小惑星採掘

1970年以前は、小惑星採掘は主にSFの世界の話だった。『Worlds of If』^{[ 8 ]} 、『Scavengers in Space』^{[ 9 ]}、『Miners in the Sky』^{[ 10 ]}などの出版物では、小惑星採掘に伴う危険性、動機、経験などが描かれていた。同時に、多くの研究者が小惑星採掘で得られる利益について推測していたが、それを本格的に追求するための技術が不足していた。^{[ 11 ]}

1969年、^{[ 12 ]}アポロ11号の月面着陸は、地球の軌道をはるかに超えた人類の宇宙活動に対する科学的な関心の波を引き起こしました。次の10年間、小惑星採掘というテーマに対する学術的な関心が高まりました。本格的な学術的検討のかなりの部分は、小惑星帯よりも地球に近い小惑星の採掘に向けられていました。特に、アポロ群とアモール群が検討されました。^{[ 13 ]}これらの群が選ばれたのは、地球に近いという理由だけでなく、当時多くの人が、精製可能な原材料が豊富だと考えていたためです。^{[ 13 ]}

関心の高まりにもかかわらず、宇宙科学コミュニティの多くの人々は、小惑星についてほとんど知られていないことを認識しており、小惑星採掘にはより段階的かつ体系的なアプローチを推奨した。^{[ 14 ]}

小惑星採掘に対する学術的な関心は1980年代まで続いた。アポロ群とアモール群をターゲットにするという考えは依然として一定の人気があった。^{[ 15 ]}しかし、1980年代後半には、アポロ群とアモール群への関心は、火星の衛星であるフォボスとダイモスへの関心に取って代わられつつあった。^{[ 16 ]}

NASAなどの政府機関や宇宙機関は、宇宙で物質を処理する方法^{[ 17 ]}や、宇宙から仮に収集された物質をどうするかについての構想を練り始めている^{[ 18 ] 。}

はやぶさ2小惑星サンプルリターンミッション（2014年12月3日～2020年12月5日）

小惑星採掘を追求する新たな理由が浮上した。これらの理由は、地球の天然資源を人間が過剰に消費することへの懸念^{[ 19 ]}や、宇宙空間で太陽からエネルギーを回収しようとする試み^{[ 20 ]など、環境問題に関係するものであった。}

同じ10年間、NASAは小惑星中のどの物質が抽出に価値があるかを明らかにしようとしていた。これらの物質には、遊離金属、揮発性物質、および大量の土が含まれていた。^{[ 21 ]}

2010年代に関心が急上昇した後、小惑星採掘の野望はより遠い長期的な目標へと移行し、一部の「小惑星採掘」企業はより汎用的な推進技術へと方向転換した。^{[ 22 ]}

2012年4月24日、ワシントン州シアトルの航空博物館で、億万長者の起業家たちが小惑星から資源を採掘する計画を発表した。^{[ 23 ]}この会社はプラネタリー・リソーシズと呼ばれ、創設者には航空宇宙起業家のエリック・アンダーソンとピーター・ディアマンディスが含まれていた。^{[ 24 ]}同社は、2020年までに宇宙に推進剤貯蔵庫を建設し、小惑星から水を水素と酸素に分解して衛星や宇宙船に補給するプロセスを開発することを目指していると発表した。顧問には映画監督で探検家のジェームズ・キャメロンが、投資家にはグーグルの最高経営責任者ラリー・ペイジが、会長にはエリック・シュミットがいた。^{[ 25 ] [ 24 ]}候補となる小惑星を特定して調査するために提案された望遠鏡技術は、アーキッド宇宙船ファミリーの開発につながった。 2015年^{[ 26 ]}と2018年^{[ 27 ]}に2つのプロトタイプが飛行した。その後まもなく、Arkyd宇宙望遠鏡技術に関するすべての計画は放棄され、会社は解散し、ハードウェアは競売にかけられ^{[ 28 ]}、残りの資産はブロックチェーン企業であるConsenSysによって買収された^{[ 29 ]}。

