Ruminfrastruktur – Bygning af trapper til himlen

En ny rumalder

Med opfindelsen af ​​pålidelige genanvendelige raketter af Elon Musks SpaceX er et nyt rumkapløb skudt i gang. Dette skyldes, at det har reduceret omkostningerne ved at nå kredsløb med næsten 10x, med endnu flere omkostningsbesparelser forventet fra det massive Starship.

Kilde: Ark Investering

Dette førte til den nuværende situation, hvor det store flertal af det, der blev sendt i kredsløb i 2023, både med masse- og satellittal, blev opsendt af SpaceX.

Starship vil i sidste ende være i stand til at sende mellem 50-200 tons materiale i lavt kredsløb om Jorden (LEO) hver opsendelse, afhængigt af estimater. Dette vil være et stort skridt fremad, der sandsynligvis giver mulighed for nye milepæle i menneskehedens historie, herunder:

• Permanente baser på Månen.
• Første menneskelige ekspedition til Mars.

Hvis du vil lære mere om, hvordan en verden ville se ud, hvor disse allerede har fundet sted, og hvordan det kunne skabe en selvbærende rumbaseret økonomi, kan du læse mere i vores artikler "Fremtidens rumbaserede økonomi"Og"Den fremtidige Mars-økonomi".

Starlink og lignende satellitkonstellationer er massive rumbaserede infrastrukturer, der allerede er under konstruktion. De muliggør adgang til højhastighedsinternet overalt på Jorden og forventes at blive den største pengestrømskilde for virksomheder som SpaceX, der allerede har millioner af betalende abonnenter.

Kilde: Ark Investering

Alligevel er raketbaserede opsendelser ud i rummet i sidste ende begrænset af den fysik, som teknologien er baseret på. En central del er, at raketter skal udstøde en latterligt stor mængde brændstof for at lette. For eksempel er SpaceX's Falcon Heavy en raket på 22.2 tons med en brændstofmasse på 433 tons. Det betyder, at det meste af brændstoffet i sidste ende bruges til blot at løfte mere brændstof.

For at gå under baren på $100/kg af opsendelsesomkostninger, vil nogle helt andre metoder end raketten være påkrævet.

Hvis omkostningerne ved at forlade Jordens tyngdekraft falder nok, kan mange ting bygges i rummet.

Store præstationer kræver infrastruktur

At stole udelukkende på raketter for at nå rummet svarer til, hvis vi udførte al transport og handel på Jorden ved kun at bruge fly og helikoptere. Selvom det teknisk set ikke er umuligt, ville det være absurd dyrt, når bygning af infrastruktur som havne, veje og jernbaner giver os mulighed for at bruge meget billigere alternativer.

Det kan være lidt af et kylling-og-æg-problem, når det kommer til plads. Indtil videre var storstilet infrastruktur ikke værd at bygge, da vores opsendelsesbehov kun sendte nogle få snese af satellitter og et dusin astronauter i kredsløb.

Med bedre affyringssystemer, der bliver tilgængelige, vil vi sandsynligvis i de næste 2 årtier se en massiv udvidelse af menneskelig aktivitet i rummet. Nogle af disse vil være meget rentable eller meget velfinansierede, herunder:

• Videnskabs megaprojekter, som bygning et radioteleskop på den anden side af Månen.
• Månebaser fra vestlige lande og Kina og Rusland.
• Rumturisme, enten suborbital flyvning, orbitale rumstationer eller på Månen.

Dette vil skabe et så massivt marked, at det vil blive rentabelt at investere titusinder eller hundredvis af milliarder bare for at erobre markedsandele fra raketselskaber som SpaceX.

Masse drivere

En sådan infrastruktur, kaldet en massedriver, lover at reducere lanceringsomkostningerne drastisk. Det er højst sandsynligt allerede muligt med aktuelt tilgængelig teknologi. Nøgleideen med en massechauffør er, at en skytte kan sendes i kredsløb ved at accelerere den nok på jorden til, at den ikke har brug for et drivmiddel ombord.

