Infraestructura espacial: construcción de escaleras hacia los cielos

Una nueva era espacial

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

Fuente: Arca invertir

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

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

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

Si desea obtener más información sobre cómo sería un mundo en el que ya han tenido lugar y cómo se podría crear una economía espacial autosostenible, puede leer más en nuestros artículos "La futura economía espacial" y "La futura economía marciana.

Starlink y constelaciones de satélites similares son infraestructuras espaciales masivas que ya están en construcción. Hacen posible el acceso a Internet de alta velocidad en cualquier lugar de la Tierra y se espera que se conviertan en la principal fuente de flujo de caja de empresas como SpaceX, que ya cuenta con millones de suscriptores de pago.

Fuente: Arca invertir

Aun así, los lanzamientos espaciales con cohetes están limitados, en última instancia, por la física en la que se basa la tecnología. Un aspecto clave es que los cohetes necesitan expulsar una cantidad desmesurada 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 simplemente en elevar más.

Para bajar el listón de los 100 dólares por kilo de costes de lanzamiento, se necesitarán métodos completamente diferentes a los del cohete.

Si los costos de abandonar la gravedad de la Tierra disminuyen lo suficiente, se podrían construir muchas cosas en el espacio.

Los grandes logros requieren infraestructura

Depender únicamente de cohetes para llegar al espacio es similar a si hiciéramos todo el transporte y el comercio en la Tierra utilizando únicamente aviones y helicópteros. Si bien técnicamente no es imposible, sería absurdamente costoso cuando la construcción de infraestructura como puertos, carreteras y ferrocarriles nos permite utilizar alternativas mucho más baratas.

Puede ser un problema del huevo y la gallina cuando se trata de espacio. Hasta ahora no valía la pena construir infraestructuras a gran escala, ya que nuestras necesidades de lanzamiento sólo eran poner en órbita unas pocas decenas de satélites y una docena de astronautas.

Con la disponibilidad de mejores sistemas de lanzamiento, es probable que veamos en las próximas dos décadas una expansión masiva de la actividad humana en el espacio. Algunas de ellas serán muy rentables o estarán muy bien financiadas, entre ellas:

• Megaproyectos científicos, como edificio Un radiotelescopio en la cara oculta 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 masivo como para que resulte rentable invertir decenas o cientos de miles de millones sólo para captar cuota de mercado de empresas de cohetes como SpaceX.

Conductores masivos

Una de esas infraestructuras, denominada controlador masivo, promete reducir drásticamente los costos de lanzamiento. Lo más probable es que ya sea factible con la tecnología disponible actualmente. La idea clave de un impulsor de masas es que se podría enviar un transbordador a órbita acelerándolo lo suficiente en tierra como para que no necesitara un propulsor a bordo.

La forma en que los científicos e ingenieros han estudiado cómo hacerlo sería crear un tren maglev similar al concepto Hyperloop, operando en el vacío. De esta manera, ni la fricción con el carril ni con las partículas de aire ralentizarían ni calentarían el vehículo de lanzamiento.

Fuente: Acepedia

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

Si tiene éxito, podría reducir otras 10 veces el precio del lanzamiento orbital que ya ha reducido mucho SpaceX, y las estimaciones sitúan los costos en 60 dólares el kg.

Como nota al margen, este tipo de sistema podría utilizarse por primera vez con modelos de menor tamaño para propulsar aviones a una velocidad en la que los motores scramjet hipersónicos puedan funcionar, lo que permite vuelos hipersónicos muy rápidos.

Un verdadero megaproyecto

Por supuesto, se necesitaría un impulsor de masa orbital para alcanzar una velocidad extrema y ser absolutamente masivo y poderoso para transportar y acelerar los cientos o miles de toneladas de carga útil para competir con la nave espacial.

La pista de lanzamiento también deberá tener cientos, si no miles, de kilómetros de largo, siendo la zona candidata más prometedora la meseta tibetana.

Sin embargo, los impulsores masivos todavía se encuentran entre las infraestructuras espaciales propuestas menos ambiciosas, ya que en su mayoría están limitadas únicamente por la financiación disponible y la capacidad para diseñarlas con tecnología conocida.

Ascensor espacial

Otra forma conocida de subir y bajar cosas con el menor coste energético posible es utilizar un contrapeso, como en los ascensores. De esta manera, la única energía gastada es levantar el peso de la carga útil y no hay necesidad de una velocidad extrema.

