宇宙探査の新時代は、月や小惑星での資源採掘という魅力的な展望を含め、全く新しい可能性を切り開いています。刺激的で、潜在的に大きな利益をもたらす可能性もあるように聞こえますが、現実は宇宙採掘は全く未知の領域です。そもそもこれらの資源が採掘される経済的価値があるかどうかを判断するために、まずは十分な探査を行う必要があります。
今後10年間、NASAとその協力機関は再び月へと目を向けています。NASAは、現在進行中のアルテミス計画の一環として、2025年に宇宙飛行士を月面に着陸させることを目指しています。これは、1972年の最後のアポロ計画以来、宇宙飛行士が月面に着陸する初めての機会となります。
宇宙には必要なものがある
この新たな探査時代は、人類の宇宙進出と経済活動の新たな時代をも招き入れています。それは、地球からロケットで資源を打ち上げるのではなく、資源の採掘によって推進されるようになるかもしれません。月には、飲料水として再利用できる氷が豊富に含まれている可能性があります。小惑星には、地球で販売できる貴金属がぎっしりと埋もれています。しかし、宇宙における採掘の未来は未知なる地であり、私たちはまだその可能性の表面をかすめ始めたばかりです。
実際、宇宙には人類が暗黒の宇宙空間を探索し、活動しながら生き延び、経済を繁栄させるために必要な資源が豊富に含まれている。月には巨大な氷の層があり、採掘すれば飲料水、居住地用の酸素ガス、あるいは月面からの打ち上げ用ロケット燃料などに利用できる可能性がある。さらに、ヘリウム3、希土類元素（REE）、そして塵に覆われたレゴリスも考慮する必要がある。小惑星もまた、プラチナなどの貴重な元素の集中的な供給源であり、採取して地球に輸送し、産業に販売することができる。同時に、官民両方の宇宙セクターは、宇宙生活が人類の発展にとって現実的な機会であると考えている。
宇宙採掘計画は、宇宙機関や企業が初期段階の準備を進めている中、今のところ大まかな構想にとどまっている。地球表面から何かを打ち上げるコストが依然として非常に高いため、月や小惑星での資源採掘は、宇宙における長期的な居住計画を推進する上で大きな近道となる可能性がある。
しかし、実際に着工する前に、企業や政府機関は様々な資源の採掘にかかるコストを分析し、これらの物質を宇宙で直接加工するか、地球に輸送するかが経済的に採算が取れるかどうかを判断する必要があります。少なくとも当面は、採掘に見合う価値がないと判断される可能性も十分にあります。過酷な宇宙環境でこれらの資源を採掘することは、数十年にわたる概念実証を必要とする、物流上の悪夢となる可能性があります。それでも、宇宙採掘の可能性を示唆する数十年にわたる研究と革新があり、そのすべては何年も前のアポロ計画の計画から始まりました。
必要な場所で直接材料を採掘する
「月資源について、SFレベルではなく真剣に議論された最初の会議は1962年11月でした」と、コロラド鉱山大学の宇宙資源プログラムディレクター、アンヘル・アブド＝マドリッド氏は米Gizmodoの電話インタビューで語った。NASAは当時アポロ計画を進めており、宇宙飛行士が安定した酸素供給を必要とすることを認識し、月面から直接酸素を抽出することを検討したとアブド＝マドリッド氏は説明した。「私たちが月に滞在したのは数日、あるいは数時間だけだったから実現したわけではありません。地球から何かを打ち上げるには莫大なコストとエネルギーがかかるため、資源をその場（つまり現場そのもの）で直接採取する必要があるという認識は、それほど昔からあったのです」とアブド＝マドリッド氏は語った。
NASAでは、「採掘」という言葉だけでは宇宙資源の採取と利用の全体像を捉えきれないため、代わりに「現場資源利用（in-situ resource utilization）」（ISRU）という包括的な用語を使用しています。この包括的な用語は、月面から材料や資源を採掘するプロセスだけでなく、それらの原材料を用いて新しい製品を生産することも指します。
例えば氷を考えてみましょう。月の地質学者たちは、月の永久影領域の土壌に氷が隠れていると考えるに十分な根拠を持っています。これらの氷の貯留層は、NASAの不運なルナー・フラッシュライトが地図上に描くために計画されたものでした。そう遠くない将来、月面の宇宙飛行士はこれらの貯留層を採掘し、氷を溶かして飲料水を補充できるようになるでしょう。また、その水は月面で化学的に酸素と水素に分解され、居住地や基地に呼吸可能な空気を供給したり、ロケット燃料や推進剤の合成に利用したりすることも可能です。
