Mars als Basis für die Erforschung und den Abbau von Asteroiden

Der Abbau der Asteroiden nach Ressourcen wie Eisen, Edelmetallen, Wasser oder anderen wertvollen Arten könnte eines Tages rentabel werden. Der Abbau wird wahrscheinlich mit erdnahen Objekten (NEOs) beginnen, Asteroiden, deren Bahnen die Umlaufbahn der Erde kreuzen. Langfristig wird der Bergbau jedoch auf den Hauptgürtel der Asteroiden zugreifen wollen, die zwischen Mars und Jupiter kreisen.

Obwohl NEOs viel näher an uns sind, bedeutet profitables Mining, mehr als nur die Kosten für die Reise über eine Entfernung auszugleichen. Die Asteroiden des Hauptgürtels enthalten etwa 10.000-mal so viele Ressourcen wie NEOs. Darüber hinaus muss jeder Asteroidenabbau die Kosten für das Rendezvous – die Verlangsamung des Raumfahrzeugs nach seiner Ankunft – sowie die Kosten für den Rücktransport des Erzes zu einer Verarbeitungsanlage berücksichtigen.

Die Kosten (und das Gewicht) des für das Rendezvous benötigten Treibstoffs gehören zu den kritischsten Parametern bei der Machbarkeitsberechnung. Es wird hauptsächlich durch den Parameter „Delta-V“ bestimmt, ein Maß für die kinematischen Anforderungen zur Durchführung eines Raumfahrzeugmanövers, und normalerweise in Einheiten von Kilometern pro Sekunde angegeben. Ein Rendezvous mit einem besonders günstigen NEO von einem Raumschiff in einer erdnahen Umlaufbahn erfordert ein Delta-V von etwa vier Kilometern pro Sekunde.

Leider erfordert das Erreichen von Asteroiden im Hauptgürtel normalerweise ein Delta-V von etwa sieben Kilometern pro Sekunde. Auch wenn das nicht nach einem sehr großen Unterschied klingen mag, hängt der für Manöver benötigte Treibstoffbedarf exponentiell von Delta-V ab, wobei selbst kleine Änderungen große Auswirkungen haben, wodurch die Asteroiden des Hauptgürtels energetisch sehr schwer von der Erde aus zu erreichen sind.

Die CfA-Astronomen Martin Elvis, Jonathan McDowell und der ehemalige Harvard-Student Anthony Taylor haben gezeigt, dass der Asteroidenabbau im Hauptgürtel rentabler werden könnte, wenn Raumfahrzeuge von einer Station in einer ähnlichen Umlaufbahn wie der des Marsmondes Phobos, der etwa sechstausend umkreist, eingesetzt würden Kilometer von der Marsoberfläche entfernt und bietet den Hauptgürtel-Asteroiden ein niedrigeres Delta-V. Der Mars selbst bietet einige zusätzliche Vorteile für die Umlaufbahn, da im Gegensatz zur Erde, deren Umlaufbahn nahezu kreisförmig ist, die Exzentrizität und Neigung der Umlaufbahn des Mars auch einen niedrigeren Delta-V-Pfad zu den Asteroiden bietet.

In ihrer Studie veröffentlicht in Planeten- und Weltraumwissenschaftschlagen die Autoren Szenarien mit zwei und drei Zündungen vor (in Bezug auf die Anzahl der erforderlichen Raketenzündungen), um ein Rendezvous zu erreichen, und sie entwickeln einen Computercode zur Berechnung der Energetik für bekannte Orbitalklassen von Asteroiden. Die Ergebnisse zeigen potenziell sehr signifikante Reduzierungen der Explorationskosten.

Ob eine Mission letztendlich finanziell sinnvoll ist oder nicht, hängt von vielen anderen Faktoren ab, aber die Autoren zeigen, dass das Konzept eines Starts und der anschließenden Rückkehr zu einem Operationszentrum in einer Phobos-ähnlichen Umlaufbahn oder sogar auf Phobos selbst relativ bequem und bequem ist vorteilhaft. Sie fügen hinzu, dass ein profitabler groß angelegter Bergbau aus der Umlaufbahn des Mars auch zu einem routinemäßigen Zugang zur Marsoberfläche führen könnte.