Menambang Asteroid, Mungkinkah?

Oleh Andi Pangerang
30 Juli 2021

Halo, Sahabat Edusainsa semuanya!

Diantara Sahabat sekalian mungkin ada yang masih ingat peristiwa Meteor Chelyabinsk tahun 2013 silam yang tampak memasuki langit Rusia sebagai bola api besar yang berpijar lebih terang dari Matahari dan ledakannya menyebabkan setidaknya seribu orang mengalami luka-luka. Di satu sisi, asteroid memang dapat menjadi ancaman bagi kepunahan peradaban di Bumi sebagaimana yang terjadi jutaan tahun silam saat memunahkan spesies dinosaurus.

Di sisi lain, asteroid dapat menjadi sumber berharga bagi peradaban manusia karena dapat menyimpan berbagai macam mineral yang diperlukan dalam kehidupan manusia sehari-hari, di tengah meningkatnya permintaan akan bahan-bahan logam sedangkan pertambangan di Bumi (terrestrial mining) belum cukup mampu untuk menopang peradaban manusia secara berkelanjutan.

Di tengah berkurangnya sumber daya mineral di Bumi dikarenakan eksploitasi besar-besaran, ekstraksi unsur-unsur berharga dari sebongkah asteroid yang kemudian dibawa ke Bumi untuk menghasilkan keuntungan menjadi gagasan yang cukup menarik, terlepas dari beberapa kesulitan yang terjadi diantaranya: Biaya penerbangan luar angkasa yang tidak murah, identifikasi asteroid yang belum dapat diandalkan ketika akan ditambang, serta ekstraksi bijih logam yang menemui tantangannya tersendiri. Itulah mengapa hingga saat ini, pertambangan di Bumi masih menjadi satu-satunya cara untuk memperoleh bahan baku mineral.

Merujuk ke definisi Brian O’Leary dalam Mining the Apollo and Amor Asteroids, penambangan asteroid adalah hipotesis/kemungkinan eksploitasi bahan baku yang berada di asteroid dan planet minor, termasuk juga objek dekat Bumi (Near Earth Object / NEO). Beberapa misi telah dilakukan dengan membawa kembali sampel asteroid ke Bumi seperti Hayabusa dan Hayabusa2 yang digagas oleh Badan Eksplorasi Antariksa Jepang, JAXA, dan yang saat ini masih berlangsung adalah OSIRIS-Rex yang digagas oleh NASA untuk mengambil sampel asteroid 101955 Bennu yang direncanakan seberat 60 gram.

Dari aspek geologis, meskipun asteroid dan Bumi sama-sama mengalami akresi (peningkatan ukuran objek akibat gaya gravitasi pada pusat objek yang menarik lebih banyak materi), unsur-unsur siderofilik (berinteraksi tarik-menarik dengan besi) tertarik menuju inti Bumi muda yang cair oleh gravitasi Bumi yang cukup kuat empat milyar tahun silam. Oleh karenanya, kerak Bumi yang menipis lebih sedikit mengandung unsur-unsur mineral berharga sampai akhirnya asteroid-asteroid yang jatuh ke Bumi membawa unsur-unsur tersebut seperti emas, kobalt, besi, mangan, molibdenum, nikel, osmium, paladium, platinum, renium, rodium, rutenium dan wolfram. Saat ini, mineral tersebut ditambang dari kerak bumi dan sangat penting untuk kemajuan ekonomi dan teknologi. Oleh karenanya, sejarah geologis Bumi dapat menjadi landasan bagi masa depan penambangan asteroid.

Observatorium Kerck di tahun 2006 mengumumkan bahwa asteroid Trojan Jupiter seperti  617 Patroclus dan asteroid Trojan lainnya diduga merupakan keluarga komet yang telah punah dan tersusun atas air dalam wujud padat atau es. Termasuk juga komet keluarga Jupiter (JFC, Jupiter-family Comets) dan asteroid dekat Bumi (Near Earth Asteroids) yang juga mengandung air. Secara hipotesis, air yang diproses dari es dapat mengisi bahan bakar depot propelan yang mengorbit. Hal ini akan menghemat biaya yang dibutuhkan selama stasiun luar angkasa beroperasi.

