Infraestructura Espacial – Construyendo Escaleras Hacia los Cielos

Una Nueva Era Espacial

Con la invención de cohetes reutilizables y fiables por parte de SpaceX de Elon Musk, se ha iniciado una nueva carrera espacial. Esto se debe a que ha reducido los costos de alcanzar la órbita en casi 10 veces, y se espera que el enorme Starship reduzca aún más los costos.

Fuente: Ark Invest

Esto llevó a la situación actual, donde en 2023, la inmensa mayoría de lo que se envió a la órbita, tanto por masa como por número de satélites, fue lanzado por SpaceX.

Starship finalmente podrá enviar a la órbita terrestre baja (LEO) entre 50‑200 toneladas de material en cada lanzamiento, según estimaciones. Esto será un gran avance, probablemente permitiendo nuevos hitos en la historia de la humanidad, incluyendo:

• Bases permanentes en la Luna.
• Primera expedición humana a Marte.

Si deseas aprender más sobre cómo sería un mundo donde estos ya han ocurrido, y cómo podría crear una economía espacial autosuficiente, puedes leer más en nuestros artículos “The Future Space-Based Economy” y “The Future Martian Economy”.

Starlink y constelaciones de satélites similares son enormes infraestructuras espaciales ya en construcción. Permiten el acceso a Internet de alta velocidad en cualquier parte de la Tierra y se espera que se conviertan en la principal fuente de ingresos de empresas como SpaceX, que ya cuenta con millones de suscriptores de pago.

Fuente: Ark Invest

Sin embargo, los lanzamientos basados en cohetes al espacio están finalmente limitados por la física en la que se basa la tecnología. Una parte clave es que los cohetes deben expulsar una cantidad ridículamente grande de combustible para despegar. Por ejemplo, el Falcon Heavy de SpaceX es un cohete de 22,2 toneladas, con una masa de combustible de 433 toneladas. Esto significa que, al final, la mayor parte del combustible se gasta solo para levantar más combustible.

Para bajar del umbral de 100 $/kg en costos de lanzamiento, se requerirán métodos completamente diferentes al cohete.

Si los costos de escapar de la gravedad de la Tierra disminuyen lo suficiente, muchas cosas podrían construirse en el espacio.

Los Grandes Logros Requieren Infraestructura

Depender únicamente de cohetes para llegar al espacio es similar a si realizáramos todo el transporte y comercio en la Tierra usando solo aviones y helicópteros. Aunque técnicamente no es imposible, sería absurdamente caro, mientras que la construcción de infraestructura como puertos, carreteras y ferrocarriles nos permite usar alternativas mucho más baratas.

Puede ser un problema de huevo y gallina cuando se trata del espacio. Hasta ahora, las infraestructuras a gran escala no valían la pena construir, ya que nuestras necesidades de lanzamiento solo enviaban unas decenas de satélites y una docena de astronautas a órbitas.

Con mejores sistemas de lanzamiento disponibles, probablemente veremos en las próximas dos décadas una expansión masiva de la actividad humana en el espacio. Algunos de estos serán altamente rentables o muy bien financiados, incluyendo:

• Megaproyectos científicos, como la construcción de un radiotelescopio en el lado oculto de la Luna.
• Bases lunares de países occidentales, China y Rusia.
• Turismo espacial, ya sea vuelo suborbital, estaciones espaciales orbitales o en la Luna.

Esto creará un mercado lo suficientemente grande como para que sea rentable invertir decenas o cientos de miles de millones solo para capturar cuota de mercado de compañías de cohetes como SpaceX.

Impulsores de Masa

Una de esas infraestructuras, llamada impulsor de masa, promete reducir drásticamente los costos de lanzamiento. Es muy probable que ya sea factible con la tecnología disponible actualmente. La idea clave de un impulsor de masa es que una nave podría enviarse a órbita acelerándola lo suficiente en tierra, de modo que no necesite propulsor a bordo.

