Asteroiden Mining

Wider mal ein Raumfahrt-Startup. Als gäbe es nicht genügend Firmen die Trägerraketen bauen, Satelliten oder Experimente. Aber diesmal ist es wirklich was neues. Das Konzept, das die Space Mining Company (SpaMinC) vorstellte ist wirklich neu. Denn bisher konnte man im Weltraum kein Geld verdienen. Man konnte Geld verdienen, indem man Dinge von der Erde in den Weltraum brachte (Launch Services Provider) oder Satelliten eine Dienstleistung erbringen, die auf der Erde nützlich ist wie Fotografie oder Telekommunikation. Aber noch niemals hat jemand Geld damit verdient, das er den Raum, Himmelskörper oder die Strahlung im All selbst nutzte.

Seit Jahren wird darüber geredet, das das Helium-3, das aus dem Sonnenwind stammt und in kleinen Mengen im Mondgestein adhäsiv gebunden ist, als Brennstoff für die Kernfusion genutzt werden könnte. Aber zum einen haben wir ja noch nicht mal die Kernfusion soweit entwickelt, dass sie wirklich Energie liefet und nicht nur verbraucht und zum anderen sind die Mengen so gering, das man einen enormen Aufwand treiben muss es zu gewinnen. Ob es wirtschaftlich ist ist die eine Sache. Technisch durchführbar ist es heute mit Sicherheit nicht.

Die Space Mining Company ist die erste Firma die sich Gedanken gemacht hat, was heute wirtschaftlich möglich ist und auch etwas gefunden: Asteroidenmining, Genauer gesagt: Einfangen und Wasserung eines Eisenmeteoriten auf der Erde.

Das Konzept ist nicht mal so unrealistisch, wie man glaubt, die Firma hat einen Mehrstufenplan erarbeitet. In den ersten zwei Stufen soll die Technologie arbeitet werden, bevor es in der dritten Stufe an die Umsetzung geht, mit dem Ziel Gewinne zu erwirtschaften.

Die Firma will eine Sonde auf einem Asteroiden landen, wobei die Bezeichnung Asteroid mehr eine Klassenbezeichnung ist, denn geplant ist vorerst nur ein kleiner Körper von 10 m bis maximal 20 m Durchmesser als Ziel. Dieser soll dann zur Erde bugsiert werden und in einem flachen Gewässer niedergehen wo er leicht geborgen oder bergmännisch abgebaut werden kann. Dabei setzt sie auf Sonnensegel als Technologie. Das ist nicht so verwunderlich. Bei Untersuchungen wie man Asteroiden aus der Bahn ablenken kann wurden schon früher Sonnensegel vorgeschlagen. Sie arbeiten anders als Ionentriebwerke ohne Treibstoff, können also theoretisch unendlich lange betrieben werden. Anders als Farbe kann man mit Ihnen aber den Kurs beeinflussen. Zudem habn sie einen einfachen Aufbau, sind also potenziell eine billige Technologie.

Die Firma beginnt mit zwei Technologiemissionen. Die erste Mission wird nur ein Sonnensegel in einen niedrigen Erdorbit bringen, von dort aus soll es sich von der Erde fortspiralen. Das ist dahingehend schon etwas neues, weil bisher alle Sonnensegel erst entfaltet wurden als die Sonden schon auf einem Fluchtkurs waren oder sie nur in der Erdumlaufbahn verblieben. Dieses erste Sonnensegel soll als Sekundärnutzlast gestartet werden und weniger als 300 Pfund, also 136 kg wiegen. Es ist aber noch ein konventionelles Segel.

