Les humains vont bientôt exploiter l’espace extra-atmosphérique

Comme la Terre, les corps planétaires tels que la Lune, Mars, les astéroïdes et les comètes contiennent d’importants gisements de ressources précieuses. Cela a attiré l’attention des chercheurs et de l’industrie, dans l’espoir de les exploiter un jour pour soutenir une économie spatiale.

Mais mettre en place n’importe quel type d’industrie minière hors Terre ne sera pas une mince affaire. Regardons à quoi nous sommes confrontés.

Utilisation des ressources in situ

Lorsque vous pensez à l’exploitation minière hors Terre, vous pouvez imaginer extraire des matériaux de divers corps dans l’espace et les ramener sur Terre. Mais il est peu probable que ce soit le premier exemple commercialement viable.

Si nous voulions établir une présence humaine permanente sur la Lune, comme l’a proposé la NASA, nous aurions besoin de réapprovisionner les astronautes qui y vivent. Les ressources telles que l’eau ne peuvent être recyclées que dans une certaine mesure.

Dans le même temps, les ressources sont extrêmement coûteuses à lancer depuis la Terre. En 2018, cela coûtait environ 2 720 $ pour lancer un kilogramme de matière en orbite terrestre basse via le Falcon 9 de SpaceX, et plus pour le lancer plus haut, ou sur la Lune. Il est probable que les matériaux extraits dans l’espace seront utilisés dans l’espace, pour aider à économiser sur ces coûts.

La récolte des matériaux nécessaires sur place est appelée « utilisation des ressources in situ ». Cela peut impliquer n’importe quoi, de l’extraction de glace à la collecte de terre pour construire des structures. La NASA étudie actuellement la possibilité de construire des bâtiments sur la Lune avec l’impression 3D.

L’exploitation minière dans l’espace pourrait également transformer la gestion des satellites. La pratique actuelle consiste à désorbiter les satellites après 10 à 20 ans lorsqu’ils sont à court de carburant. L’un des objectifs nobles des entreprises spatiales telles que Orbit Fab est de concevoir un type de satellite pouvant être ravitaillé en carburant à l’aide de propulseur collecté dans l’espace.

Il serait difficile de réaliser une refonte complète de la conception des satellites. Mais à long terme, cela pourrait révolutionner l’industrie. Shutterstock

Même pour les satellites en orbite terrestre basse, l’énergie nécessaire pour les atteindre depuis la Lune est inférieure à celle nécessaire pour les atteindre depuis la Terre.

Quelles sont les ressources disponibles ?

En ce qui concerne les opportunités minières hors Terre, il existe quelques ressources à la fois abondantes et précieuses. Certains astéroïdes contiennent de grandes quantités de fer, de nickel, d’or et de métaux du groupe du platine, qui peuvent être utilisés pour la construction et l’électronique.

Le régolithe lunaire (roche et sol) contient de l’hélium-3, qui pourrait devenir une ressource précieuse à l’avenir si la fusion nucléaire devenait viable et généralisée. La société britannique Metalysis a mis au point un procédé permettant d’extraire l’oxygène du régolithe lunaire.

On s’attend à ce que de la glace existe à la surface de la Lune, dans des cratères ombragés en permanence près de ses pôles. Nous pensons également qu’il y a de la glace sous la surface de Mars, des astéroïdes et des comètes. Cela pourrait être utilisé pour soutenir la vie, ou être décomposé en oxygène et en hydrogène et utilisé comme propulseur.

Comment exploiterions-nous dans l’espace ?

Ma thèse de doctorat (de Michael) consistait à tester le fonctionnement des techniques d’exploration sur la Lune et sur Mars. Nos autres travaux ont inclus la modélisation économique de l’extraction de glace sur Mars et la modélisation informatique de la stabilité des tunnels sur la Lune.

Certaines propositions d’exploitation minière hors Terre sont similaires à l’exploitation minière sur Terre. Par exemple, nous pourrions exploiter un régolithe lunaire avec une excavatrice à godets, ou exploiter un astéroïde à l’aide d’un tunnelier.

Une grande excavatrice à godets utilisée dans une mine de charbon.
Les excavatrices à roue à godets sont de grandes machines utilisées dans les mines à ciel ouvert, y compris les mines de charbon, qui permettent un creusement continu. Shutterstock

D’autres propositions sont plus inconnues – comme l’utilisation d’une machine semblable à un aspirateur pour tirer le régolithe vers le haut d’un tube (qui a vu une utilisation limitée dans l’excavation sur Terre).