Den måde, videnskabsmænd og ingeniører har set på, hvordan man gør det, ville være at skabe et maglev-tog svarende til Hyperloop-konceptet, der opererer i et vakuum. På denne måde ville hverken friktion med skinnen eller med luftpartiklerne bremse og opvarme løfteraketten.

Kilde: Acepedia

Kina ser allerede på at udvikle en sådan teknologi, så det kan være tættere på, end vi forventer.

Hvis det lykkes, kan det reducere med yderligere 10 gange den orbitale lanceringspris, der allerede er meget sænket af SpaceX, med estimater, der sætter omkostningerne på $60/kg.

På en sidebemærkning kunne denne type system først bruges med mindre modeller til at drive flyvemaskiner med en hastighed, hvor hypersoniske scramjet-motorer kan arbejde, hvilket giver mulighed for meget hurtige hypersoniske flyvninger.

Et rigtigt megaprojekt

Naturligvis ville en orbital massedriver være forpligtet til at nå ekstrem hastighed og være absolut massiv og kraftfuld til at bære og accelerere de hundreder eller tusinder af tons nyttelast for at konkurrere med rumskib.

Startsporet skal også være hundreder, hvis ikke tusinder af kilometer langt, hvor det mest lovende kandidatområde er det tibetanske plateau.

Massebilister er dog stadig blandt de mindst ambitiøse foreslåede ruminfrastruktur, da den for det meste kun er begrænset af tilgængelig finansiering og evnen til at konstruere den med kendt teknologi.

Space Elevator

En anden kendt måde at bære ting op og ned til lavest mulige energiomkostninger er at bruge en modvægt som i elevatorer. På denne måde er den eneste energi, der bruges, at løfte nyttelastens vægt, og der er ikke behov for ekstrem hastighed.

Det er ideen bag en rumelevator, hvor titusindvis af kilometer lang tøjring bruges til at transportere masse op og ned fra Jorden. I teorien kunne et sådant system gøre det endnu billigere at nå banen, end det i øjeblikket koster at tage et fly.

Kilde: ISEC

Den vigtigste begrænsning her er ikke markedsefterspørgsel eller tilgængelig kapital (selvom de også vil tælle), men teknologi. Sådan et ekstremt langt kabel ville kræve ultralet materiale med trækstyrke langt over almindelige materialer som stål eller titanium.

Dette kan være ved at ændre sig, med supermaterialer som grafen tilsyneladende i stand til at passe de tekniske krav, en type 2D-materiale, vi diskuterede detaljeret i vores artikel "2D-materialer, som grafen, åbner nye grænser inden for materialevidenskab".

Dette ville dog kræve masseproduktion af grafenkrystal af høj kvalitet, noget der aldrig er blevet opnået hidtil. Med den nuværende pris på grafen ville det være absurd dyrt.

Det ville dog være den ideelle infrastruktur for vedvarende menneskelig tilstedeværelse i rummet, orbitale industrier og interplanetarisk handel med en kapacitet på 30,000 tons om året til geosynkron kredsløb, eller hvad der svarer til snesevis af Starship-opsendelser hver dag.

Du kan se mere om dette koncept i denne 1-times video fra International Space Elevator Consortium:

Orbital Megastruktur

Hvis det nogensinde lykkes os at bygge en rumelevator eller at etablere storstilede produktionsfaciliteter på Månen ved hjælp af materiale fra asteroider, kunne vi forestille os en endnu større type infrastruktur.

For eksempel er en orbital ring ideen til at bygge en struktur, der går rundt om hele Jorden.

Kilde: Isaac Arthur

Et sådant system ville forblive i kredsløb takket være centrifugalkraften, der kompenserer for Jordens tyngdekraft. Det ville skabe levesteder i rummet, vedligeholdelsesstationer, opsendelsessteder til rummissioner, ankerpunkter til elproduktion (solpaneler) og potentielt endda klimaforbedrende foranstaltninger med solafskærmninger.

