Het bouwen van nieuwe thuishavens op andere planeten dan de aarde vergt visie, vakmanschap en volharding. Kennis en kunde uit verscheidene disciplines zullen gecombineerd moeten worden om ‘buiten’ aardse activiteiten kans van slagen te geven. Van civiele techniek tot aan materiaalkunde, toekomstige bedrijven die activiteiten op asteroïden of planeten willen beginnen zullen zich goed moeten prepareren. Zo een gedegen voorbereiding zal als het moment daar is en letterlijk de eerste spade de grond in gestoken wordt zich dubbel en dwars uitbetalen. Dit was en is de algemene strekking die achter het uitvoerig ‘off-world engineering’ onderzoek van de Universiteit van Central Florida steekt.
Asteroide mijnactiviteit artistieke impressie credits; SpaceNews DeepSpaceIndustries B.Versteeg
Een team van wetenschappers en ingenieurs zijn bezig het voorwerk te doen dat noodzakelijk is om de ingenieuze ‘sprong’ naar het leven op andere planeten dan de aarde mogelijk te maken. Hun onderzoek is omgezet in een artikel dat recent is verschenen in het Icarus journal*. Phil Metzger, een planetair wetenschapper van de Universiteit van Central Florida (UCF) en eerste auteur van de studie zegt hierover; “Ik ben er absoluut van overtuigd dat er tegen het eind van deze eeuw zelfs meer economische activiteit is buiten onze aarde dan op onze aarde.” Volgens Morgan Stanley een grote vermogensbeheer maatschappij, zal deze opkomende ruimte(vaart) economie reeds rond het jaar 2040 al een waarde hebben van om en nabij de 1.1 biljoen (1000 miljard) US dollar. “Met een grote en nieuwe economie die zich in eerste instantie in de ruimte maar ook over legio van aanverwante sectoren zal uitstrekken is het belangrijk alvast een een vlucht naar voren te nemen om tijdig zowel op het gebied van regelgeving dan wel op technologie gebied duidelijke kaders te scheppen die waarborgen dat al deze toekomstige activiteiten op een zo veilig en correct mogelijke wijze uitgevoerd kunnen worden.
Nagebootst buitenaards oppervlakte materiaal wordt vaak niet goed vervaardigd. NASA heeft daarom een “Figure of Merit” een soort indelingssysteem ontwikkeld m.b.t. de kwaliteit van dit nagebootste materiaal (verder te noemen ‘simulant materiaal’) om verkeerd gebruik hiervan tegen te gaan en zo ingenieurs een beter houvast te geven voor experimenten in en met dit materiaal. Standaardisatie is noodzakelijk om de kwaliteit te waarborgen, aldus Metzger, daar vorige pogingen om oppervlakte materiaal na te bootsen werkelijk van alles konden bevatten, van plant oaseschuim materiaal tot aan strandzand. Als er testen worden uitgevoerd op zo een simulant materiaal dat weinig weg heeft van het echte oppervlakte materiaal dan zijn zulke testresultaten feitelijk ongeldig. Metzger “We moeten helder maken wat de eigenschappen zijn opdat iedereen bekend is met de mogelijkheden dan wel de beperkingen. ” Dit maakte het ook eenvoudiger om nauwkeurige vergelijkingen van testresultaten uit verschillende studies te maken.
Hayabusa 1 sonde credits; JAXA
Het team van Metzger heeft dit kwaliteitssysteem uitgebreid met een nieuwe standaard voor asteroïde regoliet en keisteen simulant materiaal. Metzger en zijn team pasten deze standaardisatie methode vervolgens toe op het nieuw ontwikkelde simulant oppervlakte materiaal dat vervaardigd wordt in het Center for Lunar and Asteroid Surface Sciences Exolith lab van het UCF. Dit asteroïde regoliet en keisteen simulant materiaal kreeg de naam UCF/DSI-CI-2. Het referentie materiaal dat gebruikt werd om dit simulant te evalueren voor asteroïde eigenschappen was de Orgeuil meteoriet en het Hayabusa 1 monster van Itokawa (deze capsule kwam neer in juni 2010 in Australië). De Orgeuil meteoriet viel in Frankrijk op aarde in 1864. Meteorieten, meteoren die de val door de aardse atmosfeer ‘overleven’ en in brokstukken op het aards oppervlak vallen, worden vaak geassocieerd aan bepaalde type asteroïden en zouden gebruikt kunnen worden als referentie materiaal voor het creëren van asteroïde simulant materiaal als plaatsvervanger voor echt materiaal.
Terwijl buitenaards oppervlakte materiaal van maangrond tot Marsstof een wijd spectrum aan verschillende composities bestrijkt creëerden Metzger en zijn team dus een standaard specifiek bedoeld voor oppervlakte simulant materiaal van asteroïden. Het team bekeek mineralogische compositie, compositie van aanwezige elementen, dichtheid van gesteente en van het regoliet materiaal, mechanische kracht, en verder magnetische gevoeligheid, vluchtig materiaal afgifte patronen en deeltjes grootte verdeling. Het simulant UCF/DSI-CI-2 ontving voor wat betreft magnetische gevoeligheid een score van 96% wat betekent dat het voor 96 procent matcht met het materiaal van de meteoriet van Orgeuil. Verder ontving het op het gebied van element samenstelling een score van 94% en qua mineraal samenstelling scoorde het 83%. Ook de andere vijf eigenschappen scoorden hoog qua match met het referentiemateriaal. “We zijn zeer opgetogen dat we zo een simulant materiaal konden vervaardigden dat in zo een grote mate matcht met het meteoriet materiaal, ” aldus Metzger. “En gegeven dat we in staat zijn gebleken deze acht eigenschappen zo goed te repliceren kunnen we nu stellen dat dit simulant materiaal zeer waardevol is voor bedrijven die van plan zijn om mijnbouwactiviteiten te ontwikkelen op asteroïden. Ook voor de constructie van fundamenten, faciliteiten, lanceerplaatsen enz. is kennis hieromtrent zeer belangrijk.