プラネタリー・リソーシズが登場してから1年後の2013年、デビッド・ガンプ、リック・タムリンソンらが設立したディープ・スペース・インダストリーズ社が同様の小惑星採掘計画を発表した。^{[ 30 ]}当初の目標は、2015年と2016年に探査およびサンプルリターン宇宙船で小惑星を訪れ、^{[ 31 ]} 10年以内に採掘を開始することだった。^{[ 32 ]}ディープ・スペース・インダストリーズ社はその後、構想していた小惑星での活動を可能にする推進システムの開発と販売に方向転換し、2018年には水推進スラスタの成功シリーズを発表した。^{[ 33 ]}そして2019年には、地球軌道システムと宇宙飛行コンポーネントのポートフォリオを持つブラッドフォード・スペース社に買収された。^{[ 34 ]}

2020年代には関心が再び高まり、米国、ヨーロッパ、中国の企業が、SpaceXに大きく牽引された商業宇宙探査の新時代に後押しされて、取り組みを再開した。SpaceX の再利用可能なロケットブースターの開発により、宇宙へのアクセスコストが大幅に低下し、小惑星採掘への関心と投資が再び高まった。米国議会委員会は、2023 年 12 月にこのテーマに関する公聴会を開催し、この関心を認めた。^{[ 35 ]}また、1 オンスあたり数千ドルで売れるイリジウムなどの金属を採掘するために、M 型小惑星への初の着陸を試みる取り組みもある。民間企業主導の取り組みにより、どの小惑星が特定され、採掘ミッションのターゲットになっているかを曖昧にする秘密主義の新たな文化も生まれており、以前の政府主導の小惑星研究と探査はより透明性をもって運営されていた。^{[ 36 ]}

希少性とは、限られた資源しかない世界で、人間が限りない欲求を持っているという根本的な経済問題である。地球の資源は有限であるため、小惑星の鉱石の相対的な豊富さは、小惑星採掘によってほぼ無限の資源を得られる可能性を秘めており、それによってこれらの物質の希少性を実質的に解消できる可能性がある。

資源枯渇の考え方は新しいものではない。1798年、トーマス・マルサスは、資源は究極的には限られているため、人口の指数関数的な増加は一人当たりの所得の低下を招き、最終的には貧困と飢餓が人口増加の抑制要因となるだろうと書いた。^{[ 76 ]}マルサスは、228年前の時点では、原材料に関してマルサス効果の兆候はまだ現れていなかった。

• 確認埋蔵量とは、現在または類似の需要、価格、その他の経済的および技術的条件下で経済的に採掘可能であることが既に発見され、知られている鉱物資源の鉱床のことである。^{[ 76 ]}
• 条件付き埋蔵量とは、まだ経済的に採算が取れない発見済みの鉱床のことである。^{[ 76 ]}
• 推定埋蔵量は、調査や地質学的予測から得られたデータに基づく、測定頻度の低い鉱床である。仮説埋蔵量と投機的資源は、このグループの埋蔵量を構成する。^{[ 76 ]}
• 推定埋蔵量とは、発見されたもののまだ採掘されていない鉱床のことである。^{[ 76 ]}

小惑星採掘技術の継続的な発展は、鉱物発見の増加に役立つ可能性がある。^{[ 77 ]}地球上で鉱物資源、特に白金族金属を採掘するコストが上昇するにつれて、宇宙探査に関する技術革新により、天体から同じ資源を採掘するコストは低下する。^{[ 76 ]}

Asterankなどの小惑星追跡カタログによると、既知の小惑星は約700個あり、それぞれの価値は100兆米ドルを超えていると推定されている。 ^{[ 78 ]}

宇宙事業は、長いリードタイムと多額の資本投資を伴うハイリスクな事業であり、小惑星採掘プロジェクトも例外ではありません。これらの事業は、民間投資または政府投資によって資金調達される可能性があります。商業事業の場合、得られる収益が総コスト（採掘コストとマーケティングコスト）を上回る限り、利益を上げることができます。^{[ 76 ]}小惑星採掘事業にかかるコストは、1996年には約1,000億米ドルと推定されました。^{[ 76 ]}

