הגבול החדש: חלל מינוס והבטחה

כרייה בחלל – הפקת משאבים יקרי ערך מ אסטרואידים, הירח וממאדים – עברה מדע בדיוני לשאפתנות הנדסית רצינית.כ סוכנויות חלל וחברות פרטיות דוחפות עמוק יותר למערכת השמש, היכולת ליצור מים, מתכות וחומרי בנייה מקומית תהיה ההבדל בין משימות קצרות טווח ומושבות קבועות.הפוטנציאל הכלכלי עומד בפני זעזוע: אסטרואיד עשירי פלטינה אחד יכול להכיל יותר יקר ממה שאי פעם היה להיות פתרון פוטנציאלי של כדור הארץ.

ציוד נוכחי המיועד לכובד ראש, אווירת, אקלים שפיר לא ישרוד, לא לבד להיות פרודוקטיבי, בחלל.כל מרכיב צריך להיות reimagined עבור ריק, טמפרטורות קיצוניות, קרינה גבוהה ומיקרוגרביטציה. מאמר זה בוחן את האתגרים הנדסיים הליבה, טכנולוגיות חדשניות המבטיחות להתגבר עליהם, ואת הדרך קדימה עבור תעשיית כריית החלל.

אתגרים בתחום החלל

התנאים בחלל עוינים בדרכים שקשה לשכפל על פני כדור הארץ.הציוד המיון חייב לפעול באופן אמין במשך שנים ללא תחזוקה, בסביבות שבהן תיקון הוא מסוכן מאוד או בלתי אפשרי.התתתתות הבאות מקלקלות את המכשולים הטכניים העיקריים.

מיקרוגרפיות ותחריטים

על פני כדור הארץ, הכבידה עוזרת לעגן ציוד ומספקת כוח כלפי מטה טבעי למקדח, לחפור ולהובלת חומר.במיקרוגרביטטי, הכוח הזה הוא למעשה נעדר. A drill bit כבר לא לוחץ על הסלע תחת משקלו; במקום זאת, יש לשלוט בכוחות בזהירות כדי למנוע את התרגיל או הרובוט מפני דחף עצמו מן פני השטח.

מהנדסים מפתחים מערכות עוגן המשתמשות ב-harpoons, ברגים או חתירה לשמירה על קשר.לדוגמה, סוכנות החלל האירופית בדקה שיטה דמוית harpoon לאיסוף דגימה אסטרואידים. בדומה לכך, משימת ה-OSIRIS-REx של נאס"א השתמשה במערכת מגע-גו-מגע שתיצור קשר קצר עם פני השטח של אסטרואידנו באמצעות LT:0sampling Headsamplingmentmentmentmentmentmented for the Rligicerated טכניקות גדולות יותר לנפץ חנקן.

אתגר נוסף הוא תחבורה חומרית: כיצד לעבור סלע שנחפר או regolith מן הפנים הכרייה למפעל עיבוד ללא כוח הכבידה. חגורת קונוויור וגלגלים גלגלים הם לא יעילים.רעיונות אלטרנטיביים כוללים תחבורה pneumatic, מעליות tethered ואפילו כוונונים טילים קטנים עבור עומסי תשלום קומפקטיים.

טמפרטורה קיצונית

על פני הירח, הטמפרטורה נע בין 120 מעלות צלזיוס (250 ° F) באור השמש הישיר ל -170 מעלות צלזיוס (-275 ° F) בצל. אסטרואידים יכולים להיות אפילו קר יותר בצל עמוק.ציוד חייב לעמוד בתנודות אלה ללא חותמות סדקים, fracturing lubricants, או גורם הרחבה תרמית כי ריבס נעים חלקים.

חומרים מיוחדים כמו FLT:0 ibvarFLT:1 (סגסוגת ניקל ברזל עם ההרחבה הנמוכה coefficient) ו-FLT:2rmal מתגיםFLT 3 כי שינוי מוליכות עם טמפרטורה נחקרים.עבור אלקטרוניקה, רכיבים הם לעתים קרובות מדורגים עבור טווחי טמפרטורה צבאיים או חלל, אבל ציוד כריה כולל גם מנועים, הילוכים הידראוליים ומערכות הידראוליות כי הם הרבה פחות סובלניים בתפקודים באזור נוזלי.

קרינה וגמישות ארוכת טווח

מעבר לשדה המגנטי של כדור הארץ, הציוד מופצף על ידי קרינה סולארית וקוסמולוגית.במשך שנים, זה מקטין אלקטרוניקה, מחצץ פלסטיק, ואפילו יכול לשנות תכונות חומריות.מגן מוסיף מסה, אשר יקר להשיק. מתכנן משימה לעתים קרובות מקבל תואר של נזק קרינה ועיצוב עבור אדמוניות - עותקים של מערכות קריטיות כגון בקרים ותקשורת יחידות.

עבור ציוד כרייה חייב לפעול במשך עשרות שנים ללא תחליף, FLT:0radiation-Hardation-Hardation-HardsscioFLT 1 ו-FLT:2 עצמו-repairating מעגלים של מחזור 3 נבדקים.In-situ משאבים ניצול (ISRU) מספק גם דרך: באמצעות regolith מקומי כדי לבנות הגנה סביב צמחים, הגנה על אלקטרוניקה רגישה.