UCF onderzoek simulant materiaal credits; UCF / Phys.org
Professor Dan Britt, planetair onderzoeker en natuurkundige van het UCF en hoofd van het Exolith lab alswel mede auteur van het artikel is ook tevreden met het resultaat, hij vindt dat er een flinke stap vooruit is gezet met de productie van een simulant materiaal dat zo knap het ‘ouder’ asteroïde materiaal nabootst. En voor het geval er sprake is van gevaarlijke materiaal gebruikt UCF’s lab een veiliger substituut. Dit alles geeft de ruimte vaart gemeenschap materiaal waarmee ze experimenten kunnen uitvoeren met enige ingebouwde zekerheid dat het redelijk overeenkomt met het ‘echte’ asteroïde materiaal. Zo wordt men niet beperkt voor wat betreft schaarste van meteoriet materiaal en zijn torenhoge prijzen. Metzger vertelt dat het team doorgaat met het verfijnen van het standaard systeem voor simulant materiaal in hun Exolith lab, maar op dit gebied ook een verdere uitgebreidere samenwerking zal aangaan met andere laboratoria en voor wat betreft de toepassingen en de consensus hierover zal intensief contact met de Amerikaanse Vereniging van Civiel Ingenieurs worden onderhouden. Bronnen; Phys.org, Universiteit van Central Florida
Mars simulant 20 USD per kg
Vorig jaar september verscheen er nog een artikel in Icarus dat astrofysici van UCF een op wetenschappelijke basis gestoelde standaard methode hadden ontwikkeld voor productie van Mars simulant materiaal. Projectleider van dit onderzoek was dezelfde professor Dan Britt, de directeur van het Exolith lab. Hij stelde dat het noodzakelijk is voor het kweken van gewassen om een goed testbed te hebben. Ruimtereizen vergen zoveel tijd en eenmaal daar aangekomen is zelfvoorziening op korte termijn noodzaak en dus is het belangrijk dat dit, via een uitgebreid beproefde methode hier op aarde, een veel grotere kans van slagen heeft. UCF’s formule is gebaseerd op de Mars grond die verzameld is door de Marsrover Curiosity. Onderzoekers gebruiken nu simulant stoffen die niet gestandaardiseerd zijn dus experimenten vergelijken is als appels en peren vergelijken. Het is lastig er zijn vele verschillende typen grond op Mars en op de asteroïden. Op aarde hebben we wit, zwart zand, klei, enz. Op andere planeten vind je kleigrond, zoute gronden enz. UCF verzamelt de ingrediënten van zijn opgestelde ‘recepten’ van overal vandaan. Mineralen voor een maangrond simulant komen bv uit Montana daar echt meteoriet materiaal veel te kostbaar is. Maan- Mars of asteroïde simulant, alles kan inmiddels bij het lab van UCF besteld worden. Voor zo een 20 USD per kg, en het is handiger dit materiaal op één plek te produceren dan dat ieder voor zich aan de slag gaat. Inmiddels heeft UCF tientallen orders binnen waarvan een order van het Kennedy Space Center afkomstig is, ter waarde van een half miljoen dollar. Bron; Phys.org, UCF
* Icarus is een vooraanstaand wetenschappelijk tijdschrift dat zich toelegt op wetenschappelijke artikelen betreffende de planetaire wetenschappen. Het wordt gepubliceerd onder auspiciën van de American Astronomical Society afdeling voor planetaire wetenschappen (DPS). De uitgever was Academic Press dat inmiddels deel is van Elsevier. Het tijdschrift bespreekt de resultaten van onderzoek op het gebied van astronomie, geologie, meteorologie, natuur- en scheikunde en biologie.
Philip T. Metzger et al, Measuring the fidelity of asteroid regolith and cobble simulants, Icarus (2018). DOI: 10.1016/j.icarus.2018.12.019
Het eerste boompje of plantje dat de mens op een andere planeet ooit vindt ? Zal hij meteen uit de grond wippen. Omdat hij plaats nodig heeft voor zijn bakstenen en zijn beton.
Na China doet ook Israel onderzoek naar het Maan oppervlak en zal er later ook Mars regoliet naar de Aarde of in situ geexploreert gaan worden.
Halffabrikaten van ruwe mineralen op asteroiden die weer bestaan uit elementen als waterstof, zuurstof, ijzer, nikkel, magnesium, titanium calcium etc. laat men dan bv in de atmosfeer van Mars en op het oppervlak vallen om dan centraal verzameld en verwerkt te worden.
Naast de Aarde, de Maan, manen van Jupiter en Saturnus, op of voor ruimtestations is vooral Mars lucratief als winning van delfstoffen op Mars zelf eerst een grote nucleair energie installatie behoeft.
Er is immers nauwelijks zwaartekracht op een asteroide en de fabriek op of in een baan om de asteroide kan dan met geringe energiekracht zeer veel massa verplaatsen.
Na het bij elkaar harken van met name losse stof van asteroiden geschiedt het proces voorts met scheiding door kunstmatige zwaartekracht, met scheiding van metalen door magneetwerking en tot slot chemische scheiding met zuren en superzuren.
Dus voor het continu proces moeten naast stuwstofgassen voor nucleair-thermische raketmotoren de grondstoffen voor deze zuren op de asteroiden worden geexploreerd.