Esta es la idea detrás de un ascensor espacial, donde se utilizan decenas de miles de kilómetros de longitud para transportar masa hacia arriba y hacia abajo desde la Tierra. En teoría, un sistema de este tipo podría hacer que llegar a la órbita sea incluso más barato de lo que cuesta actualmente tomar un avión.

Fuente: ISEC

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

Esto podría estar cambiando, con supermateriales como el grafeno aparentemente capaces de cumplir con los requisitos técnicos, un tipo de material 2D que analizamos en detalle en nuestro artículo "Los materiales 2D, como el grafeno, abren nuevas fronteras en las ciencias de los materiales.

Sin embargo, esto requeriría la producción en masa de cristal 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, las industrias orbitales y el comercio interplanetario, con una capacidad de 30,000 toneladas por año en órbita geosincrónica, o el equivalente a decenas de lanzamientos de Starship cada día.

Puedes ver más sobre este concepto en este vídeo de 1 hora de duración Consorcio Internacional de Ascensores Espaciales:

Megaestructura orbital

Si alguna vez logramos construir un ascensor espacial o establecer instalaciones de fabricación a gran escala en la Luna utilizando material de asteroides, podríamos imaginar un tipo de infraestructura aún mayor.

Por ejemplo, un anillo orbital es la idea de construir una estructura que dé la vuelta a toda la Tierra.

Fuente: isaac arturo

Un sistema de este tipo se mantendría en órbita gracias a la fuerza centrífuga que compensa la gravedad terrestre. Proporcionaría hábitats espaciales, estaciones de mantenimiento, bases de lanzamiento para misiones al espacio profundo, puntos de anclaje para la generación de energía (paneles solares) e incluso, potencialmente, mitigación del cambio climático mediante parasoles.

Sin embargo, este concepto es tan ambicioso desde el punto de vista tecnológico y de infraestructura que probablemente nunca se logrará hasta que primero se construyan al menos controladores masivos y un ascensor espacial.

Estaciones y procesadores de minería

La idea de extraer asteroides para obtener materias primas y procesar el mineral en el espacio es mucho más accesible y realista.

Muchos asteroides son muy ricos en metales; En realidad, El cinturón de asteroides de nuestro sistema solar contiene ~8% de asteroides ricos en metales (tipo M).. Dado que todo el cinturón de asteroides pesa 2.4 quintillones de toneladas, es mucho metal.

Fuente: ESA – Las dos zonas donde se encuentran la mayoría de los asteroides del Sistema Solar: el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, y los troyanos, dos grupos de asteroides que se mueven delante y detrás de Júpiter en su órbita alrededor del Sol.

En la Tierra, estamos excavando a una profundidad de entre 2 y 4 kilómetros en busca de oro o platino. Pero sólo un asteroide, 16 Psyche, podría ser un trozo de metal de 200 kilómetros esperando a ser extraído por un valor (a precios actuales) de 10 a 700 dólares. trillón.

Entonces, existen 2 tipos de minería espacial que podrían resultar altamente rentables:

• Materiales raros como el oro y el platino se enviarán de regreso a la Tierra.
• Materiales básicos que se pueden utilizar en órbita para construir naves espaciales, hoteles espaciales, etc., sin tener que pagar el coste exorbitante de sacar estos materiales de la Tierra.

Lo más probable es que una empresa minera de asteroides genere dinero con ambas cosas, capturando y acercando a la Tierra asteroides con minerales de alto valor. Y utilizar los relaves mineros, hechos de carbón, hierro, níquel, etc. para construir estaciones espaciales, bases lunares, cohetes, etc.

Otra ventaja es que una vez que el equipo de minería se ha colocado en el espacio, puede extraer asteroides en un entorno ingrávido. Esto puede hacer que la minería en el espacio más fácil que en la Tierra, donde mover miles de toneladas de rocas es una actividad arriesgada y que consume mucha energía.

Colectores solares

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

Dichos sistemas podrían ser tanto una razón para construir infraestructura espacial (reduciendo el costo de los satélites energéticos) como un facilitador de mayores avances (como alimentar estaciones de refinación que extraen asteroides).

Fuente: espacio solar

(Exploramos esta idea con más detalle en nuestro artículo “Soluciones energéticas basadas en el espacio para una energía limpia sin fin").

Hélices de vela láser

Para salir de la Tierra, se requieren cohetes o infraestructura avanzada. Pero para desplazarse en el espacio, en realidad solo se necesita un poco de energía una vez que se está lejos de un pozo de gravedad. Tan poca, de hecho, que solo la luz puede proporcionar suficiente energía.