小惑星採掘事業で考慮されるコストには6つのカテゴリーがあります。^{[ 76 ]}

1. 研究開発費
2. 探査および調査費用
3. 建設およびインフラ開発費用
4. 運用およびエンジニアリング費用
5. 環境コスト
6. 時間コスト

財務的実現可能性の判断は、正味現在価値によって最もよく表されます。^{[ 76 ]}財務的実現可能性に必要な要件の 1 つは、約 30% と見積もられる高い投資収益率です。 ^{[ 76 ]}計算例では、簡略化のために、小惑星上の唯一の価値のある物質はプラチナであると仮定します。2016 年 8 月 16 日のプラチナの価格は、1オンスあたり 1157 ドル、または 1 キログラムあたり 37,000 ドルでした。価格が 1,340 ドルの場合、投資収益率が 10% であれば、小惑星鉱石 1,155,000 トンごとに173,400 kg (5,575,000 ozt )のプラチナを抽出する必要があります。投資収益率が 50% であれば、小惑星鉱石 11,350,000 トンごとに1,703,000 kg (54,750,000 ozt)のプラチナを抽出する必要があります。この分析では、プラチナの市場供給量を倍増（2014年には513万オンス）してもプラチナ価格に影響はないと仮定している。経済学に基づく評価では、需要の明らかな増加を伴わずにプラチナの供給量を増やすと価格が下落すると結論づけられるだろう。^{[ 79 ]}    

小惑星採掘のさまざまな技術的パラメータに関する経済的実現可能性は、Sonter ^{[ 80 ]}および最近では Hein らによって提示されています。彼らは特にプラチナを宇宙から地球に持ち込むケースを調査し、この特定のケースで経済的に実行可能な小惑星採掘はかなり困難であると推定しています。^{[ 81 ]}

宇宙へのアクセス価格の低下は重要である。2018年に軌道上でのキログラムあたりのコストが低いSpaceXのファルコンヘビーロケットの運用が開始されたことで、経済的に採掘可能な地球近傍小惑星の数が数百から数千に増加したと天文学者のマーティン・エルビスは予測している。ファルコンヘビーが提供する毎秒数キロメートルのデルタVが利用可能になったことで、アクセス可能な地球近傍小惑星の数が3%から約45%に増加した。^{[ 82 ]}

複数の当事者による長期鉱物採掘事業への共同投資の先例は、カリフォルニア州を含む複数の米国州の州法に存在する鉱業パートナーシップの法的概念に見出すことができる。鉱業パートナーシップでは、[各]鉱業パートナーシップのメンバーは、鉱山における自身の持分または株式がパートナーシップ全体の資本または株式の総数に占める割合に応じて、その利益と損失を分配する。^{[ 83 ]}

火星は地球よりも小惑星帯にずっと近いので、小惑星帯に到達して火星に鉱物を持ち帰るのに必要なデルタvは少なくて済みます。 1つの仮説は、火星の衛星（フォボスとダイモス）の起源は、実際には小惑星帯から捕獲された小惑星であるということです。 ^{[ 84 ]}メインベルトの16プシケには、10,000京米ドル以上の鉱物がある可能性があります。NASAは、2029年8月までに小惑星に到達するためにプシケ周回機を使用して、2023年10月13日に調査ミッションを開始しました。^{[ 85 ]} 511ダビダには、27京ドル相当の鉱物と資源がある可能性があります。^{[ 86 ]}火星の衛星フォボスを使用して宇宙船を打ち上げることは、エネルギー的に有利であり、メインベルトの小惑星へのミッションを派遣するのに便利な場所です。^{[ 87 ]}火星とその衛星の小惑星帯から鉱物を採掘することは、火星の植民地化に役立つ可能性がある。^{[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]}

