La minería y el transporte de recursos.

Puedo pensar en tres trayectorias generalizadas, en realidad:

1. Rutas “más directas”, es decir, más rápidas que un simple transbordo. Se requiere más Δv y, por lo tanto, más caro. A menos que tenga carga viva u otros materiales sensibles a la radiación, rara vez se usará.
2. Transferencias Hohmann, que serán la ruta de sólo los recursos más valorados.
3. Finalmente, lo que se conoce como la Red de Transporte Interplanetario , una serie de vías de bajo Δv. Sin duda, esta será la ruta para la mayoría de la minería a granel, como agua, materiales carbonosos, minerales metálicos, etc.

A nivel local, se desarrollará la necesidad de "aplicar el tráfico" en los puntos Lagrangianos Sol-Tierra y Tierra-Luna con mucho tráfico de barcazas.

Suponiendo que las empresas mineras como Planetary Resources tengan éxito y otras empresas fuercen la competencia, ¿qué tan importante será que los métodos de transporte de materiales a la Tierra se vuelvan baratos?

Muy importante.

Considere la afirmación de Deep Space Industries (DSI) de que el asteroide 2012 DA14 tiene un valor de $ 195 mil millones. ( http://www.space.com/19758-asteroid-worth-billions-2012-da14-flyby.html ) Eso es una tontería. Actualmente vale $ 0, y ese seguirá siendo su valor durante mucho tiempo.

A modo de analogía, hay un depósito de oro de fácil acceso aquí en la Tierra que tiene un valor de $ 1 a $ 100 billones (calculado al multiplicar el tamaño del depósito por el precio por onza). Sin embargo, nadie va tras ese depósito. ¿Por qué? Porque esa reserva de oro son los océanos del mundo. El costo de extraer el oro disuelto en el agua del océano supera ampliamente el valor del oro extraído. El valor de ese vasto depósito es de $ 0.

La extracción de minerales de asteroides podría ser valiosa en un futuro lejano, pero no en el futuro previsible. Los objetivos a corto plazo de empresas como DSI y Planetary Resources son mucho más modestos. Los objetivos inmediatos son ir tras los volátiles. Más allá de la órbita terrestre baja, una libra de agua (o una libra de metano) es actualmente mucho más valiosa que una libra de oro en la superficie de la Tierra. Extraer agua o combustible de un asteroide y usarlo para repostar vehículos en órbita geosincrónica o proporcionar agua a la ISS podría ser una empresa en marcha.

Lo último que querría hacer es desperdiciar esos recursos extraídos con esfuerzo para traerlos de regreso a la Tierra en una trayectoria rápida.

Por ejemplo, ¿se preferirían rutas más baratas y más largas, como las transferencias de Hohmann, o se preferirían trayectorias más directas (y, por lo tanto, más caras)?

Ninguno de los dos. Las órbitas de Hohmann son órbitas de transferencia tangentes entre una órbita circular y otra. Las órbitas de los asteroides pueden ser decididamente elípticas. La órbita de transferencia probablemente seguiría siendo más o menos tangente a las órbitas de salida y de destino. Pero su camino puede ser muy diferente al camino de 180 grados que conocemos como Hohmann.

Para ilustrar, aquí hay una foto de posibles órbitas de transferencia tangentes entre una órbita terrestre circular y una órbita elíptica de un asteroide:

La mayoría de las posibles órbitas de transferencia tangente son pastel, pero he oscurecido el rojo. Puede ver que el ángulo entre la salida y la llegada es de 100º o 260º, bastante diferente de los 180 grados de Hohmann.

También las órbitas de Hohmann asumen quemaduras impulsivas en el periapsis y el apoapsis de la órbita de transferencia. Estas quemas impulsivas se realizan mejor con propulsores químicos de alto empuje. Sin embargo, los propulsores químicos no tienen una velocidad de escape mucho mayor de 4 km/s.

El Informe Keck sugiere un vehículo de propulsión eléctrica solar que utiliza propulsor de xenón. Empuje bajo pero una velocidad de escape de alrededor de 30 km/s. Con una alta velocidad de escape, podemos impartir algo de delta V a un asteroide sin una gran masa de propulsor. Pero estas quemaduras de bajo empuje pueden tardar mucho tiempo en acelerar un objeto. Una combustión lenta y constante puede dar como resultado trayectorias en espiral en lugar de órbitas elípticas.

Para esta pregunta, restringimos la fuente de material al cinturón principal de asteroides y asumimos que el recurso debe llevarse dentro de la SOI de la Tierra.

Una mala suposición. Para bajar un asteroide del cinturón principal a un perihelio de 1 UA se necesitarían alrededor de 4 km/s. Los presupuestos de Delta V serían demasiado altos para obtener una ganancia.

El informe Keck habla de asteroides cercanos a la Tierra que solo requieren alrededor de 0,2 km/s para estar estacionados en órbita lunar. Esto es factible.

Es interesante que Chris Lewicki sea uno de los coautores del informe Keck. Lewicki es el ingeniero jefe de Planetary Resources.

¿Cuán importante será que los métodos de transporte de materiales a la Tierra sean baratos?

Muy.

Una de las cosas que hace que los vuelos espaciales sean tan caros es la tiranía de la ecuación del cohete . Con todo el propulsor en el fondo de un pozo de gravedad profundo, cada nave espacial tiene un presupuesto delta V mínimo de alrededor de 8 o 9 km/s. Pero con una fuente propulsora en lo alto de las laderas del pozo de gravedad terrestre, el exponente de la ecuación del cohete se rompería. Esto podría hacer que los viajes espaciales sean mucho más baratos.

Los asteroides ricos en agua son fuentes potenciales de propulsor. El agua se puede descomponer en hidrógeno y oxígeno, uno de los mejores bipropulsores químicos.

Y, de hecho, importar asteroides ricos en agua es una de las primeras cosas que Planetary Resources espera hacer .