Dari perspektif astrobiologis, pencarian asteroid dapat memberikan data ilmiah untuk pencarian kecerdasan luar angkasa (Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI). Jika peradaban luar angkasa yang maju sudah sejak lama menggunakan penambangan asteroid, tanda-tanda aktivitas ini mungkin dapat dideteksi.

Asteroid umumnya terdiri dari tiga tipe:

Tipe-C (berkarbon), mengandung air yang cukup berlimpah. Saat ini  kelimpahan air tidak digunakan untuk penambangan tetapi dapat digunakan dalam upaya eksplorasi di luar asteroid. Biaya misi dapat dikurangi dengan menggunakan air yang tersedia dari asteroid. Asteroid tipe-C juga memiliki banyak karbon organik, fosfor, dan bahan utama lain untuk pupuk yang dapat digunakan untuk menumbuhkan tumbuhan.

Tipe-S (mineral silikat), meski mengandung sedikit air, asteroid ini mengandung lebih banyak logam, termasuk nikel, kobalt, dan logam yang lebih berharga, seperti emas, platinum, dan rodium. Sebuah asteroid kecil tipe-S berukuran 10 meter mengandung sekitar 650 ton logam dengan 50 kg dalam bentuk logam jarang seperti platinum dan emas.

Tipe-M (moderat), jarang dijumpai tetapi mengandung logam hingga 10 kali lebih banyak jika dibandingkan dengan asteroid tipe-S.

Asteroid dekat Bumi dengan subkelas Easily Recoverable Object (ERO) atau objek yang mudah dipulihkan, dianggap sebagai kandidat yang mungkin untuk aktivitas penambangan awal. Dalam transfer orbit Hohmann, ada parameter yang disebut sebagai Δv yakni perubahan kecepatan yang diperlukan saat suatu wahana bertransfer orbit dengan melakukan manuver orbital. Nilai Δv yang rendah pada ERO tersebut membuat ERO cocok untuk digunakan dalam mengekstraksi bahan konstruksi untuk fasilitas berbasis ruang angkasa dekat Bumi, juga sangat mengurangi biaya ekonomi untuk mengangkut pasokan ke orbit Bumi. Dari 9000 asteroid dalam pangkalan data NEO, hanya 12 asteroid yang mula-mula teridentifikasi sebagai ERO di tahun 2013 dengan nilai Δv untuk ERO sebesar 500 m/detik, sepersebelas kali lebih rendah dibandingkan dengan Δv untuk transfer orbit dari LEO (Low Earth Orbit) ke asteroid dekat Bumi sebesar 5,5 km/detik. Keduabelas asteroid ini berukuran bervariasi antara dua hingga dua puluh meter.

Berikut ini daftar asteroid yang dianggap potensial berdasarkan urutan keefektifan biaya maksimum (diakses dari http://www.asterank.com/).

Nama

Tipe

a (SA)

e

Nilai ($)

Perkiraan Keuntungan ($)

Δv (km/s)

MOID (SA)

Grup

Ryugu

Cg

1,190

0,190

82,76 miliar

30,08 miliar

4,663

0,000638

APO (PHA)

1989 ML

X

1,272

0,137

13,94 miliar

4,38 miliar

4,889

0,082029

AMO

Nereus

Xe

1,489

0,360

4,71 miliar

1,39 miliar

4,987

0,003153

APO (PHA)

Bennu

B

1,126

0,204

669,96 juta

185,00 juta

5,096

0,003223

APO (PHA)

Didymos

Xk

1,644

0,384

62,25 miliar

16,41 miliar

5,162

0,039777

APO (PHA)

2011 UW158

Xc

1,621

0,376

6,69 miliar

1,74 miliar

5,189

0,002914

APO (PHA)

Anteros

L

1,430

0,256

5,57 triliun

1,25 triliun

5,440

0,062212

AMO

2001 CC21

L

1,032

0,219

147,04 miliar

29,77 miliar

5,636

0,083067

APO

1992 TC

X

1,566

0,292

84,01 miliar

16,78 miliar

5,648

0,167212

AMO

2001 SG10

X

1,449

0,424

3,05 miliar

544,48 juta

5,880

0,017183

APO (PHA)

Psyche

X

2.924

0.134

27,67 miliar

1,78 miliar

-

1,535800

MBA

 

