Training  thesis:  

 Feasibility  study  of  extrac7ng  

water  from    near-­‐Earth  asteroids  

Nina  Kallio  M.Sc.  student  in  EES  University  of  Groningen  Supervisors:    Dr.  C.  Visser  Dr.  T.  Schoot  Uiterkamp  

Mo7va7on  and  relevance  (WHY?)  

 •  Deple7ng  resources  •  Water  the  first  step,  next  other  valuables  •  Companies  interested    •  Resource  boundaries  for  environmental  science  

•  (PHA)  

Picture  source:  ESA  

Near-­‐Earth  asteroid?  (What?)  

•  An  asteroid,  which  could  enter  the  neighborhood  of  Earth  (asteroid  belt  further)  

Apollos  

Atens  

Amors  

A7ras  (IEOs)  

System  descrip7on  (HOW?)  

LEO  160  km  …  2,000  km    ISS  in  330  km  …  430  km  

384,400  km    from  Earth  

Research  ques7on  and  methods  

•  Supply?        •  Demand?  •  Strategies?  •  Other  sources?  

Feasibility  

Can  the  extrac+on  of  water  from  a  NEO    be  seen  feasible?  

Distribu7on  between  classes  by  number  

C  9%  

Q  26%  

S  36%  

X  11%  

others  18%  

NEOs  2014     •  Total  of  11,665  

 •  More  informaBon  known    

from  1,690    •  Taxonomy  possible  to    

determine  from  619  

From  the  known  NEAs,  C  asteroids  have  share  of  0.7%    

77  

Distribu7on  between  classes  by  volume  

!"#$%&!

'"#$(&!)"

*+$*&!

,"#$+&!

-./012"($#&! 31-4506789":$:&!

;-5<60"40.=00>".7?->-6@9"9572202"

•  166  km3  of  C-­‐asteroids    •  With  10  m-­‐%  

à  23  Gt  of  water    

Theore7cal  total  mass  and  water  mass    of  C-­‐asteroids    

Diameter  (m)  

Total  massmin  (t)  

Total  massmax  (t)  

Water  massmin  (t)  

Water  massmax  (t)  

10   650   1,230   55   245  

50   81.3  *  103   153.2  *  103   6,900   30,600  

200   52.0  *  105   98.0  *  105   4.4  *  105   19.6  *  105  

Minimum  density  1.38  g/cm3        Minimum  water  content    8.5  m-­‐%  Maximum  density    2.60  g/cm3        Maximum  water  content  20  m-­‐%    

Poten7ally  one  million  NEAs  larger  than  30  m      

à  expected  propor7on  of  C-­‐asteroids  10%  à  theore7cal  amount  of  water  substan7al  

 

Use  of  water:  Life  support  systems  

•  ISS:  demand  annually  approximately    8.7  t  for  drinking,  washing  and  oxygen  produc7on  

• Water  recovery  system  drops  the  need  to  ≈  3.1  t    

•  Mars  mission  of    500  days  and  5  persons    ≈  35.5  t  

   

Use  of  water:  Propellant  Diameter  

(m)  O2  massmin  

(t)    

O2  massmax  (t)    

H2  massmin  (t)    

H2  massmax  (t)    

10   49   218   6   27  

50   6,100   27,200   770   3,400  

200   393,100   1,742,500   49,100   217,800  

•  Reduc7on  in  launch  mass    

•  Space  debris  removal    

•  Servicing,  Recycling,  Reusing  •  Taking  control,  possible  reposi7on    à  life  extension  from  3  to  5  years  

•  Valuables  or  reusing  parts  

Use  of  water:  Radia7on  shielding  

•  Galac7c  cosmic  rays  (GCR)  •  Solar  par7cle  events  (SPE)  •  Hydrogen  very  effec7ve  protec7on  towards  GCR  and  SPE  due  to  high  electron  per  nucleon  ra7o  

•  NASA’s  WaterWalls-­‐concept  

Theore7cal  trajectories  

•  NASA’s  Near-­‐Earth  Object  Human  Space  Flight  Accessible  Targets  Study  (NHATS)  with  1,232  targets  – Δv  (“effort  needed”)  – Total  dura7on  – Stay  – Orbit  condi7on  code  (OCC)  (0=  high,  9=low)  

Theore7cal  trajectories  

!"

#!"

$!!"

$#!"

%!!"

#" &" '" (" )" $!" $$"

!"#$%

&'()'!

*+,'

-(./0''12'34#5,6'

78,,8(9'(:;(9,'

*+"$(!",-./"0!1$2"

*+"$%!",-./"0!1$2"

*+"3&!",-./"0!1$2"

*+"4#!",-./"0!1$2"

3&!",-./"0!542"

4#!",-./"0!542"

40  t  of  water  to  LEO  

Launch:  Atlas  V  80  t  RP-­‐1  3  t  LH2  E  =  4.1  TJ      

Go  to:  ARRV  SEP  40  kW  E  =  1  TJ  

Fetch:  E  =  1.6  TJ  

Safe  storage:  E  =  0.6  TJ  

L1  –  LEO  –  L1:  3  *  ARRV  E  =  3.3  TJ  

Total:  12.3  TJ  

FROM  EARTH:  3  *  Falcon  9  134  t  of  RP-­‐1  E  =  18.5  TJ  

Conclusions  and  recommenda7ons  

•  Supply?        •  Demand?  •  Strategies?  •  Other  sources?  

Feasibility  

Can  the  extrac+on  of  water  from  a  NEO    be  seen  feasible?  

Reliability  and  costs  should  be  determined  next    

Thank  you!  Any  ques7ons?