フォボスは火星の周りを同期軌道で周回しており、同じ面が火星表面から約6,028 km上空で常に火星に面している。宇宙エレベーターはフォボスから火星まで6,000 km、火星表面から約28 km、火星の大気圏外まで伸ばすことができる。同様の宇宙エレベーターケーブルを反対方向に6,000 km伸ばし、フォボスとのバランスを取ることもできる。合計すると、宇宙エレベーターは12,000 km以上伸び、火星の大気静止軌道（17,032 km）より下になる。ロケットと貨物を宇宙エレベーターの始点（表面から28 km上空）まで運ぶにはロケット打ち上げが必要となる。火星の赤道面は0.25 km/sで自転しており、宇宙エレベーターの底部は火星の周りを0.77 km/sで自転しているため、宇宙エレベーターに到達するには0.52 km/sのデルタvのみが必要となる。フォボスは秒速2.15kmで公転し、宇宙エレベーターの最外縁部は秒速3.52kmで火星の周りを回転する。^{[ 91 ]}         

約100カ国による10年間の交渉を経て、宇宙条約は1966年1月27日に署名のために開放されました。そして1967年10月10日に宇宙の憲法として発効しました。宇宙条約は好評を博し、96カ国が批准し、さらに27カ国が署名しました。その結果、国際宇宙法の基本的基盤は、5つ（あるいは4つ）の国際宇宙条約と、様々な決議や宣言から成り立っています。主要な国際条約は1967年の宇宙条約であり、一般的に宇宙の「憲法」とみなされています。1967年の宇宙条約を批准した98カ国は、宇宙は「人類の領域」に属し、すべての国が宇宙を「利用」し「探査」する自由を持ち、これらの行為は「全人類の利益」となるように行われなければならないことに同意しました。^{[ 99 ]}

人類の領域原則やその他の重要な用語はまだ具体的に定義されていません。^{[ 100 ]}批評家は宇宙条約が曖昧だと不満を述べています。しかし、国際宇宙法は長年にわたりうまく機能し、宇宙商業産業や利益に貢献してきました。たとえば、月の岩石の持ち出しと採掘は合法的に許可されているものとして扱われてきました。

宇宙条約の起草者たちは当初、より具体的な法的規定を後から作成する意図で、まず大まかな用語を固めることに重点を置いた（Griffin、1981：733-734）。^{[ 101 ]そのため、COPUOSのメンバーは後に、1968年の救助帰還協定[ 102} ]、 1973年の責任条約[103 ^] 、1976年の登録条約^{[ 104 ]}という「3つの補足協定」に見られるより具体的な理解を明確にする^{ことで、宇宙条約の規範を拡大した。}

ホーベ（2007）は、宇宙条約は「領土財産権の取得のみを明示的にも暗黙的にも禁止している」が、宇宙資源の採掘は許可されていると説明している。宇宙法当局の間では、民間企業が営利目的で採掘する場合でも、宇宙資源の採掘は許可されているというのが一般的な理解である。しかし、国際宇宙法は領土および宇宙空間の土地に対する財産権を禁止している。ホーベはさらに、「宇宙条約の下でそのような利用が許可されていることを意味する天然資源の採掘の問題」については言及されていないと説明している（2007：211）。彼はまた、宇宙条約第1条第1項に従って宇宙資源からの利益の分配に関して未解決の問題があることも指摘している。^{[ 105 ]}

月条約は、国連憲章の一部として1979年12月18日に署名され、国連宇宙空間平和利用委員会（COPUOS）の加盟国が合意した5カ国批准合意手続きを経て1984年に発効した。^{[ 106 ]} 2019年9月現在、この条約に署名または批准した国はわずか18カ国である。^{[ 106 ]}他の3つの宇宙条約は、署名と批准に関して高いレベルの国際協力が見られたが、月条約は、共通遺産の概念をより詳細に定義し、宇宙空間の探査および/または利用に関与する当事者に特定の義務を課すことで、それらよりもさらに進んだ。月条約は、月とその天然資源を人類の共通遺産の一部として明示的に指定している。^{[ 107 ]}

第11条は、月資源は「主権の主張、使用または占有、またはその他の手段による国家の収用の対象とならない」と定めている。^{[ 108 ]}しかし、資源の採掘は「国際体制によって管理される」場合に限り許可されることが示唆されている（第11.5条）が、そのような体制の規則はまだ確立されていない。^{[ 109 ]} NASAの法務顧問であり、月条約の米国首席交渉官であるS・ニール・ホーゼンボールは、2018年に、国際体制の規則の交渉は、月資源の採掘の実現可能性が確立されるまで延期すべきだと警告した。^{[ 110 ]}