Et sådant koncept er imidlertid så ambitiøst fra et teknologisk og infrastrukturmæssigt synspunkt, at det sandsynligvis aldrig vil blive opnået, før i det mindste massechauffører og en rumelevator er bygget først.

Minestationer og processorer

Ideen om at udvinde asteroider til råmaterialer og bearbejde malmen i rummet er meget mere tilgængelig og realistisk.

Mange asteroider er meget metalrige; faktisk, asteroidebæltet i vores solsystem indeholder ~8% metalrige (M-type) asteroider. Med hele asteroidebæltet, der vejer 2.4 quintillion tons, er det meget metal.

Kilde: ESA – De to områder, hvor de fleste af asteroiderne i solsystemet findes: asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, og trojanerne, to grupper af asteroider, der bevæger sig foran og efter Jupiter i dens kredsløb om Solen.

På Jorden graver vi så dybt som 2-4 km efter guld eller platin. Men kun en asteroide, 16 Psyche, kan være en 200 km lang stykke metal, der venter på at blive udvundet til en værdi (i nuværende priser) på $10-700 quintillion.

Så der er 2 typer rumminedrift, der kan være yderst rentable:

• Sjældne materialer som guld og platin skal sendes tilbage til Jorden.
• Grundmaterialer, der kan bruges i kredsløb til at bygge rumskibe, rumhoteller osv., uden at skulle betale de ublu omkostninger ved at løfte disse materialer fra Jorden.

Mest sandsynligt vil et asteroide-mineprojekt tjene penge på begge dele, ved at fange og bringe tæt på Jorden asteroider med mineraler af høj værdi. Og at bruge minedriften, lavet af kulstofjern, nikkel osv. til at bygge rumstationer, månebaser, raketter osv.

En anden fordel er, at når mineudstyr er blevet sat i rummet, kan det mine asteroiderne i et vægtløst miljø. Dette kan gøre minedrift i rummet lettere end på Jorden, hvor flytning af tusindvis af tons sten er en energikrævende og risikabel aktivitet.

Solfangere

En anden foreslået rumindustri, der kunne blive driveren af ​​en rumbaseret økonomi, er solenergi. I den rigtige bane skinner Solen 24/7 og med en meget højere intensitet på grund af manglen på en atmosfære til at absorbere lyset.

Sådanne systemer kunne både være en grund til at bygge ruminfrastruktur (reducere omkostningerne ved strømsatellitter) og en muliggør yderligere fremskridt (som at drive raffineringsstationer, der udvinder asteroider).

Kilde: Space Solar

(Vi undersøger denne idé mere detaljeret i vores artikel "Rumbaserede energiløsninger til endeløs ren energi").

Laser sejlpropeller

For at komme væk fra Jorden kræves enten raketter eller avanceret infrastruktur. Men for at bevæge sig i rummet er der faktisk kun brug for lidt energi, når man er langt fra en tyngdekraftsbrønd. Faktisk så lidt, at bare lys kan levere nok strøm til at gøre det.

Dette er fysikken bag konceptet med et solsejl. Dette er ikke et spekulativt science fiction-koncept, men en rigtig teknologi, der allerede er testet af NASA.

Sådan et sejl kunne drives frem af solens stråler, men kunne også fremdrives af laser. Så potentielt, i stedet for at brænde brændstof, kunne vi se interplanetariske rejser blive drevet af lasere fra kredsløb eller på Månen, selv drevet af lokale solenergi-satellitter.

Off-World baser og kolonier

Mens de diskuterer infrastruktur, vil de fleste fokusere på de "prangende" teknologisk udfordrende projekter, såsom rumelevatorer.

Der vil dog være masser af anden infrastruktur, der kræves i rummet, især hvis vi bygger permanente bosættelser, fra baser med indkvartering for forskere og turister til blomstrende byer på Mars.