Des chercheurs de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney et de l’Université nationale australienne proposent d’utiliser le biomining. En cela, des bactéries introduites dans un astéroïde consommeraient certains minéraux et produiraient un gaz, qui pourrait ensuite être récolté et collecté par une sonde.

D’énormes défis persistent

Notre travail au Centre australien de recherche en ingénierie spatiale de l’UNSW consiste à trouver des moyens de réduire les risques dans une industrie des ressources spatiales. Inutile de dire que les défis techniques et économiques sont nombreux.

Les mêmes coûts de lancement qui ont tant de personnes désireuses de commencer l’exploitation minière hors Terre signifient également que l’acheminement de l’équipement minier dans l’espace est coûteux. Les opérations minières devront être aussi légères que possible pour être rentables (ou même réalisables).

De plus, plus quelque chose est éloigné de la Terre, plus il faut de temps pour l’atteindre. Il y a un délai pouvant aller jusqu’à 40 minutes lors de l’envoi d’une commande à un rover martien et de la découverte de son succès.

La Lune n’a qu’un délai de communication de 2,7 secondes et peut être plus facile à exploiter à distance. Les objets géocroiseurs ont également des orbites similaires à la Terre et passent parfois par la Terre à des distances comparables à la Lune. Ils sont un candidat idéal pour exploiter car ils nécessitent peu d’énergie pour les atteindre et en revenir.

L’exploitation minière extraterrestre devrait être principalement automatisée ou contrôlée à distance, étant donné les défis supplémentaires liés à l’envoi d’humains dans l’espace – tels que le besoin de survie, l’évitement des radiations et les coûts de lancement supplémentaires.

Cependant, même les systèmes miniers sur Terre ne sont pas encore entièrement automatisés. La robotique devra s’améliorer avant que les astéroïdes puissent être exploités.

Bien que des engins spatiaux aient atterri plusieurs fois sur des astéroïdes et même récupéré des échantillons – qui ont été renvoyés à Woomera en Australie-Méridionale, lors des missions Hayabusa 1 et 2 – notre taux de réussite global pour l’atterrissage sur des astéroïdes et des comètes est faible.

En 2014, l’atterrisseur Philae envoyé sur la comète 67P / Churyumov / Gerasimenko est tombé dans un fossé lors d’une tentative d’atterrissage ratée.

Atterrisseur Philae à la surface d'une comète
L’atterrisseur Philae de l’Agence spatiale européenne, qui accompagnait le vaisseau spatial Rosetta, a rebondi deux fois avant de s’installer dans une position inconfortable à l’intérieur d’un fossé. Wiki CommonsCC PAR

Il y a aussi des considérations environnementales. L’exploitation minière dans l’espace peut aider à réduire la quantité d’exploitation minière nécessaire sur Terre. Mais c’est si l’exploitation minière hors Terre entraîne moins, et pas plus, de lancements de fusées, ou si les ressources sont renvoyées et utilisées sur Terre.

Bien que la collecte de ressources dans l’espace puisse signifier ne pas avoir à les lancer depuis la Terre, d’autres lancements peuvent inévitablement avoir lieu à mesure que l’économie spatiale se développe.

Ensuite, il y a la question de savoir si les techniques d’exploitation minière proposées fonctionneront même dans des environnements spatiaux. Différents corps planétaires ont des atmosphères différentes (ou aucune), gravité, géologie et environnements électrostatiques (par exemple, ils peuvent avoir un sol chargé électriquement en raison de particules du Soleil).

La manière dont ces conditions affecteront les opérations hors Terre est encore largement inconnue.

Mais les travaux sont en cours

Bien qu’il n’en soit qu’à ses débuts, un certain nombre d’entreprises développent actuellement des technologies pour l’exploitation minière hors Terre, l’exploration des ressources spatiales et d’autres utilisations dans l’espace.

La Canadian Space Mining Corporation développe l’infrastructure nécessaire pour soutenir la vie dans l’espace, y compris des générateurs d’oxygène et d’autres machines.

La société américaine OffWorld développe des robots industriels pour des opérations sur Terre, sur la Lune, sur des astéroïdes et sur Mars. Et l’Asteroid Mining Corporation travaille également à établir un marché pour les ressources spatiales.

Cet article, par Michael Dello-Iacovo, UNSW Sydney et Serkan Saydam, UNSW Sydney, est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.

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