La forma en que científicos e ingenieros han contemplado hacerlo sería crear un tren maglev similar al concepto Hyperloop, operando en vacío. De este modo, ni la fricción con el riel ni con las partículas de aire ralentizarían ni calentarían el vehículo de lanzamiento.

Fuente: Acepedia

China ya está investigando el desarrollo de dicha tecnología, por lo que podría estar más cerca de lo que esperamos.

Si tiene éxito, podría reducir en otro factor 10 el precio de lanzamiento orbital ya mucho reducido por SpaceX, con estimaciones que sitúan los costos en 60 $/kg.

Como nota al margen, este tipo de sistema podría usarse primero con modelos de menor tamaño para impulsar aviones a una velocidad donde los motores scramjet hipersónicos pueden funcionar, permitiendo vuelos hipersónicos muy rápidos.

Un Verdadero Megaproyecto

Por supuesto, se requeriría un impulsor de masa orbital para alcanzar velocidades extremas y sería absolutamente masivo y potente para transportar y acelerar cientos o miles de toneladas de carga útil y competir con el Spaceship.

La pista de lanzamiento también necesitará ser de cientos, si no miles, de kilómetros de longitud, siendo la meseta tibetana la zona candidata más prometedora.

Sin embargo, los impulsores de masa siguen siendo de las infraestructuras espaciales propuestas menos ambiciosas, ya que están mayormente limitados solo por la financiación disponible y la habilidad para diseñarlos con tecnología conocida.

Elevador Espacial

Otra forma conocida de transportar cosas arriba y abajo al menor costo energético posible es usar un contrapeso, como en los ascensores. De este modo, la única energía gastada es levantar el peso de la carga útil, y no se necesita velocidad extrema.

Esta es la idea detrás de un elevador espacial, donde un cable de decenas de miles de kilómetros de longitud se usa para transportar masa arriba y abajo desde la Tierra. En teoría, tal sistema podría hacer que alcanzar la órbita sea incluso más barato que lo que cuesta actualmente tomar un avión.

Fuente: ISEC

La limitación clave aquí no es la demanda del mercado o el capital disponible (aunque también cuentan), sino la tecnología. Un cable tan extremadamente largo requeriría un material ultraligero con una resistencia a la tracción mucho mayor que los materiales comunes como el acero o el titanio.

Esto podría estar cambiando, con supermateriales como el grafeno que aparentemente pueden cumplir los requisitos técnicos, un tipo de material 2D del que hablamos en detalle en nuestro artículo “2D Materials, Like Graphene, Open New Frontiers In Material Sciences”.

Sin embargo, esto requeriría la producción masiva de cristales de grafeno de alta calidad, algo que nunca se ha logrado hasta ahora. Al precio actual del grafeno, sería absurdamente caro.

Sin embargo, sería la infraestructura ideal para una presencia humana sostenida en el espacio, industrias orbitales y comercio interplanetario, con una capacidad de 30 000 toneladas al año a órbita geoestacionaria, o el equivalente a decenas de lanzamientos de Starship cada día.

Puedes ver más sobre este concepto en este video de 1 hora del International Space Elevator Consortium:

Megestructura Orbital

Si alguna vez logramos construir un elevador espacial o establecer instalaciones de fabricación a gran escala en la Luna usando material de asteroides, podríamos imaginar un tipo de infraestructura aún más grandiosa.

Por ejemplo, un anillo orbital es la idea de construir una estructura que rodee la totalidad de la Tierra.

Fuente: Isaac Arthur

Tal sistema permanecería en órbita gracias a la fuerza centrífuga que compensa la gravedad de la Tierra. Proporcionaría hábitats en el espacio, estaciones de mantenimiento, sitios de lanzamiento para misiones de espacio profundo, puntos de anclaje para generación de energía (paneles solares) e incluso, potencialmente, mitigación climática con sombras solares.

Sin embargo, tal concepto es tan ambicioso desde el punto de vista tecnológico e infraestructural que probablemente no se logrará hasta que al menos se construyan impulsores de masa y un elevador espacial.