Stufe 2 soll schon die Start- und Herstellungskosten decken. Geplant ist erneut ein Heraufspiralen aus dem Orbit, diesmal aber nicht auf eine Fluchtbahn, sondern nur bis zu dem GEO-Orbit. Dort will die Firma an einen ausgedienten Kommunikationssatelliten ankoppeln und ihn von dort aus auf eine Fluchtbahn bringen. Als Folge kann der Satellit länger betrieben werden, da er keinen Treibstoff für das Verschieben in einen „Graveyard“ Orbit braucht. Wenn dieses Konzept klappt, so soll es eine Einnahmequelle generieren. Das wäre auch möglich mit dem Transport von Nutzlasten vom LEO in den GEO möglich. Dieses Solar Sail soll die bisher nur theoretisch untersuchte Technologie von „ultra-lightweight“ Sails erproben. Herkömmliche Sonnensegel bestehen aus einer dünnen Kunststofffolie die mit alumnium als Reflexionsschicht bedampft ist. Bei den ULW-Sails wird die Kunststofffolie weggeätzt und es bleibt nur noch die Aluminiumschicht, Diese nur 100 Mikrometer dickte Schicht wiegt dann nur noch 0,3 g. Dagegen wiegen konventionelle Sonnensegel noch 5 bis 10 g/m². Das Problem ist, dass am eine so dünne Schicht zwar noch herstellen und aufrollen kann, aber nicht mehr auf der Erde entfalten. Schon der kleinste Windhauch würde sie zum Reißen bringen. Ein Test ist daher nur im Weltraum möglich. Ob es möglich ist, wird sich zeigen. Die erste Asteroidenmission wird zur Sicherheit noch konventionelle Sonnensegel einsetzen.

Danach will das Unternehmen an die Börse gehen um Kapital aufzubringen, denn für den nächsten Schritt braucht man doch einiges mehr an Geld. Es gibt zwar verschiedene Geschäftskonzepte wie man Umsätze generieren könnte, von naheliegenden wie dem Transport von Satelliten zwischen Umlaufbahnen und Raumsonden bis hin zur Kostenreduktion für den Transport von Mondgestein zur Erde (Es müsste nur in einen Mondorbit gebracht werden, das ΔV wäre dann 4 km/s gegenüber 9 km/s bei einem konventionellen Antrieb (Referenz zu einem niedrigen Erdorbit) was die Nutzlast deutlich erhöhen würde.

Wie soll nun das Unternehmen ablaufen? Die Firma plant ein riesiges Sonnensegel zu starten. Die Masse soll rund 20 t betragen. In einer 600 km hohen Umlaufbahn wird es entfaltet und dann innerhalb von wenigen Tagen (es ist ja keine Nutzlast vorhanden) verlässt das Segel die Erde. Es macht sich dann zu einem Asteroiden auf, dockt an und wird zuerst dessen Eigenrotation stoppen. danach wird es seinen Kurs ablenken. Bei einer Fläche von rund 1,6 km² (konventionelle Architektur bzw. 8 km² (Nur Aluminiumfläche) wird es riesig sein – aber auch fähig in wenigen Tagen die Erde zu verlassen. Danach macht es sich zum einen Asteroiden auf, wo das heikelste Manöver ansteht – das Andocken. Zuerst wird das Segel eine eventuelle Rotation zum Stillstand bringen und dann ihn auf einen Kollisionskurs mit der Erde bringen. Wie groß er sein kann hängt von dem Geschwindigkeitsaufwand und der verfügbaren Zeit ab. Die Firma rechnet damit, einen 10.000 t schweren Asteroiden der die Erde sonst in 1 Jahr in 1 Million Kilometer Entfernung passieren würde in diesem Jahr auf einen Kollisionskurs zu bringen. Das wäre bei der anvisierten Klasse von Asteroiden, Ataxiten ein Körper von 13,4 m Durchmesser, wenn er Kugelform hat.