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

Una vela de este tipo podría ser impulsada por los rayos del sol pero también podría ser impulsada por láser. Entonces, potencialmente, en lugar de quemar combustible, podríamos ver viajes interplanetarios impulsados ​​por láseres desde la órbita o en la Luna, a su vez impulsados ​​por satélites locales de energía solar.

Bases y colonias fuera del mundo

Al hablar de infraestructura, la mayoría se centrará en los proyectos “llamativos” y tecnológicamente desafiantes, como los ascensores espaciales.

Sin embargo, se necesitarán muchas otras infraestructuras 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 abovedadas, producción de alimentos hidropónicos y acuapónicos en interiores, telecomunicaciones, plataformas de lanzamiento, producción de combustible y estaciones de reabastecimiento de combustible, etc., así como plantas de energía, líneas eléctricas, hospitales, carreteras, tuberías de agua, etc., mundanas pero igualmente vitales.

Transportador/Ciclador de Aldrin

Las bases o colonias en la Luna serán “fáciles” de abastecer directamente desde la Tierra. La entrada y salida de personal o turistas se realizará en un viaje corto, que durará como máximo unos días.

Sin embargo, ir a destinos más distantes como Marte requerirá un viaje que probablemente durará casi un año o, en el mejor de los casos, semanas. Esto no es un problema para las materias primas y los equipos, donde simplemente 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 el camino a Marte podrían estar expuestos a aún más radiación. Entonces, más allá de los atrevidos aventureros iniciales y el primer paso en Marte, el viaje regular de pasajeros requerirá un barco muy pesado y blindado.

Y tal vez con algo de 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 “Alimentos espaciales: ¿cómo alimentaremos a la próxima ola de pioneros de la humanidad?").

Esto se puede hacer en un cohete clásico. Pero esto será un desperdicio de combustible, teniendo que acelerar y frenar todo el escudo, el soporte vital y el suministro de alimentos cada vez.

En cambio, el Aldrin Cycler (propuesto por Buzz Aldrin, el segundo hombre en la Luna), o Ciclador de Marte podría estar en órbita permanente, por lo que se acerca regularmente a las proximidades de la Tierra y Marte.

Fuente: Ethan MacDonald

De esta manera, se podría construir una estación espacial permanente para que las personas transiten hacia y desde Marte. Tendría una fuerte protección contra la radiación y producción de alimentos, así como habitaciones e instalaciones deportivas más cómodas y espaciosas para mantener a la gente 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 Aldrin Cycler. Este es el plan que persigue Jeff Bezos, con “un billón de personas viviendo en gigantescas estaciones espaciales también conocidas como cilindros de O'Neil”.

Se trata de cilindros gigantescos cuya rotación crearía en su interior una gravedad artificial, lo suficientemente grande como para albergar cientos de miles o millones de habitantes.

Fuente: Origen Azul

Podrían utilizarse para ofrecer condiciones de vida ideales o para desplazar industrias pesadas y contaminantes fuera de los ecosistemas de la Tierra.

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

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

Esfera Dyson

En el extremo más extremo del espectro de la infraestructura espacial especulativa, se encuentra la Esfera Dyson o el enjambre Dyson.

Propuesta por primera vez por Freeman Dyson, es la idea de utilizar 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 tanta superficie como la Tierra cada uno, para capturar la mayor cantidad posible de la energía solar.

Fuente: Wikipedia

Esto también se considera una especie de "final del juego" para cualquier civilización espacial. Es difícil imaginar una tecnología más avanzada que el desmantelamiento literal de planetas para optimizar el uso de su materia y la energía solar.

Ha sido una “tecnofirma” intensamente investigada por los astrónomos para encontrar signos de potenciales civilizaciones tecnológicas extraterrestres.

Evidentemente se trata de un tema muy controvertido, pero parece que ya 60 estrellas podrían coincidir con este perfil. Todavía hay un fuerte debate entre los astrónomos, ya que podría ser simplemente que hayan encontrado un nuevo tipo de estrella. Sin embargo, resulta intrigante para las personas interesadas en la exploración espacial y abriría una perspectiva completamente nueva sobre hasta dónde podría llegar la humanidad si alcanzara las estrellas.

Usted además puede encontrar Arte conceptual y miniaturas mucho más hermosos 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 "Cohetes reutilizables para crear múltiples mercados nuevos reduciendo drásticamente los costos.

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

Puede invertir en empresas relacionadas con el espacio a través de muchos corredores, y puede encontrar en este sitio web nuestras recomendaciones para los mejores corredores en EE.UU, Canada, Australia, el Reino Unido, así como muchos otros países.