Estaciones y Procesadores de Minería

La idea de extraer minerales de asteroides y procesar el mineral en el espacio es mucho más accesible y realista.

Muchos asteroides son muy ricos en metales; de hecho, el cinturón de asteroides de nuestro sistema solar contiene ~8 % de asteroides ricos en metales (tipo M). Con todo el cinturón de asteroides pesando 2,4 quintillones de toneladas, eso es mucho metal.

Fuente: ESA – The two areas where most of the asteroids in the Solar System are found: the asteroid belt between Mars and Jupiter, and the trojans, two groups of asteroids moving ahead of and following Jupiter in its orbit around the Sun.

En la Tierra, cavamos hasta 2‑4 km en busca de oro o platino. Pero solo un asteroide, 16 Psyche, podría ser un fragmento de metal de 200 km esperando ser minado por un valor (a precios actuales) de 10‑700 quintillones de dólares.

Por lo tanto, existen 2 tipos de minería espacial que podrían ser altamente rentables:

• Materiales raros como oro y platino se enviarán de vuelta a la Tierra.
• Materiales básicos que pueden usarse en órbita para construir naves espaciales, hoteles espaciales, etc., sin tener que pagar el exorbitante costo de levantar estos materiales desde la Tierra.

Lo más probable es que una empresa de minería de asteroides genere ingresos de ambos, capturando y acercando a la Tierra asteroides con minerales de alto valor. Y usando los residuos de la minería, compuestos de hierro carbono, níquel, etc., para construir estaciones espaciales, bases lunares, cohetes, etc.

Otra ventaja es que una vez que el equipo de minería se coloca en el espacio, puede extraer los asteroides en un entorno sin peso. Esto puede hacer que la minería en el espacio sea más fácil que en la Tierra, donde mover miles de toneladas de rocas es una actividad que consume mucha energía y es riesgosa.

Colectores Solares

Otra industria espacial propuesta que podría convertirse en el motor de una economía basada en el espacio es la energía solar. En la órbita adecuada, el Sol brilla 24 horas al día, 7 días a la semana y con una intensidad mucho mayor debido a la falta de atmósfera que absorba la luz.

Estos sistemas podrían ser tanto una razón para construir infraestructura espacial (reduciendo el costo de los satélites de energía) como un habilitador de mayor progreso (como alimentar estaciones de refinación que extraen asteroides).

Fuente: Space Solar

(Exploramos esta idea con más detalle en nuestro artículo “Space-Based Energy Solutions For Endless Clean Energy”.)

Propulsores de Velas Láser

Para salir de la Tierra, se requieren cohetes o infraestructura avanzada. Pero para moverse en el espacio, solo se necesita poca energía una vez que estás lejos de un pozo gravitatorio. Tan poca, de hecho, que solo la luz puede proporcionar suficiente energía para hacerlo.

Esta es la física detrás del concepto de una vela solar. No es un concepto especulativo de ciencia ficción, sino una tecnología real que ya está siendo probada por la NASA.

Una vela así podría ser impulsada por los rayos del Sol, pero también podría ser impulsada por láser. Así, potencialmente, en lugar de quemar combustible, podríamos ver viajes interplanetarios impulsados por láseres desde la órbita o desde la Luna, alimentados a su vez por satélites solares locales.

Bases y Colonias Extraterrestres

Al discutir la infraestructura, la mayoría se centrará en los proyectos “llamativos” y tecnológicamente desafiantes, como los elevadores espaciales.

Sin embargo, habrá mucha otra infraestructura necesaria en el espacio, especialmente si estamos construyendo asentamientos permanentes, desde bases con alojamiento para científicos y turistas hasta ciudades prósperas en Marte.

Esto incluye granjas bajo cúpula, producción de alimentos hidropónicos y acuapónicos en interiores, telecomunicaciones, plataformas de lanzamiento, producción de combustible y estaciones de reabastecimiento, etc., así como instalaciones mundanas pero igualmente vitales como centrales eléctricas, líneas de energía, hospitales, carreteras, tuberías de agua, etc.

