¿Son los cohetes químicos o las velas solares mejores que los asteroides para devolver recursos?

Si y cuando lanzamos la industria minera de asteroides fuera de la Tierra, una de las decisiones más importantes a tomar en la estructura de cualquier misión minera de asteroides será cómo llevar los recursos a donde está toda nuestra otra infraestructura, en algún lugar alrededor de la Tierra.

Esta decisión generalmente se centrará en uno de los dos métodos de propulsión: cohetes químicos, como los que ya usamos para llevarnos al espacio en primer lugar, o velas solares, que aunque son más lentas e incapaces de llevarnos a la órbita, no lo hacen. no requieren combustible. Entonces, ¿cuál es la mejor metodología de pago para estas futuras misiones? Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Glasgow analizó ambos escenarios y arrojó una respuesta obvia: velas solares.

Al responder a este tipo de preguntas teóricas, es necesario imponer limitaciones a las respuestas. Por ejemplo, hay miles de millones de asteroides en el sistema solar, por lo que es realista observar solo los conocidos como asteroides cercanos a la Tierra (NEA). Pero aun así, hay más de 30.000 NEA conocidos. Era imposible para el autor principal Merrill Vergig, que tenía un doctorado en ese momento. Una estudiante universitaria y sus compañeros calculan los caminos óptimos para cada uno de ellos.

Así que dividieron el área alrededor de la Tierra en parámetros orbitales generales: distancia del semieje mayor, excentricidad e inclinación. Con estos tres parámetros, es más fácil tener una idea de cómo se vería la órbita de tránsito de un asteroide determinado en esa región del espacio, algunos de los cuales estarán muy cerca de la Tierra en su trayectoria orbital.

También fueron necesarias otras restricciones, como calcular solo el costo y el beneficio de devolver materiales del asteroide, no extraer el asteroide en sí. La adquisición e instalación de equipos de minería allí se consideró fuera del alcance de este documento. Además, debe haber tiempo de espera en el propio asteroide para que la misión de regreso tenga tiempo de abastecerse del material que transportará.

Esa sustancia era, por este motivo, volátil. Los volátiles, como el agua, han sido un punto focal en las discusiones sobre la minería de asteroides, porque forman la base del combustible para cohetes que se necesitaría para la exploración en el sistema solar y costaría mucho dinero extraerlo de la Tierra. Además, los cohetes químicos pueden usar algunos de estos volátiles como su propio combustible para regresar al sistema terrestre.

Se establecen algunas otras restricciones, incluido el retorno de la materia volátil a la órbita geoestacionaria (GEO), algunas suposiciones sobre los costos de lanzamiento en función de los costos proyectados para Starship y la determinación de esta métrica muy importante para los estudios económicos: el valor actual neto (NPV). ).

El VAN es el puntaje contra el cual se juzgarán las soluciones y sobre la base de varios factores calculados. Estos incluyen una variedad de costos, como el costo de lanzamiento, el costo de desarrollo, el costo de fabricación y el costo operativo. Los ingresos se calcularán en función del valor esperado de los materiales volátiles enviados a la órbita. Cuando los ingresos superan el costo de la misión, el VAN se vuelve positivo, lo que en este caso indica si vale la pena realizar una misión a un asteroide en esa región.

Para tomar esta decisión, los autores utilizaron una técnica llamada Algoritmo genético Para resolver el problema de optimización. Esencialmente, le dieron al algoritmo un conjunto de parámetros, como la mecánica orbital, las masas de las naves espaciales y la cantidad de volátiles devueltos, y le pidieron al algoritmo que optimizara ese NPV tan importante. El resultado del algoritmo fue bastante sencillo: las velas solares tienen un VPN positivo para una variedad de regiones en el espacio cercano a la Tierra.

Esto se debió principalmente a algunas de las debilidades de los misiles químicos. Tuvieron que usar algunos de los materiales que se entregaron para volver a GEO. Y aunque su tiempo de órbita de transferencia fue más corto, otro factor del VAN, la tasa de descuento, que reduce el valor esperado de un recurso cuanto más se vende en el futuro, no quita suficiente valor de eso que una energía solar la vela puede regresar Póngalo a la par con el misil químico.

Todavía hay algunas áreas del espacio cercano a la Tierra donde incluso las velas solares no han sido rentables, por lo que los autores sugieren que los futuros mineros de asteroides observen los asteroides en las áreas específicas que describen como rentables si están buscando su primer sitio minero importante. Además, los investigadores hicieron algunas modificaciones a su estructura de misión básica original, como detenerse en la Puerta de la Luna, agregar un segundo vuelo y ejecutar una serie de simulaciones variables, conocidas como simulaciones de Monte Carlo, que probarían el alcance de estas operaciones. . Varios esquemas fueron rentables.

Agregar un segundo vuelo y detenerse en Lunar Gateway en lugar de GEO agregó un valor significativo a cada tipo de ingeniería de misión. La simulación de Monte Carlo también mostró que su rentabilidad era consistente con pequeños costos de insumos y cambios en los ingresos por producción. En general, si bien existen posibles objetivos lucrativos para cada tipo de sistema de propulsión, las velas solares parecen ser el claro ganador entre los dos. Ahora depende de aquellos que esperan construir el primer imperio minero de asteroides escuchar.

El estudio ha sido publicado en la revista Avances en la investigación espacial.