דור הכוח בחלל העמוק

לוחות סולאריים הם מקור הכוח הסטנדרטי למשימות ליד כדור הארץ, אך הם סובלים משני חסרונות עיקריים בהקשרים כרייה. ראשית, אבק מן החפירה יכול להתיישב על לוחות, להפחית באופן דרסטי את היעילות.שני, צל של ציוד גדול או במכתשים צללים לצמיתות (שם קרח מים נמצא לעתים קרובות) הופך את השמש לבלתי אמינה.

הפתרון המבטיח ביותר הוא (FLT:0 גרעין כוח FLT:1), במיוחד כורי פש קטן.נאס"א:2KilopowerveFLT 3) הוכיח כור 1-10 קילוואט שיכול לכפות מאחז כריית ירח.חברות פרטיות גם לפתח מיקרו-ארכיאולוגים גרעיניים.

תקשורת ואוטונומיה

עיכובי תקשורת רדיו - עד כמה דקות למאדים, ושעות לאסטרואידים בחלל העמוק - כלומר שליטה מרחוק מכדור הארץ היא לא מעשית. ציוד מינון חייב לפעול באופן אוטונומי, קבלת החלטות בזמן אמת לגבי ניווט, אסטרטגיה חפירות, והימנעות סיכונים.זה דורש אינטליגנציה מלאכותית מתקדמת, סוויטות חיישן חזקות (דלי, מצלמות, יחידות אינרטיות), ועיבוד לוח.

מודלים של למידת מכונות המאומנים על סימולטורים המבוססים על כדור הארץ יכולים להיות מועברים לחלל, אבל הפער בין סימולציה למציאות נשאר משמעותי. מפעילי כדור הארץ יפעלו ככל הנראה כמשגיחים, מציבים מטרות שבועיות ושילוב רק במהלך מקרי חירום.

הזדמנויות וחדשנות טכנולוגית

למרות הקשיים, קהילת ההנדסה מתקדמת במהירות.מה הם האזורים המבטיחים ביותר שבהם חדשנות הופכת מכשולים להזדמנויות.

רובוטיקה אוטונומית ו-Switchrm Systems

במקום מכונה ענקית אחת, הצעות רבות כרוכות בצי של רובוטים קטנים ומתואמתים (FLT:0Swarm RoboticssFLT:1 - בהשראת מושבות אליטות - יכולות להפיץ משימות כמו סקר, חפירות, והובלתו.אם רובוט אחד נכשל, אחרים להסתגל.

רובוטים צריכים גם לנווט בשטח לא ידוע (FLT:0) מקומיות מאוזנת וממפה (SLAM)FLT:1 אלגוריתמים שעובדים בחושך וסביבות חסרות תכונות מותאמים לחלל.לדוגמה, (FLT:2 JauntyFLT 3: 3), מושג על פני הירח, משתמש במצלמות סטריאו ונתונים לא רצויים כדי לבנות 3D במפות אמיתיות, ומאפשר לסלעים לזמן קבוע כדי למנוע מכתשים.

רבים מהרובוטים הללו יהיו (FLT:0) חשמליים (FLT:1) ולא הידראולי, כדי למנוע דליפות נוזלים בוואקום. Brushless DC מנועים עם נושאים קרמיקה הם נפוצים.עבור חפירות כבדות, כמה עיצובים משתמשים ב-FLT:2percussive קידוחsive קידוחFLT 3: 3 - פעילות משולבת עם סיבוב - אשר עובד היטב microgravity עם עוגן תגובתי.

In-Situ Resource Utilization (ISRU) Technologies

הרעיון המרכזי של ISRU הוא להשתמש בחומרים מקומיים לתמיכה בחיים, דלק ובניה, ובכך להפחית את המסה שיש לשגר מכדור הארץ.עבור כריית חלל, ISRU היא המטרה והאפשרות.

  • (ב) מיצוי מים: ⁇ FLT:1 ,הההתמכת ירח או אסטרואיד ברדמת מים חתומה, אשר ניתן ליישב ולחסן את המים במימן וחמצן לדלק טילים או לשימוש עבור שתייה.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ייצור אדרבא:0 (בשיתוף:0) עם הדפסה עם regolith: regolith: regolith: regolith: regolith: ייצור אדרבאפט:1) ייצור אדריטיבי באמצעות regolith regolith יכול לייצר חלקים בודדים, הגנה קרינה חוסמת בלוקים ואפילו בתי גידול.

תוכנית נאס"א (FLT:0) Artemis ProgramFLT:1 כוללת מרכיב חזק של ISRU: הסוכנות שואפת להפגין כריית קרח במים בקוטב הדרומי של הירח עד סוף העשור הזה, ההצלחה הייתה להוכיח את הכדאיות של תהליכים רבים של אמת לחלל עמוק יותר.