Dette omfatter kuppelformede gårde, indendørs hydroponisk og akvaponisk fødevareproduktion, telekommunikation, affyringsramper, brændstofproduktion og tankstationer osv., såvel som verdslige, men lige så vitale kraftværker, elledninger, hospitaler, veje, vandrør osv.

Aldrin Conveyor / Cycler

Baser eller kolonier på Månen vil være "lette" at levere direkte fra Jorden. Ind- og udtagning af personale eller turister vil ske på en kort tur, som højst vil tage et par dage.

At gå til fjernere destinationer som Mars vil dog kræve en tur, der sandsynligvis vil tage næsten et år eller uger i bedste fald. Det er ikke et problem for råvarer og udstyr, hvor det bare komplicerer logistikken lidt.

Dette er meget mere problematisk for passagererne. Rummet uden for Jordens magnetosfære er udsat for kraftig stråling. Og i tilfælde af en svær at forudsige solstorm, kan passagerer på vej til Mars blive udsat for endnu mere stråling. Så forbi de første vovede eventyrere til det første skridt på Mars, vil regelmæssig passagerrejse kræve et meget tungt og afskærmet skib.

Og måske med en vis fødevareproduktion ombord og stærk vandgenanvendelse for at begrænse mængden af ​​forsyninger, der skal transporteres (vi diskuterede mere detaljeret emnet fødevareforsyning i rummet i vores artikel "Rummad – Hvordan fodrer vi menneskehedens næste bølge af pionerer?").

Dette kan gøres i en klassisk raket. Men dette vil være spild af brændstof, at skulle accelerere og bremse hele skjoldet, livsstøtten og fødevareforsyningen hver gang.

I stedet, Aldrin Cycler (foreslået af Buzz Aldrin, den anden mand på Månen), eller Mars Cycler kunne være permanent i kredsløb, så den kommer regelmæssigt i nærheden af ​​både Jorden og Mars.

Kilde: Ethan MacDonald

På denne måde kan du bygge en permanent rumstation, så folk kan transitere til og fra Mars. Det ville have kraftig strålingsafskærmning og fødevareproduktion, samt mere komfortable og rummelige lokaler og sportsfaciliteter for at holde folk i form på trods af fraværet af tyngdekraften.

Kilde: Buzz Aldrin

O'Neil-cylinder og asteroidekolonier

Apropos rumhabitater, er mere ambitiøse koncepter end pit-stop/hotellet på vej til Mars, ligesom Aldrin Cycler, blevet overvejet. Dette er den plan, Jeff Bezos forfølger, med "en billion mennesker, der bor i gigantiske rumstationer, også kendt som O'Neil-cylindre."

Disse er gigantiske cylindre, hvis rotation ville skabe en kunstig tyngdekraft indeni, stor nok til at have hundredtusinder eller millioner af indbyggere.

Kilde: Blå Oprindelse

De kunne enten bruges til at tilbyde ideelle levevilkår eller til at flytte tunge og forurenende industrier ud af Jordens økosystemer.

En sådan infrastruktur ville i det væsentlige give ubegrænset boligareal til et utal af mennesker i hele solsystemet. Det kunne endda bruges til at kolonisere andre stjerner, da de i det væsentlige er selvbærende mikroplaneter.

Imidlertid kommer en sådan infrastruktur sandsynligvis endnu senere i tidslinjen for rumkolonisering end orbitalringe, da det ville kræve en årlig rumproduktionskapacitet på billioner af tons, samt transit frem og tilbage til Jorden næsten uden omkostninger.

Dyson Sphere

I slutningen af ​​spektret af spekulativ ruminfrastruktur, Dyson-sfæren eller Dyson-sværmen.

Ideen, der først blev foreslået af Freeman Dyson, er at bruge alle tilgængelige klipper og metal i solsystemet og bygge en sværm af rumhabitater endnu større end O'Neil-cylindrene, potentielt med lige så meget overflade som Jorden hver, for at indfange så meget som muligt af Solens energiproduktion.