Transportador / Ciclista Aldrin

Las bases o colonias en la Luna serán “fáciles” de abastecer directamente desde la Tierra. Llevar y traer personal o turistas se hará en un viaje corto, que tomará como máximo unos pocos días.

Sin embargo, viajar a destinos más lejanos como Marte requerirá un viaje que probablemente tomará casi un año o, en el mejor de los casos, semanas. Esto no es un problema para materias primas y equipos, donde solo complica un poco la logística.

Esto es mucho más problemático para los pasajeros. El espacio más allá de la magnetosfera de la Tierra está expuesto a una fuerte radiación. Y en caso de una tormenta solar difícil de predecir, los pasajeros en camino a Marte podrían estar expuestos a aún más radiación. Así, más allá de los aventureros iniciales que pisan Marte, los viajes regulares de pasajeros requerirán una nave muy pesada y blindada.

Y tal vez con alguna producción de alimentos a bordo y un fuerte reciclaje de agua para limitar la cantidad de suministros que deben transportarse (discutimos con más detalle el tema del suministro de alimentos en el espacio en nuestro artículo “Space Food – How Will We Feed Humanity’s Next Wave of Pioneers?”).

Esto puede hacerse con un cohete clásico. Pero sería un desperdicio de combustible, ya que habría que acelerar y frenar todo el blindaje, el soporte vital y el suministro de alimentos cada vez.

En su lugar, el Ciclista Aldrin (propuesto por Buzz Aldrin, el segundo hombre en la Luna), o el Ciclista Marte, podrían orbitar permanentemente de modo que lleguen regularmente a la vecindad tanto de la Tierra como de Marte.

Fuente: Ethan MacDonald

De esta manera, podrías construir una estación espacial permanente para que la gente transite hacia y desde Marte. Tendría un blindaje contra radiación pesado y producción de alimentos, así como habitaciones más cómodas y espaciosas y instalaciones deportivas para mantener a las personas en forma a pesar de la ausencia de gravedad.

Fuente: Buzz Aldrin

Cilindro O’Neil y Colonias de Asteroides

Hablando de hábitats espaciales, se han considerado conceptos más ambiciosos que la parada/hotel en el camino a Marte, como el Ciclista Aldrin. Este es el plan que Jeff Bezos está persiguiendo, con “un billón de personas viviendo en gigantescas estaciones espaciales también conocidas como cilindros O’Neil.”

Estos son cilindros gigantescos cuya rotación crearían gravedad artificial en el interior, lo suficientemente grandes como para albergar cientos de miles o millones de habitantes.

Fuente: Blue Origin

Podrían usarse tanto para ofrecer condiciones de vida ideales como para trasladar industrias pesadas y contaminantes fuera de los ecosistemas de la Tierra.

Tal infraestructura proporcionaría esencialmente un espacio vital ilimitado para una cantidad incalculable de personas en todo el sistema solar. Incluso podría usarse para colonizar otras estrellas, ya que son esencialmente microplanetas autosuficientes.

Sin embargo, esa infraestructura probablemente llegue aún más tarde en la línea de tiempo de la colonización espacial que los anillos orbitales, ya que requeriría una capacidad de fabricación espacial anual de billones de toneladas, así como tránsito de ida y vuelta a la Tierra a casi ningún costo.

Esfera de Dyson

En el extremo del espectro de infraestructuras espaciales especulativas, la Esfera de Dyson, o enjambre de Dyson.

Propuesta inicialmente por Freeman Dyson, es la idea de usar todas las rocas y metales disponibles en el sistema solar, y construir un enjambre de hábitats espaciales incluso más grande que los cilindros O’Neil, potencialmente con una superficie comparable a la de la Tierra cada uno, con el fin de capturar la mayor cantidad posible de la energía del Sol.