宇宙開発国によるこの条約への反対は、採掘された資源（およびそれに使用される技術）を他国と共有しなければならないという要件にあると考えられている。国連海洋法条約における同様の制度は、海底におけるそのような産業の発展を阻害すると考えられている。^{[ 111 ]}

米国、ロシア連邦、中華人民共和国は、月協定に署名も加入も批准もしていない。^{[ 111 ]}

小惑星での採掘は、これらの天体のレゴリスが微細な粒子で構成されていることから、大量の粉塵を発生させると予想されます。この粉塵はガラス含有量が高いため研磨性があるだけでなく、粘着性があり、機器や宇宙服に付着する可能性があります。 ^{[ 133 ]}アポロ計画の6つのミッション（11、12、14、15、16、17）など、過去のミッションでは、月面塵（小惑星にも同様の塵が存在する）が機械システムや視界を妨げ、宇宙飛行士の健康リスクをもたらすなど、深刻な問題が報告されています。 ^{[ 134 ]}小惑星採掘においても同様の課題が予想され、粉塵はかなりの距離を移動し^{[ 135 ]}、近隣の作業に影響を与える可能性があります。このリスクを管理することは、将来のOEM活動の環境面および技術面での成功にとって極めて重要となるでしょう。

小惑星採掘は、特に適切な規制なしに大規模な事業が導入された場合、既存の宇宙ゴミ問題を悪化させる可能性がある。これらのミッションには、複数の宇宙船、自動採掘システム、輸送車両が関与する可能性が高く、これらすべてが軌道上に追加のゴミを放出するリスクを伴う。 ^{[ 136 ]}採掘または輸送段階中の岩石の破片、塵、または機器の故障は、すでに混雑している軌道経路の混雑を悪化させる可能性がある。これにより、軌道上での衝突のリスクが高まり、ケスラー症候群として知られる状況、つまりゴミの衝突がさらに多くのゴミを生み出し、自己永続的な連鎖効果につながるシナリオにつながる。ケスラー症候群は、衛星の機能に深刻なリスクをもたらし、重要なサービスやユーティリティを混乱させ、地球の安定性に重大な影響を与える可能性がある。^{[ 137 ]}欧州宇宙機関^{[ 138 ]}によると、現在地球の軌道上で10cmより大きい物体が36,000個以上 追跡されており、緩和策が実施されなければ、小惑星採掘は宇宙活動の長期的な安全性と持続可能性に大きな影響を与える可能性がある。

OEMは地球上での操業とは多くの点で異なるものの、流出や事故による汚染のリスクは依然として重要な懸念事項である。地球上では、採掘や加工による流出が、しばしば回復が困難な長期的な環境被害を引き起こしてきた。^{[ 139 ]}宇宙空間でも同様の危険を真剣に受け止め、最初から強力な安全対策と緊急時対応計画を策定することが不可欠である。

地球上での希土類元素採掘は、水路の放射能汚染、影響を受けたコミュニティにおける癌発生率の増加、ヒ素中毒、土壌および水系システムの長期的な劣化など、深刻な健康および環境への影響をもたらします。これらの影響は地球上のものですが、環境犠牲と規制回避に基づく同様の採掘論理は、地球外の状況にも拡大される可能性があります。規制されないまま放置されると、地球外元素採掘は惑星体の完全性に対する同様の軽視につながり、汚染に対する無責任な領域として扱われる可能性があります。^{[ 140 ]}

いくつかの小惑星は、太陽系形成初期から比較的影響を受けていないと考えられており、科学研究にとって貴重な対象となっている。これらの天体には、水の分布、有機化合物の存在、惑星形成時の条件に関する重要な手がかりが含まれている可能性がある。^{[ 141 ]}

惑星保護とは、天体の有害な汚染を防ぐために設計された一連の国際的なガイドラインです。例えば、ほとんどの小惑星は生命を支えるとは考えられていませんが、地球由来の微生物や物質が誤って持ち込まれると、小惑星の自然状態が損なわれる可能性があります。^{[ 142 ]}宇宙研究委員会（COSPAR）も生物学的汚染を最小限に抑えるための手順を概説していますが、商業ミッションが深宇宙に拡大するにつれて、その実施はますます困難になる可能性があります。^{[ 143 ]}

