Maar hoe gaan we eraan beginnen? Kunnen we het ons nu veroorloven, in dit moeilijke economische klimaat?
Space Magazine sprak met Philip Metzger, een voormalig senior onderzoeksfysicus bij NASA's Kennedy Space Center, die dit onderwerp uitgebreid heeft onderzocht op zijn website en in gepubliceerde artikelen. Hij betoogt dat het op deze manier doen van de ruimte vergelijkbaar zou zijn met hoe de pelgrims Noord-Amerika verkenden. In de eerste van een driedelige serie schetst hij de grondgedachte en de eerste stappen om het daar te maken.
UT: Er wordt gezegd dat het goedkoper is om grondstoffen op de maan, Mars of asteroïden te gebruiken dan alles van de aarde te transporteren. Tegelijkertijd zijn er inherente opstartkosten in termen van het ontwikkelen van technologie om deze extractie uit te voeren en ook om deze apparatuur daarheen te sturen. Hoe verzoenen we deze twee realiteiten?
PM: De ruimtevaartindustrie zal een enorme terugverdientijd hebben, maar het zal kostbaar zijn om te beginnen. Enkele jaren geleden was ik gefrustreerd omdat ik niet dacht dat commerciële belangen alleen voldoende zouden zijn om het volledig op gang te brengen binnen onze generatie, dus stelde ik de vraag: kunnen we een goedkope manier vinden voor de regeringen van de wereld (of filantropen of anderen die misschien geen direct commercieel belang hebben) om ermee aan de slag te gaan louter vanwege de maatschappelijke voordelen die het met zich meebrengt? Daarom schreven mijn collega's en ik de paper 'Betaalbare snelle bootstrapping van de ruimtevaartindustrie en de beschaving van het zonnestelsel'.
We pleiten voor een bootstrapping-aanpak omdat het helpt het probleem van de hoge opstartkosten op te lossen en het de mensheid in staat stelt snel de vruchten te plukken, omdat we ze snel nodig hebben. Een bootstrapping-aanpak werkt als volgt: in plaats van alle hardware op aarde te bouwen en het de ruimte in te sturen om dingen te gaan produceren, kunnen we een beperkte set hardware de ruimte in sturen en slechts een klein beetje maken van wat we nodig hebben. We kunnen de rest van de gefabriceerde onderdelen van de aarde sturen en combineren met wat we in de ruimte hebben gemaakt. In de loop van de tijd blijven we dit doen totdat we evolueren naar een volledige productiecapaciteit in de ruimte.
Dit is hoe kolonies op aarde zichzelf hebben opgebouwd totdat ze uiteindelijk de industrie van hun thuisland konden evenaren. De pelgrims brachten bijvoorbeeld niet hele fabrieken uit Europa mee op de Mayflower. Nu heeft het honderden jaren geduurd om de Amerikaanse industrie op te bouwen, maar met robotica en geavanceerde fabricage en met enige opzet kunnen we het veel sneller doen tegen een betaalbare prijs. We hebben wat rudimentaire modellering van deze bootstrapping-aanpak gedaan en het lijkt erop dat het een klein deel van ons jaarlijkse ruimtebudget zou zijn en het zou de industrie binnen enkele decennia kunnen vestigen.
Wat volgens mij nog belangrijker is dan de kosten, is dat we met een bootstrapping-aanpak meteen aan de slag kunnen. We hoeven het hele ontwerp en de ontwikkeling niet vooraf te voltooien. Het spreidt ook de kosten over de tijd, zodat de jaarlijkse uitgaven zeer laag zijn. En het geeft ons de tijd om onze strategie te evolueren, om erachter te komen wat werkt en wat meer onmiddellijke economische terugverdientijd zal opleveren. Veel mensen zijn op zoek naar de onmiddellijke manieren om de ruimte terug te verdienen, en er zijn enkele geweldige ideeën en ik weet zeker dat ze succesvol zullen zijn. Een voorbeeld is het opzetten van een mijnbouwoperatie die communicatiesatellieten in een geosynchrone baan bijtankt. Dit soort activiteiten zal bijdragen aan en profiteren van de inspanning om de industrie in de ruimte te starten, en ze zullen inkomsten genereren om hun deel van de inspanning te financieren.
UT: Waarom denk je dat de maan een goede plek is om operaties te starten? Wat zijn enkele activiteiten om daar te beginnen? Hoe gaan we van daaruit naar de rest van het zonnestelsel?
Toen mijn collega's en ik de krant schreven, waren we gedeeltelijk gefocust op de maan omdat dat was tijdens NASA's Constellation-programma om een maanpost te vestigen. Het is echter evengoed mogelijk om asteroïden in de buurt van de aarde te gebruiken om deze ruimtevaartindustrie te starten, of om beide te gebruiken. We moeten in ieder geval de ruimtevaartindustrie dicht bij de aarde starten. Dat houdt de transportkosten tijdens het opstarten laag. Het stelt ons ook in staat om te werken met een veel kortere vertraging in de radiocommunicatie, wat belangrijk is in de vroege stadia voordat robotica voldoende geautomatiseerd wordt. Idealiter wordt de industrie volledig geautomatiseerd; we willen dat robots de weg bereiden die mensen kunnen volgen.