Kilde: Wikipedia

Dette betragtes også som en slags "slutspil" for enhver rumfarende civilisation. Det er svært at forestille sig mere højteknologisk end bogstaveligt talt at nedbryde planeter for at optimere brugen af ​​deres stof og Solens energi.

Det har været en "techno-signatur" intenst undersøgt af astronomer for at finde tegn på potentielle udenjordiske teknologiske civilisationer.

Dette er åbenbart et meget kontroversielt emne, men det ser ud til, at allerede 60 stjerner kunne matche denne profil. Det diskuteres stadig stærkt blandt astronomer, da det simpelthen kunne være, at de fandt en ny type stjerne. Det er ikke desto mindre spændende for folk, der er interesseret i udforskning af rummet, og det ville åbne et helt nyt perspektiv på, hvor langt menneskeheden kunne gå, hvis de rækker ud efter stjernerne.

Du kan også finde meget mere smuk konceptkunst og miniature vedrørende rumkolonisering og den infrastruktur, vi diskuterede her på Spacehabs.

Investering i ruminfrastruktur

Rummet er en meget etableret industri, der oplever en genfødsel og eksplosiv vækst på baggrund af genanvendelige raketter. Vi diskuterede, hvordan dette vil skabe hele muligheder i vores artikel "Genanvendelige raketter til at skabe flere nye markeder ved at sænke omkostningerne drastisk".

Det nuværende rummarked er $443B. Selv når man ignorerer mere spekulative (men potentielt meget lukrative) ideer som asteroide-minedrift, rumturisme og hypersonisk flyvning kunne tilføje yderligere $350B i indtægter, hvortil der kan tilføjes en prognose for satellitbaseret internet til en værdi af $17 mia, samt militære applikationer og subsidierede månebaser, videnskabelige projekter mv.

Du kan investere i rumrelaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan på denne hjemmeside finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, UK, samt mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke rumrelaterede virksomheder, kan du også kigge på ETF'er som ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) at udnytte væksten i rumsektoren som helhed.

Ruminfrastrukturvirksomheder

1. Rocket Lab

Rocket Lab er en af ​​de mest seriøse konkurrenter på det genanvendelige raketmarked. Virksomheden har i første omgang fokuseret på små raketter med Electron launch-systemet (320 kg nyttelast), som gradvist bliver omdannet til en delvist genanvendelig raket. Indtil videre har Electron indsat 177 satellitter i 44 opsendelser.

Senere kigger Rocket Lab på at skabe en mellemstørrelse genanvendelig raket, Neutronen, der kan sammenlignes med Flacon 9 (8,000 kg til LEO i fuldt genanvendelig tilstand, 1,500 kg til Mars eller Venus). Neutronen vil blive drevet af en metanbrændende raketmotor (som Starship), som ser ud til at blive trenden for den næste generation af raketter.

Virksomheden er bemærkelsesværdig for sin fuldt vertikalt integrerede satellitfremstillingsproces, der gør det muligt at optimere omkostninger og designhastighed. Dette resulterede i flere kontrakter med NASA og den amerikanske regering, herunder en $515M militær satellitkontrakt. og en civil kontrakt på $143 mio. for Globalstar.

Rocket Lab er også en stor producent af solpaneler til satellitter efter deres 2022-opkøb af SolAero Technologies, med 1000+ satellitter drevet af disse paneler, og 4MW solceller fremstillet i alt.

Kilde: Rocket Lab

Indtil videre er dets lanceringssystem afhængig af eksterne leverandører, men en række strategiske opkøb skulle ændre det, idet den i opsendelsessystemet gentager den vertikale integration, der allerede er opnået i satellitdesign og -produktion.

Virksomheden ser også på muligheden for en telekom LEO-konstellation til at generere tilbagevendende indtægter. Det bidrager også til forskning for produktion i rummet med Varda Space Industries og inspektion af orbital debris.