Keterangan:

a = Panjang setengah sumbu panjang (semi-mayor axis), diukur dari pusat elips ke tepi elips yang paling panjang
e = kelonjongan / ekstentrisitas, menyatakan seberapa lonjong suatu orbit. Nol = lingkaran sempurna
APO = keluarga asteroid Apollo
AMO = keluarga asteroid Amor
MBA = main belt asteroid, asteroid sabuk utama à terletak di sabuk Kuiper (antara Mars dan Jupiter)
MOID = minimum orbit intersection distance, jarak minimum perpotongan orbit.
PHA = potentially hazardous asteroid, asteroid yang berpotensi berbahaya à jika MOID < 0,05 SA

Ada empat pilihan untuk menambang asteroid, diantaranya ialah:

  1. Manufaktur Ruang Angkasa (In-Space Manufacturing ISM), yang dapat diaktifkan dengan biomining (penambangan secara biologis).
  2. Membawa bahan asteroid mentah ke Bumi untuk digunakan.
  3. Memprosesnya di tempat untuk membawa kembali bahan yang telah diproses, dan dapat memproduksi propelan untuk perjalanan pulang.
  4. Mengangkut asteroid ke orbit yang aman di sekitar Bulan atau Bumi atau ke Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS). Secara hipotesis, dapat memungkinkan sebagian besar bahan terpakai dan tidak terbuang sia-sia.

Pemrosesan in situ untuk tujuan mengekstraksi mineral bernilai tinggi akan mengurangi kebutuhan energi untuk pengangkutan material, meskipun fasilitas pemrosesan harus diangkut terlebih dahulu ke lokasi penambangan. Penambangan in situ akan melibatkan pengeboran lubang bor dan penyuntikan cairan/gas panas dan memungkinkan bahan yang berguna untuk bereaksi atau meleleh dengan pelarut dan mengekstrak zat terlarut. Karena medan gravitasi asteroid yang lemah, aktivitas apa pun seperti pengeboran akan menyebabkan gangguan besar dan membentuk awan debu. Hal ini dapat dicegah dengan memasang beberapa kubah atau penghalang gelembung. Kubah yang telah terpasang dapat menghilangkan debu dengan cepat.

Operasi penambangan membutuhkan peralatan khusus untuk menangani ekstraksi dan pengolahan bijih di luar angkasa. Begitu diletakkan, bijih logam dapat dipindahkan lebih mudah karena kurangnya gravitasi. Namun, tidak ada teknik untuk pemurnian bijih dalam gravitasi nol saat ini. Docking asteroid dapat dilakukan dengan menggunakan proses seperti tombak, di mana proyektil akan menembus permukaan untuk berfungsi sebagai jangkar; kemudian kabel yang terpasang akan digunakan untuk menarik kendaraan ke permukaan, jika asteroid dapat ditembus dan cukup kaku untuk membuat tombak menjadi efektif.

Karena jarak dari Bumi ke asteroid untuk ditambang telah ditentukan sebelumnya, waktu perjalanan pulang-pergi untuk komunikasi akan mengalami tundaan selama beberapa menit atau lebih, kecuali selama asteroid dekat Bumi sesekali mendekati Bumi. Oleh karena itu, setiap peralatan pertambangan perlu diotomatisasi maupun melibatkan manusia untuk mengatasi kendala dan memelihara peralatan. Di sisi lain, tundaan komunikasi selama beberapa menit tidak mencegah keberhasilan eksplorasi robot di Mars, dan sistem otomatis akan jauh lebih murah untuk dibangun dan digunakan.

Ada berbagai macam teknik ekstraksi yang digunakan:

Penambangan permukaan (Surface Mining)

Pada beberapa jenis asteroid, material dapat diambil dari permukaan menggunakan sendok atau auger, atau untuk potongan yang lebih besar, "pegangan aktif". Ada bukti kuat bahwa banyak asteroid terdiri dari tumpukan puing, berpotensi membuat pendekatan ini tidak praktis.

Penambangan Poros (Shaft Mining)

Sebuah ranjau dapat digali ke dalam asteroid, dan materialnya diekstraksi melalui porosnya. Membutuhkan pengetahuan yang tepat untuk merekayasa akurasi lokasi secara astronomis di bawah regolit permukaan dan sistem transportasi untuk membawa bijih yang diinginkan ke fasilitas pemrosesan.