Auf der Erde soll er in eine küstennahe Flachwasserzone oder einen ausgedehnten See gebracht werden. Der Körper ist zum einen groß genug um nicht beim Atmosphäreneintritt nicht zu zerbrechen (der auch weitgehend senkrecht erfolgen soll um möglichst wenig Material zu verdampfen), zum anderen schlägt er keinen großen Krater. Im Meer ist die Flutwelle klein und ebbt schnell ab. Danach wird er geborgen und bergmännisch abgebaut, dafür darf er in nicht zu tiefer See sein (100-200 m) sich befinden.

Die Frage ist nun ob sich dieses Konzept lohnt oder nur eine Träumerei ist wie sie viele Konzepte haben. Da sahen wir ja in den letzten Jahren sehr viele bis hin zum Marsflug ohne Wiederkehr „Mars one“ genannt. Es lohnt sich nur bei einer bestimmten Klasse von Asteroiden, den Ataxiten. Diese bestehen zu mehr als 18% Nickel, der Nickelpreis liegt derzeit bei 14.000 Dollar pro Tonne, ein 10.000 t Brocken ist so 25 Millionen Dollar wert. Dazu kommen aber noch jede Menge an wertvollen anderen Metallen. Etwa 10 ppm Platinmetalle (5,3 Millionen Dollar), 100 ppm Germanium (3 Millionen Dollar) und 400 ppm seltene Erden (je nach Zusammensetzung 3-12 Millionen Dollar). Insgesamt dürfte der Brocken rund 40 bis 46 Millionen Dollar bei den heutigen Rohstoffpreisen wert sein.

Damit ist die Bergung heute noch ein Verlustgeschäft. Die Firma rechnet aber mit steigenden Rohstoffpreisen. So lag der Preis für seltene Erden zwischen Oktober 2010 und April 2011 z.B. fünfmal höher als heute. Nickel kostete auch schon mal über 20.000 Dollar pro Tonne. Weiterhin kann man mit der zweiten Generation von leichteren Segeln 5-mal größere Brocken bei dem gleichen Startpreis abtransportieren das gilt auch für niedrigere Vorbeiflugdistanzen und geringere Geschwindigkeiten oder wenn man sich mehr Zeit lässt, prinzipiell kann das Sonnensegel ja „ewig“ lang betrieben werden.

Das Hauptproblem ist, das die Ataxite eine sehr seltene Meteoritenklasse sind. Man kennt 50 dieser auf der Erde. Die Space Mining Company setzt auf eine Zusammenarbeit mit den Astronomen und will mindestens zwei Spektrografen finanzieren. Einer wird im PANSTARRS Teleskop eingebaut werden, der Standpunkt des zweiten ist noch unbekannt. Während sonst die Suchteleskope für Asteroiden nur die Bahn feststellen sollen, wird das Spektroskop dies nicht können, aber die chemische Zusammensetzung bestimmen. Da Suchteleskope jedes Jahr Tausende von Asteroiden entdecken wäre es nur eine Frage der Zeit bis man einen Kandidaten findet. Die Spektroskopie ist auch aus einem anderen Grund wichtig: Die Gehalte an interessanten Minorelementen wie Germanium (3.000 $/kg), Rhenium (4.000 $/kg), Yttrium und Europium (1.500 $/kg) oder gar Gold (42.000 $/kg) oder Platin (48.000 $/kg) ist stark schwankend. Schon in normalen Eisenmeteoriten mit geringem Nickelanteil sind Funde mit bis zu 0,1% dieser Elemente bekannt. Bei dieser Menge sind diese dann wertvoller als das Nickel und Eisenmeteoriten gibt es anders als Ataxite recht viele. In Ataxiten können sie noch höhere Konzentrationen aufweisen, zudem sind sie leichter gewinnbar als aus Erzen. Basierend auf der Zusammensetzung bekannter irdischen Proben kann eine Tonne Meteorgestein so bis zu 5.000 Dollar wert sein. Ein 10.000 t Brocken also bis zu 500 Millionen Dollar. Das wäre dann selbst nach Abzug der Startkosten mehr als lohnend.

2017 steht die erste Technologiemission an – dann wissen wir mehr.