Mens SpaceX havde Elon Musks forretningstalent til at udvikle sin teknologi fra bunden, brugte Rocket Lab en blanding af forskning og udvikling samt opkøb til vertikalt at integrere den nødvendige teknologi. Dette har vist sig at være meget succesfuldt inden for satellitproduktion, og de forsøger nu at kopiere denne strategi til genanvendelige raketter.

I betragtning af det eksisterende cash flow fra satellitproduktion og elektronsucceserne er Rocket Lab en god kandidat til at indhente SpaceX, i det mindste indtil massedrivere og anden infrastruktur er bygget om et par årtier.

2. Virgin Galactic

Virksomheden blev grundlagt af Richard Branson og er fokuseret på rumturisme.

Billetterne er i intervallet $250,000-450,000 med en lang venteliste. De første kunder ser ud til at være ekstatiske over deres oplevelse:

"Jeg har altid vidst, at det ville blive den mest ekstraordinære oplevelse i mit liv. Det har jeg altid vidst. Og folk fortalte mig ligesom, at det ville blive det. Men når det så er ... og det er på et andet niveau end den oplevelse, du troede, du ville få ... så er det meget svært at forklare."

"Dette har været den bedste dag i mit liv, den mest sensationelle dag i mit liv. Og du kan ikke få det bedre end det. Det overgik mine vildeste drømme.”

Virgin Galactic har arbejdet på at forbedre sin enhedsøkonomi med et nyt lanceringssystem, "Delta", i stand til at transportere 6 passagerer i stedet for 4 og udføre 8 flyvninger om måneden i stedet for kun én.

Tilsammen skulle disse 2 forbedrede målinger øge omsætningen pr. enhed med 12x med en tilbagebetalingstid på mindre end 6 måneder for hver Delta-shuttle. Delta-flyvningstesten forventes i midten af ​​2025.

Kilde: Virgin Galactic

Markeder var bekymrede, da det blev annonceret, at Branson ikke ville investere yderligere i Virgin Galactic. Især efter afskedigelsen af ​​185 ansatte og en pause i rumflyvninger i 2024, for at vente på Delta-shuttlens ankomst og reducere hastigheden af ​​pengeforbrændingen.

Alligevel forventes Virgin Galactic at have penge nok til at køre frem til 2025 eller 2026. Så hvis udviklingen af ​​Delta-flyvesystemet går glat (et risikabelt forslag i rumfartsindustrien), bør virksomheden være i stand til at fokusere på at genstarte og vokse kontanter flow, med et system, der er rentabelt på enhedsbasis. Og få virksomheden til at vende pengestrømmen positivt i 2026.

Kilde: Virgin Galactic

(Det skal bemærkes, at Virgin Galactic er forskellig fra Virgin Orbit. Virgin Orbit indgav konkursbegæring i april 2023 og leverede opsendelsestjenester til små satellitter, med Rocket Lab overtager virksomhedens faciliteter, produktions- og værktøjsaktiver i Long Beach).

Virgin Orbits nylige konkurs og grundlæggerens Richard Bransons distancering fra Virgin Galactic har skadet virksomhedens image hos investorerne, hvilket har resulteret i et styrtdykkende aktiekurs i 2023 og 2024.

Forsigtighed med hensyn til selve bestanden anbefales stærkt.

Samtidig viser de tidligere kunders tilfredshed, en klar plan for et rentabelt design (Delta-shuttlebusser) og en lang venteliste med potentielle kunder, at virksomheden stadig kan være levedygtig, selv uden at rejse flere midler.

Så længe den kan flyve Delta-klassens rumfærgen hurtigt nok. Indtil nu, fabrikken til at bygge Delta er færdig, og byggeriet skulle starte i 1. kvartal 2025.

Meget vil afhænge af succesen med at udvikle, fremstille og betjene Delta-shuttlen og opnå det inden udgangen af ​​2025.

Hvis dette er tilfældet, vil den meget lavere værdiansættelse skabe en mulighed for investorer til at få fat i virksomhedens aktier med rabat.