Penggaruk Magnetik (Magnetic Rakes)

Asteroid dengan kandungan logam tinggi mungkin tertutup butiran lepas yang dapat dikumpulkan melalui magnet. Pemanasan Untuk asteroid seperti chondrites berkarbon yang mengandung mineral terhidrasi, air dan volatil lainnya dapat diekstraksi hanya dengan pemanasan. Tes ekstraksi air pada tahun 2016[33] oleh Honeybee Robotics menggunakan simulan regolit asteroid yang dikembangkan oleh Deep Space Industries dan University of Central Florida untuk mencocokkan mineralogi curah dari meteorit berkarbon tertentu. Meskipun simulasi kering secara fisik (yaitu, tidak mengandung molekul air yang terserap dalam matriks bahan berbatu), pemanasan hingga sekitar 510°C melepaskan gugus hidroksil, yang keluar sebagai uap air dari struktur molekul lempung phyllosilicate dan senyawa belerang. Uap yang dikondensasi menjadi air berwujud cair yang mengisi wadah pengumpul, menunjukkan penambangan air yang layak dari asteroid kering secara fisik untuk kelas tertentu. Untuk bahan yang mudah menguap di komet punah, panas dapat digunakan untuk melelehkan dan menguapkan matriks.

Proses Mond

Nikel dan besi dari asteroid yang kaya besi dapat diekstraksi dengan proses Mond. Ini melibatkan melewatkan karbon monoksida di atas asteroid pada suhu antara 50°C hingga 60°C untuk nikel, lebih tinggi untuk besi, dan dengan tekanan tinggi dan tertutup dalam bahan yang tahan terhadap karbonil korosif. Ini membentuk gas nikel tetrakarbonil dan besi pentakarbonil - kemudian nikel dan besi dapat dikeluarkan dari gas lagi pada suhu yang lebih tinggi, sementara platinum, emas, dsb. tertinggal sebagai residu.

Mesin yang Dapat Mereplikasi Diri (Self-Replicating Machine)

Sebuah studi NASA tahun 1980 berjudul Advanced Automation for Space Missions mengusulkan sebuah pabrik otomatis yang kompleks di Bulan yang akan bekerja selama beberapa tahun untuk membangun 80% dari salinan dirinya sendiri, 20% lainnya diimpor dari Bumi karena bagian-bagian yang lebih kompleks (seperti komputer chip) akan membutuhkan rantai pasokan yang jauh lebih besar untuk diproduksi.

Pertumbuhan eksponensial pabrik selama bertahun-tahun dapat memperbaiki regolit bulan (atau asteroid). Sejak tahun 1980, kemajuan besar dalam miniaturisasi, nanoteknologi, ilmu material, dan manufaktur aditif telah dicapai sehingga dimungkinkan untuk menutup bekas tambang secara sempurna dengan sedikit jumlah perangkat keras, meskipun kemajuan teknologi ini sendiri dimungkinkan di Bumi dengan ekspansi rantai pasokan sehingga memerlukan studi lebih lanjut.

Sebuah studi NASA pada tahun 2012 mengusulkan pendekatan "bootstrapping" untuk membangun rantai pasokan di luar angkasa dengan menutup bekas tambang secara sempurna, menunjukkan bahwa hal tersebut dapat dicapai hanya dalam dua hingga empat dekade dengan biaya lebih rendah. Studi lainnya pada tahun 2016 mengklaim bahwa hal tersebut dapat diselesaikan hanya dalam beberapa dekade karena kemajuan robotika yang masih berjalan, dan diharapkan dapat memberikan kembali manfaat ke Bumi termasuk pertumbuhan ekonomi, perlindungan lingkungan, dan penyediaan energi bersih disamping juga dapat memberikan perlindungan kemanusiaan terhadap ancaman eksistensial.

Demikian penjelasan mengenai penambangan asteroid. Penambangan asteroid memang akan memakan biaya yang lebih besar, akan tetapi, seiring pesatnya perkembangan teknologi keantariksaan, penambangan asteroid akan dapat lebih efisien dan bermanfaat bagi peradaban manusia pada umumnya. Tetap sehat dan semangat, Sahabat. Salam Edusainsa!

Comments