Als we echter denken dat we mensen nodig hebben tijdens de eerste opstart van de industrie, bijvoorbeeld om kapotte hardware te repareren of problemen op te lossen, of om complexe taken uit te voeren die robots nog niet kunnen doen, wordt het nog belangrijker om dichtbij de aarde te beginnen. Het blijkt dat zowel de maan als de asteroïden uitstekende plaatsen zijn om de industrie te starten. We weten nu dat ze overvloedig water hebben, mineralen waaruit metalen kunnen worden geraffineerd, koolstof voor het maken van kunststoffen, enzovoort. Ik ben blij dat er bedrijven zijn die op beide locaties mijnbouw willen ontwikkelen, zodat we kunnen zien wat het beste werkt.
Een andere reden om de industrie dicht bij de aarde te starten, is dat deze vroegtijdig economisch terugverdiend kan worden. Uiteindelijk, wanneer alles inclusief ruimteschepen en tankstations in de ruimte worden gemaakt door autonome robotica, wordt de industrie zelfvoorzienend en het zal ons onschatbaar terugbetalen zonder verdere kosten. Om op dat punt te komen, moet er echter serieus worden geïnvesteerd, en het zal gemakkelijker zijn om te investeren als we iets terugkrijgen. Dus wat voor soort terugbetaling kan het ons op korte termijn opleveren? Ik houd een lijst bij van ideeën om geld te verdienen in de ruimte, en er staan ongeveer 19 items op de lijst, sommige gek en sommige niet zo gek. Enkele van de serieuze ideeën zijn: ruimtetoerisme; drijfgassen maken en verkopen aan NASA voor verkennings- en wetenschappelijke missies; terugsturen van metalen zoals platina te koop op aarde; en het vervaardigen van reserveonderdelen voor andere activiteiten in de ruimte.
Enkele van de eerste dingen die we op de maan of asteroïden zullen doen, zijn onder meer het perfectioneren van mijnbouwtechnieken met lage zwaartekracht, het leren maken van zonnecellen uit regoliet en het leren onttrekken van nuttige metalen uit mineralen die hier niet als erts zouden worden beschouwd. op aarde. Al deze zijn mogelijk en vereisen slechts een bescheiden investering om ze te laten werken.
Het zal tientallen jaren duren om de ruimtevaartindustrie zelfvoorzienend te maken. Misschien twee decennia als we meteen aan de slag gaan en gestaag werken, of misschien vijf decennia als we een lager financieringsniveau hebben. Maar als robotica zo snel vooruitgaat als de robotici verwachten, zal er binnenkort geen fabricagetaak meer zijn die een robot niet kan doen. Als die dag aanbreekt en we hebben een complete supply chain in de ruimte opgezet, dan zal het gemakkelijk zijn om sets hardware naar de asteroïdengordel te sturen om te beginnen met mijnbouw en productie waar miljarden keren meer middelen zijn dan wat we hebben op aarde.
Vervolgens zou de industrie landingsvaartuigen kunnen bouwen om apparatuur naar het oppervlak van Mars te brengen, waar het steden kan bouwen en uiteindelijk zelfs de planeet kan terraformen. Als we machines hebben die lokale bronnen kunnen gebruiken om werk uit te voeren en kopieën van zichzelf te maken, dan kunnen ze dezelfde rol vervullen op droge werelden die het biologische leven hier op onze natte aarde heeft gespeeld. Ze kunnen de omgeving transformeren en de voedselketen worden, zodat die werelden plaatsen zullen zijn waar de mensheid kan werken en leven. Ik realiseer me dat dit te ambitieus klinkt, maar 20 tot 50 jaar technologische groei zal een enorm verschil maken, en we hebben het alleen over fabricage - geen rocket science - en dat is iets waar we hier op aarde al redelijk goed in zijn. Met een beetje extrapolatie naar de toekomst is het geen gek idee.
UT: Wat zijn de belangrijkste uitrustingen en robotica die we nodig hebben om deze doelstellingen te bereiken?
PM: Er is een interessant open source-project dat de zogenaamde "Global Village Construction Set" ontwikkelt. Het zijn 50 machines die de beschaving kunnen herstarten. Het bevat zaken als een windmolen, een graafmachine en een 3D-printer. Wat we nodig hebben is de gelijkwaardige 'Lunar / Asteroid Village Construction Set'.
NASA heeft in 1980 een studie uitgevoerd om te bepalen welke machines in fabrieken op de maan nodig zijn om 80% van hun eigen onderdelen te bouwen. De overige 20% zou constant van de aarde moeten worden voorzien. In ons artikel hebben we betoogd dat we kunnen beginnen met een sluiting van veel minder dan 80%, waardoor het betaalbaarder wordt en we vandaag kunnen beginnen, maar het systeem zou moeten evolueren totdat het 100% sluiting bereikt. Dus de eerste set hardware zou ruwe zonnecellen, metaal, 3D-geprinte metalen onderdelen en raketstuwstoffen kunnen maken.
Als we dat hebben, kunnen we een aanzienlijke massa van de volgende generatie hardware maken en het transportnetwerk ondersteunen. In de loop van de tijd willen we een volledige supply chain ontwikkelen die uitgebreider zou zijn dan slechts 50 verschillende soorten machines. Maar voordat we iets in de ruimte plaatsen, willen we ze testen op ruige locaties hier op aarde, en in het proces zullen we ontdekken welke set machines het meest logisch is voor de eerste generatie. Het idee is om te leren terwijl we gaan, zodat we meteen aan de slag kunnen.
Dit is de eerste in een driedelige serie over het bouwen van een ruimtebasis. Morgen: hoeveel geld zou er nodig zijn? Overmorgen: slimme robots op afstand maken.