Fuente: Wikipedia

Esto también se considera una “fin del juego” para cualquier civilización espacial. Es difícil imaginar algo más avanzado que literalmente desmantelar planetas para optimizar el uso de su materia y la energía del Sol.

Ha sido una “tecno‑firma” intensamente investigada por astrónomos para encontrar señales de posibles civilizaciones tecnológicas extraterrestres.

Este es obviamente un tema muy controvertido, pero parece que ya 60 estrellas podrían coincidir con este perfil. Sigue siendo fuertemente debatido entre los astrónomos, ya que podría ser simplemente que hayan encontrado un nuevo tipo de estrella. No obstante, resulta intrigante para las personas interesadas en la exploración espacial y abriría una perspectiva totalmente nueva sobre hasta dónde podría llegar la humanidad si apunta a las estrellas.

También puedes encontrar mucho más arte conceptual hermoso y miniaturas sobre la colonización espacial y la infraestructura que discutimos aquí en Spacehabs.

Invertir en Infraestructura Espacial

El espacio es una industria muy establecida que está experimentando un renacimiento y un crecimiento explosivo gracias a los cohetes reutilizables. Discutimos cómo esto creará oportunidades completas en nuestro artículo “Reusable Rockets To Create Multiple New Markets By Lowering Costs Drastically”.

El mercado espacial actual es de 443 mil millones de dólares. Incluso al ignorar ideas más especulativas (pero potencialmente muy lucrativas) como la minería de asteroides, el turismo espacial y los vuelos hipersónicos, podrían añadir otros 350 mil millones de dólares en ingresos, a los que se puede sumar una previsión de Internet basada en satélites valorada en 17 mil millones de dólares, así como aplicaciones militares y bases lunares subvencionadas, proyectos científicos, etc.

Puedes invertir en compañías relacionadas con el espacio a través de muchos corredores, y puedes encontrar en este sitio nuestras recomendaciones de los mejores corredores en EE. UU., Canadá, Australia, el Reino Unido, así como en muchos otros países.

Si no te interesa seleccionar compañías específicas relacionadas con el espacio, también puedes considerar ETFs como ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) o VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) para capitalizar el crecimiento del sector espacial en su conjunto.

Empresas de Infraestructura Espacial

1. Rocket Lab

Rocket Lab es uno de los contendientes más serios en el mercado de cohetes reutilizables. La compañía se ha centrado inicialmente en cohetes pequeños, con el sistema de lanzamiento Electron (320 kg de carga útil), que se está convirtiendo progresivamente en un cohete parcialmente reutilizable. Hasta ahora, Electron ha puesto en órbita 177 satélites en 44 lanzamientos.

Posteriormente, Rocket Lab está considerando crear un cohete reutilizable de tamaño medio, el Neutron, comparable al Falcon 9 (8 000 kg a LEO en modo totalmente reutilizable, 1 500 kg a Marte o Venus). El Neutron será impulsado por un motor de cohete que quema metano (como Starship), lo que parece convertirse en la tendencia para la próxima generación de cohetes.

La compañía es notable por su proceso de fabricación de satélites totalmente integrado verticalmente, lo que le permite optimizar costos y velocidad de diseño. Esto resultó en múltiples contratos con la NASA y el gobierno de EE. UU., incluyendo un contrato militar de satélites de 515 M $, y un contrato civil de 143 M $ para Globalstar.

Rocket Lab también es un importante fabricante de paneles solares para satélites tras sus adquisiciones de SolAero Technologies en 2022, con más de 1 000 satélites alimentados por estos paneles y un total de 4 MW de células solares fabricadas.

Fuente: Rocket Lab

Por ahora, su sistema de lanzamiento depende de proveedores externos, pero una serie de adquisiciones estratégicas debería cambiar eso, replicando en el sistema de lanzamiento la integración vertical ya lograda en el diseño y fabricación de satélites.

La compañía también está considerando la posibilidad de una constelación LEO de telecomunicaciones para generar ingresos recurrentes. También está contribuyendo a la investigación para la fabricación en el espacio con Varda Space Industries y la inspección de desechos orbitales.

