Space logistics optimisation : asteroid mining to supply a Mars colony

The development of a colony on Mars requires metallic materials. To provide it, a supply chain based on the extraction of metals from metallic asteroids is explored. The carbonaceous asteroids are considered for propellant production. The asteroids are selected to respect the variation of velocity limits imposed by the spacecraft. The study is conducted referring to the state of the art in space transportation technologies and in-situ resource utilisation. Different supply chains are computed through a multi-objective genetic algorithm that minimises the mission DV, maximises the mass of metals extracted and the mass of propellant produced on the asteroids. Several solutions are obtained having as input different mining rates and different elements in the supply chain, such as metallic asteroids, carbonaceous asteroids and a depot in the Earth-Sun L2 Libration point. By associating a spacecraft to each element of the Pareto front, the total quantity of available metallic material is computed. Finally, the possibility of using the metallic material to build housing modules and rovers on the Martian soil through additive manufacturing is examined.

Lo sviluppo di una colonia su Marte richiede un'elevata quantità di materiali metallici. Per fornirli, viene esplorata la possibilità di creare una catena di approvvigionamento basata sull'estrazione di metalli da asteroidi di tipo metallico. Per la produzione di propellente si sfruttano gli asteroidi carboniosi. La selezione degli asteroidi è tale da rispettare il vincolo sulla massima variazione di velocità che il veicolo può garantire. Lo studio è condotto facendo riferimento allo stato dell'arte nelle tecnologie di trasporto spaziale e nell'utilizzo delle risorse in situ. Diverse catene di approvvigionamento vengono ottimizzate attraverso un algoritmo genetico multi obiettivo che minimizza la variazione di velocità totale della missione massimizzando la massa di metalli estratti e la massa di propellente prodotta sugli asteroidi. Diverse soluzioni si ottengono avendo come input diversi ratei di estrazione. Viene calcolata la quantità totale di materiale metallico disponibile utilizzando più veicoli adibiti al trasporto dei metalli. Infine, viene esaminata la possibilità di utilizzare il materiale metallico per costruire moduli abitativi e rover sul suolo marziano attraverso la manifattura additiva.