Si no está interesado en elegir empresas específicas relacionadas con el espacio, también puede buscar ETF como ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) capitalizar el crecimiento del sector espacial en su conjunto.

Empresas de infraestructura espacial

1. Rocket Lab

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

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

La empresa se destaca por su proceso de fabricación de satélites totalmente integrado verticalmente, lo que le permite optimizar los costos y la velocidad de diseño. Esto resultó en múltiples contratos con la NASA y el gobierno de EE. UU., incluido un contrato de satélite militar de 515 millones de dólares. y un contrato civil de 143 millones de dólares para Globalstar.

Rocket Lab es también un importante fabricante de Paneles solares para satélites tras sus adquisiciones en 2022 de SolAero Technologies, con más de 1000 satélites alimentados por estos paneles y células solares de 4MW fabricadas en total.

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 analizando la posibilidad de una constelación LEO de telecomunicaciones para generar ingresos recurrentes. También contribuye a la investigación de Fabricación en el espacio con Varda Space Industries.  y  inspección de desechos orbitales.

Mientras que SpaceX contaba con el talento empresarial de Elon Musk para desarrollar su tecnología desde cero, Rocket Lab empleó una combinación de I+D y adquisiciones para integrar verticalmente la tecnología necesaria. Esto ha tenido mucho éxito en la fabricación de satélites, y ahora buscan replicar esta estrategia para cohetes reutilizables.

Teniendo en cuenta el flujo de caja existente procedente de la producción de satélites y los éxitos de Electron, Rocket Lab es un buen candidato para alcanzar a SpaceX, al menos hasta que se construyan controladores masivos y otras infraestructuras en unas pocas décadas.

2. Virgin Galactic

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

Las entradas oscilan entre los 250,000 y los 450,000 dólares, con una larga lista de espera.. Los primeros clientes parecen estar encantados con su experiencia:

Siempre supe que sería la experiencia más extraordinaria de mi vida. Siempre lo supe. Y la gente me lo decía. Pero cuando lo es… y es a otro nivel de la experiencia que creías que ibas a tener… entonces es muy difícil de explicar.

“Este ha sido el mejor día de mi vida, el día más sensacional de mi vida. Y no hay nada mejor que eso. Superó mis sueños más locos”.

Virgin Galactic ha estado trabajando para 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.

Juntas, estas dos métricas mejoradas deberían multiplicar por 2 los ingresos por unidad, con un tiempo de recuperación de la inversión de menos de 12 meses para cada servicio de transporte de Delta. La prueba de vuelo de Delta se espera para mediados de 6.

Fuente: Virgin Galactic

Mercado Se preocuparon cuando se anunció que Branson no invertiría más en Virgin Galactic.. Especialmente tras el 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 gasto de efectivo.

Aún así, se pronostica que Virgin Galactic tendrá suficiente efectivo para operar hasta 2025 o 2026. Entonces, si el desarrollo del sistema de vuelo Delta se desarrolla sin problemas (una propuesta arriesgada en la industria aeroespacial), la compañía debería poder concentrarse en reiniciar y aumentar el efectivo. flujo, con un sistema rentable por unidad. Y hacer que la empresa obtenga 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 quiebra en abril de 2023 y proporcionó servicios de lanzamiento para satélites pequeños, con Rocket Lab adquiere las instalaciones de Long Beach de la empresa y sus activos de fabricación y herramientas.).

La reciente quiebra de Virgin Orbit y el distanciamiento de Virgin Galactic por parte de su fundador, Richard Branson, ha dañado la imagen de la empresa ante los inversores, lo que ha provocado una caída del precio de sus acciones en 2023 y 2024.

Se recomienda encarecidamente tener precaución con la acción en sí.

Al mismo tiempo, la satisfacción de los clientes anteriores, un plan claro para un diseño rentable (lanzaderas Delta) y una larga lista de espera de clientes potenciales muestran que la empresa aún podría ser viable incluso sin recaudar más fondos.

Siempre y cuando pueda volar el transbordador clase Delta lo suficientemente pronto. Hasta ahora, La fábrica para construir Delta está terminada y la construcción debería comenzar en el primer trimestre de 1..

Mucho dependerá del éxito del desarrollo, fabricación y operación del transbordador Delta y de lograrlo antes de finales de 2025.

Si este es el caso, la valoración mucho más baja crearía una oportunidad para que los inversores obtengan acciones de la empresa con descuento.