地表採掘、熱抽出、静電分離などの採掘技術は、鉱物の物理的および化学的組成を永久的に変化させ、将来の科学的研究の機会を制限する可能性がある。^{[ 144 ]}

I. 空気圧掘削は、エネルギー消費量が多く、微小重力環境では有害な破片を発生させる可能性があるため、最も持続可能性の低い技術の1つと考えられています。

II. 熱抽出や化学抽出は非常にエネルギー集約的であり、有害な副産物を残す可能性があり、長期的な環境への影響について懸念が生じる。

III.静電分離は理論的には効果的であるが、電力需要が大きく、環境条件に敏感であるため、宇宙空間では持続可能性の課題が生じる。

天体の地質学と地形学は、太陽系の歴史や小惑星、衛星、地球型惑星の形成に関する重要な知見を提供する。地球外環境（OEM）によるこれらの地形の変化は、科学研究に悪影響を及ぼす可能性がある。月などの天体では、流水が存在しないため、地形は隕石の衝突によって主に形成され、非常にゆっくりと変化する。つまり、人為的な変化は事実上永続的、あるいは少なくとも長期にわたる可能性があるということだ。

OEMの提案の規模は様々で、大規模な表土掘削を伴い、重要な地形的特徴を変化させる可能性があるものもあれば、影響が最小限のものもある。地層、窪地、洞窟などの地質構造への影響を考慮する必要がある。^{[ 131 ]}

地球上では、採掘はしばしば一時的または永続的な景観の変化をもたらし、OEMに適した場所は将来の人間の居住地としても狙われる可能性があります。不可逆的な変化は、これらの地域の居住可能性を低下させる可能性があります。^{[ 145 ]}したがって、OEMの計画では、景観の変化を最小限に抑え、元に戻し、または採掘後の利用をサポートするように適応させる方法を検討する必要があります。

小惑星採掘は地球の大気圏外で行われますが、地球上では依然として重大な環境影響を及ぼしており、特に炭素排出に関してその影響は顕著です。このプロセスは定期的なロケット打ち上げに大きく依存しており、現在、ロケットは黒色炭素、水蒸気、窒素酸化物などの汚染物質を成層圏に放出しています。^{[ 146 ]}これらの粒子は、大気化学を阻害し、オゾン層の破壊や放射強制力に寄与する可能性があり、これらはどちらも気候変動と関連しています。^{[ 147 ]}低高度で放出される排出物とは異なり、上層大気中の汚染物質は降雨がないため、より長い期間滞留します。^{[ 148 ]}小惑星採掘に関連するものを含め、宇宙空間での活動の需要が増加するにつれて、打ち上げによる排出物の環境負荷はますます大きくなる可能性があります。宇宙セクターの規制のない成長は、時間の経過とともに地球の気候システムに測定可能な影響をもたらす可能性があります。

技術的な「足がかり」となる能力には、対象物のそばを飛行する、対象物の周回軌道に乗る、対象物に着陸する、対象物の表面を走行する、そして地球外天体からサンプルを持ち帰るといったものが含まれます。以下は、国別の「初」の成功したミッションの一覧です。

• はやぶさ2（完了） – JAXAの小惑星サンプルリターンミッション（2018年に目標地点に到着、2020年にサンプルを回収）
• OSIRIS-REx（完了） – NASAの小惑星サンプルリターンミッション（2016年9月8日打ち上げ、2020年に目標地点に到着、^{[ 149 ]} 2023年9月24日にサンプルを回収^{[ 150 ]}）
• 天問2号（進行中） –中国国家航天局（CNSA）による進行中の小惑星サンプルリターンミッション（2026年に目標地点に到着、2027年にサンプルを回収予定）

下の表に示すように、惑星外資源開発（採掘を含む）に必要な技術を進歩させるため、国家および民間企業によって多くのミッションが開始されています。技術開発の進捗状況を追跡するため、この表には月、小惑星、惑星、彗星を対象とするミッションが含まれています。