「ISRUとは、何かを採掘して地球に持ち帰ることを意味するかもしれません」と、商用月着陸船プロバイダーのIntutive Machinesの主任科学者、ベン・バッシー氏はGizmodoとの電話インタビューで語った。「しかし、月面での活動を容易にするインフラを構築するといったことも意味するかもしれません。」
宇宙飛行士はISRUをさらに一歩進め、月の土壌から金属を採取して居住施設や打ち上げ設備などのインフラを建設することも可能です。NASAジョンストン宇宙センターのISRUシステム能力責任者であるジェリー・サンダース氏は、月の土壌にはアルミニウム、鉄、チタン、シリコンが含まれており、これらの金属をレゴリスから処理してより純粋な形に鍛造し、建設に利用できると述べています。また、レゴリスは土壌中のケイ酸塩鉱物に酸素が閉じ込められているため、酸素の優れた供給源にもなり得ます。
「レゴリス全体の質量比で酸素含有量は42～44%程度です」とサンダース氏は電話会議で説明した。「つまり、レゴリスを処理する際には、大量の酸素が必要になるということです。」
NASAは基礎を築いている
宇宙飛行士が月面に降り立つのは2025年のアルテミス3号打ち上げまでですが、NASAはすでにISRU運用の初期計画を立てています。サンダース氏によると、ルナ・トレイルブレイザー衛星は軌道上から赤外線分光計を用いて月面の水氷の探査を継続するとのこと。赤外線は水に吸収されるため、科学者は探査機からの測定値を用いて、ルナ・フラッシュライトが想定していたように、これらの氷の貯蔵庫の大きさと分布を特定できる可能性があります。
一方、NASAのVIPER（揮発性物質調査極地探査ローバー）ミッションは、月面を掘削し、水氷を直接発見・分析するものです。ルナ・トレイルブレイザーとVIPERは、それぞれ2024年初頭と年末に打ち上げられる予定です。この初期の探査作業が完了すれば、数十年後にはISRUの活動ははるかに大規模になるでしょう。
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「そのくらい遠い未来には、大規模な事業が展開されるでしょう。掘削機や掘削機、そして特定のプラントへの資材輸送機など、様々な機械が使われるでしょう」とアブド＝マドリード氏は述べた。「誰もが電力、通信、そして輸送を必要とするため、あらゆるインフラが整備されることになるのです。」
NASAはISRUの可能性を探るため独自のミッションを計画している一方で、民間宇宙企業が追随できる模範を示そうともしている。NASAはこれまでにも民間宇宙請負業者に業務を委託してきた。例えば、SpaceXのロケットはNASAのペイロードを軌道に乗せ、アルテミス計画用の新型宇宙服はAxiom Spaceが設計している。これらのケースでは、NASAは宇宙企業が追随できるようなエンジニアリングの枠組みや出発点をある程度構築していたが、ISRUはまだ未知の領域であり、サンダース氏は、民間宇宙産業は企業が参入する前に、月面での採掘がロジスティクス的に可能かどうかを判断する必要があると述べている。
「官民パートナーシップと民間企業の関与は、NASAの目標達成と実現にとってますます重要になっています」とサンダース氏は述べた。「ISRUを完全に商業化する前に、NASAと民間企業が破産することなく安心して業務を引き受けられるよう、技術ポートフォリオ全体の強化を支援する必要があります。」
小惑星採掘の見通し
月の表面は水、酸素、そしてアルミニウムや鉄といった一般的な金属の主要な供給源となり得る一方で、小惑星は貴金属の供給源となる可能性があります。例えば、プラチナやニッケルは金属小惑星の中心核に集中しています。アブド＝マドリード氏の説明によると、小惑星が成長するにつれて重力が増加し、これらの高密度の元素が引き込まれます。採掘された金属は地球に輸送され、様々な産業に販売される可能性があります。この点を考慮すると、小惑星は採掘の機会として当然のように思えますが、NASAは現時点では小惑星をターゲットとする計画は立てていません。