Mientras SpaceX contó con el talento empresarial de Elon Musk para desarrollar su tecnología desde cero, Rocket Lab utilizó una combinación de I+D y adquisiciones para integrar verticalmente la tecnología requerida. Esto ha demostrado ser muy exitoso en la fabricación de satélites, y ahora buscan replicar esta estrategia para cohetes reutilizables.

Considerando el flujo de caja existente de la producción de satélites y los éxitos de Electron, Rocket Lab es un buen candidato para ponerse al nivel de SpaceX, al menos hasta que los impulsores de masa y otras infraestructuras se construyan en unas pocas décadas.

2. Virgin Galactic

La compañía fue fundada por Richard Branson y se centra en el turismo espacial.

Los boletos están en el rango de 250 000‑450 000 $, con una larga lista de espera. Los primeros clientes parecen estar extasiados con su experiencia:

“Siempre supe que iba a ser la experiencia más extraordinaria de mi vida. Siempre lo supe. Y la gente me dijo que lo sería. Pero cuando ocurre… y está en otro nivel respecto a la experiencia que pensabas que tendrías… entonces es muy difícil de explicar.”

“Este ha sido el mejor día de mi vida, el día más sensacional de mi vida. Y no se puede obtener nada mejor que eso. Superó mis sueños más salvajes.”

Virgin Galactic ha estado trabajando en mejorar su economía unitaria, con un nuevo sistema de lanzamiento, el “Delta”, capaz de transportar 6 pasajeros en lugar de 4, y de realizar 8 vuelos al mes en lugar de solo uno.

Juntos, estas 2 métricas mejoradas deberían impulsar los ingresos por unidad en 12 veces, con un tiempo de recuperación de menos de 6 meses para cada transbordador Delta. La prueba de vuelo del Delta se espera a mediados de 2025.

Fuente: Virgin Galactic

Los mercados estaban preocupados cuando se anunció que Branson no invertiría más en Virgin Galactic. Especialmente después del despido de 185 empleados y la pausa de los vuelos espaciales en 2024, para esperar la llegada del transbordador Delta y reducir la velocidad de quema de efectivo.

Aún así, se pronostica que Virgin Galactic tendrá suficiente efectivo para operar hasta 2025 o 2026. Por lo tanto, si el desarrollo del sistema de vuelo Delta avanza sin problemas (una proposición arriesgada en la industria aeroespacial), la compañía debería poder centrarse en reiniciar y hacer crecer el flujo de caja, con un sistema rentable por unidad. Y llevar a la compañía a un flujo de caja positivo en 2026.

Fuente: Virgin Galactic

(Cabe señalar que Virgin Galactic es diferente de Virgin Orbit. Virgin Orbit se declaró en bancarrota en abril de 2023, y proporcionó servicios de lanzamiento para pequeños satélites, con Rocket Lab adquiriendo la instalación de Long Beach de la compañía, así como sus activos de fabricación y herramientas).

La reciente bancarrota de Virgin Orbit y el distanciamiento de Virgin Galactic por parte del fundador Richard Branson han dañado la imagen de la compañía ante los inversores, resultando en una caída drástica del precio de sus acciones en 2023 y 2024.

Se recomienda encarecidamente cautela respecto a la propia acción.

Al mismo tiempo, la satisfacción de los clientes anteriores, un plan claro para un diseño rentable (transbordadores Delta) y una larga lista de espera de clientes potenciales demuestran que la compañía podría seguir siendo viable incluso sin recaudar más fondos.

Mientras pueda volar el transbordador de clase Delta lo suficientemente pronto. Hasta ahora, la fábrica para construir Delta está terminada, y la construcción debería comenzar en el primer trimestre de 2025.

Mucho dependerá del éxito en desarrollar, fabricar y operar el transbordador Delta y lograrlo antes de finales de 2025.

Si este es el caso, la valoración mucho más baja crearían una oportunidad para que los inversores adquieran acciones de la compañía a descuento.