המונחים: Mining Equipment Concepts

מספר עיצובי מכונות חדשות הוצעו למטרות משאבים שונות:

אסטרואיד Mining

אסטרואידים שונים בהרכב.פחמי (C-type) אסטרואידים מכילים מים ותרכובות אורגניות; אסטרואידים מתכתיים (M-type) עשירים בה ניקל, ברזל, ומתכות קבוצתיות הפלטינה.עבור אסטרואיד מתכתי, מושג אחד הוא לבודד את האובייקט כולו בתיק, ואז לחמם אותו עם אור שמש מרוכז כדי לחוסם את הגזים ולכבות אותם לשבריריים נפרדים זה: Fvtortortortortortortortortortortortortortotic Access.

מינוס ממין

פני הירח מכוסים בגלימה המכילה חמצן (בעמודה בפחמי חמצני), סיליקון, אלומיניום, כמויות קטנות של מתכות אחרות.FLT:0Bucket-גלגלים מפלט 1: 1 מותאמים מכריית כדור הארץ לפעול בכובד ראש נמוך.

מאדים Mining

Mars מציעה אווירה עבה יותר (למרות עדיין רזה) וכמה קרח ליד הקוטבים. Mining על מאדים עשוי להתמקד בתחילה על משטח קרח retrieval באמצעות היתוך או קידוח השקיות. The FLT:0Mars חמצן in-Situ-Situ-Situation הניסוי (MOXIE)FLT:1 על סף Perseverrance המיוצר בהצלחה חמצן מ-cosoan2en, להוכיח את היקף המשאבים של ה-MIX הוא גדול יותר.

נהגים כלכליים ולוגיים

תמריץ כלכלי עיקרי לכריית חלל הוא הערך העצום של משאבים נגישים.לדוגמה, אסטרואיד (FLT:016 PsycheFLT:1) נחשב למנהרות ניקל-ברזלים בשווי של דולרים במחירי השוק הנוכחיים.עם זאת, עלות שיגור תשתיות ומקורות חוזרים לכדור הארץ נותרה גבוהה ללא שימוש במשאבים בחלל -עבור ייצור, בנייה או תמיכה של חיים יכולים להתחיל את הבעיה של שטח מבוזר, אך ללא תשתית כרייה, אלא אם כן, ללא תשתית שטח של שטח פנויה, אלא אם כן, ללא תשתית זולה, ללא תשתית שטח, אלא אם כן, ללא תשתית שטח של שטח של שטח של שטח של שטח של שטח של שטח, ללא תשתית זולה, אלא אם כן, ללא תשתית מכרה, ללא תשתית מכרה, ללא שימוש בדלי, ללא תשתית מכרה, ללא תשתית שטח, ללא שימוש בדליקה, ללא תשתית שטח, אלא אם כן, ללא תשתית שטח של בנייה ללא תשתית שטח:

מקרה עסקי מציאותי יותר לטווח ארוך כרוך אספקת לוויינים מתפתלים לכדור הארץ ואת בסיסים הירחיים. מימן וחמצן משוחררים לפעילים של מתחים בחלל, תחנות, ודלק מחדש של מחסנים.זהו המודל נרדף על ידי חברות כמו FLT:0SpaceXFLT:1 (אשר מתכננת לתדלוק של סטארב"ל במסלול) ו-F2: אלקטרוניקה יקרה כדי להחזיר את כדור הארץ.

שחקנים מרכזיים ופרויקטים מתקדמים

מספר ארגונים מפתחים באופן פעיל ציוד כריית חלל:

  • [ה]ה[[המאה ה-1]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]
  • סוכנות החלל האירופית (ESA):0.10.17 מפעילה את ה-FLT:2Space Resources ChallengeFLT 3: 3, תחרות לרובוטים אוטונומיים.
  • (FLT:0)Offworld.aieur: A Startup Building a צי של רובוטים אוטונומיים שיתופיים עבור כריית הירח, עם דגש על החילוץ במים.יש להם חוזה עם נאס"א כדי לבחון מערכת החילוץ אווירי נשימה.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • פרויקט:0 (Korea): פרויקט של המכון להנדסה אזרחית וטכנולוגיית בנייה כדי לבנות רובוט קידוח לחיפוש אסטרואידים.

מסקנה

ציוד כריית חלל יתפתח מטיפוסים ניסיוניים למכונות תעשייתיות חזקות בשני העשורים הבאים.אתגרי ההנדסה – מיקרוגרביטטיביות, קיצוניות טמפרטורה, קרינה, כוח, אוטונומיה – הם מרתיעים אך ניתנים להשגה עם חדשנות מצטברת ושיתוף פעולה בין-תחומי.

ההזדמנויות הן עצומות באותה מידה: מחסני דלק מקומיים שתחתנו את עלות חקר החלל העמוק, מתכות בשפע לייצור מבוסס חלל, ובסופו של דבר כלכלה עצמאית של שימור עצמי מעבר לכדור הארץ.הצעדים הראשונים כבר נלקחים מתחת לאבק הירח.כפי שמשימות ארטמיס מחזירות את בני האדם אל פני הירח וחוקרים רובוטיים סיכון ל אסטרואידים ליד כדור הארץ, עידן כריית החלל מתקרב למציאות.

[ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]], [ה]], [ה], [ה], [ה]], [ה]], [ה'], [ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''