「現在、私たちが最も注力しているのは、短期的な投資回収が最も見込める月だからです」とサンダース氏は語った。
公共部門が月に注目しているにもかかわらず、一部の民間宇宙企業は月を放棄し、小惑星に目を向けています。カリフォルニアに拠点を置く小惑星採掘会社AstroForgeは、2022年5月に1,300万ドルの資金調達を行いました。同社は、岩石に着陸して直接採掘するのではなく、宇宙空間で直径66～4,920フィート（20～1,500メートル）の小惑星を砕いて物質を採取する方法を計画していると報じられています。
「プラチナ族金属はあらゆる分野で使われています。自動車の排出ガス削減や化学療法薬の原料として使われ、あらゆる電子機器にもこうした元素が使われています」と、AstroForgeの共同創業者マット・ギアリッチ氏は2022年5月の米Gizmodoとの電話インタビューで語った。「私たちの真の夢は、深宇宙に進出し、資源を活用することです。」
1月、AstroForgeは2023年に2回の打ち上げを発表した。4月には、OrbAstroとの共同研究で、同社の軌道上採取技術を実証するため、小惑星模擬体となるサンプルを事前に搭載した宇宙船を軌道上に打ち上げる予定だった。AstroForgeの広報担当者はGizmodoへのメールで、「Brokkr-1」と呼ばれるこのミッションは「打ち上げに成功し、順調に稼働しており、良好な状態にある」と述べた。別のミッションは現在2023年10月に予定されており、同社はOrbAstro、Intuitive Machines、Dawn Aerospaceと提携して、深宇宙にある小惑星を観測する予定だ。
月や小惑星の採掘は価値があるのでしょうか?
では、結局、それだけの価値があるのでしょうか？ 一言で言えば、おそらくそうでしょう。しかし、考慮すべき要素がいくつかあります。
月には長期居住を可能にする資源があり、小惑星には地球上で高く評価される金属が豊富に存在しますが、これらの資源の市場がなければ宇宙採掘産業は繁栄できません。例えば、月面居住のために月のレゴリスから精製された酸素を購入する意思のある国があれば、月面レゴリスの採掘需要は増加するでしょう。同時に、宇宙採掘に関心を持つ企業や機関は、関心のある資源について基本的な費用対効果分析を行う必要があります。もし資源の入手が困難で、顧客への提供も困難な場合、その資源を採掘する事業性は弱まります。
「地球上で資源の探査や検証といった作業には、標準的なプロセスがあります。何かを見つけ、それを採掘して利用することが経済的に採算が取れるかどうかを見極める必要があります」とバッシー氏は述べた。「何かの資源として素晴らしいものがあっても、入手が困難すぎるということもあるでしょう。月でも同じことが起こると思います。」
宇宙採掘業者が資源の採算性が十分にあると判断し、顧客がそれに対して支払う意思があるとすれば、宇宙採掘産業は確立し、拡大することができます。この拡大は、完全に二次的な経済を活性化させる可能性があります。この産業には電力、採掘設備、輸送ロジスティクス、そして人員が必要になりますが、これらはすべて、利益を狙う他の企業によって提供される可能性があります。カリフォルニア・ゴールドラッシュで人々が利益を得ようとしたのと同じように。
「1800年代、人々が金や銀を求めて西へやって来た地球の鉱業と同じように、ここでも採掘が行われていました」とアブド＝マリン氏は語った。「人々はシャベルやツルハシ、斧を売り、鉱夫たちから金を稼いでいました。同じことがここでも起こっていたのです。」
月の土壌をロケット燃料に利用したり、小惑星から採取したプラチナを販売したりするというのは、あまりにも現実離れした空想的なイメージに思えますが、宇宙採掘は、たとえ小規模であっても、私たちの生きている間にほぼ確実に実現するでしょう。科学的には、宇宙の裏庭には強力な経済的インセンティブを持つ資源が豊富に存在することが示されていますが、宇宙採掘の経済的側面は、今のところまだ具体化されていません。それでも、人類の夜明け以来、文明は土地で暮らしてきました。そして、私たちが長期的な宇宙居住と探査に戻るにつれ、月や小惑星での暮らしは新たなフロンティアとなるでしょう。
