Infrastructure spatiale – Construire des escaliers vers le ciel

Une nouvelle ère spatiale

Avec l'invention de fusées réutilisables fiables par SpaceX d'Elon Musk, une nouvelle course à l'espace a débuté. En effet, il a réduit de près de 10 fois les coûts d’atteinte de l’orbite, et l’on attend encore davantage de réductions de coûts de la part de l’énorme Starship.

Source: Arche Investir

Cela a conduit à la situation actuelle, où en 2023, l’immense majorité de ce qui a été envoyé en orbite, tant en masse qu’en nombre de satellites, a été lancée par SpaceX.

À terme, Starship sera capable d'envoyer en orbite terrestre basse (LEO) entre 50 et 200 tonnes de matériaux à chaque lancement, selon les estimations. Ce sera une avancée majeure, qui ouvrira probablement la voie à de nouvelles étapes dans l'histoire de l'humanité, notamment :

• Bases permanentes sur la Lune.
• Première expédition humaine sur Mars.

Si vous souhaitez en savoir plus sur à quoi ressemblerait un monde là où ces événements ont déjà eu lieu et sur la manière dont il pourrait créer une économie spatiale autonome, vous pouvez en savoir plus dans nos articles «La future économie spatiale" et "La future économie martienne ».

Starlink et les constellations de satellites similaires sont des infrastructures spatiales massives déjà en construction. Ils rendent possible l'accès à l'Internet haut débit partout sur Terre et devraient devenir la principale source de trésorerie d'entreprises comme SpaceX, qui compte déjà des millions d'abonnés payants.

Source: Arche Investir

Cependant, les lancements spatiaux par fusée sont finalement limités par la physique sur laquelle repose cette technologie. L'un des principaux facteurs est que les fusées doivent expulser une quantité de carburant démesurée pour décoller. Par exemple, la Falcon Heavy de SpaceX pèse 22.2 tonnes, pour une masse de carburant de 433 tonnes. Cela signifie qu'au final, la majeure partie du carburant est dépensée uniquement pour en transporter davantage.

Pour passer sous la barre des 100 $/kg de coûts de lancement, il faudra des méthodes complètement différentes de celles de la fusée.

Si les coûts liés à l’abandon de la gravité terrestre diminuent suffisamment, de nombreuses choses pourraient être construites dans l’espace.

Les grandes réalisations nécessitent une infrastructure

S’appuyer uniquement sur des fusées pour atteindre l’espace est similaire à si nous effectuions tous les transports et échanges commerciaux sur Terre en utilisant uniquement des avions et des hélicoptères. Bien que techniquement cela ne soit pas impossible, cela serait absurdement coûteux alors que la construction d’infrastructures telles que des ports, des routes et des voies ferrées nous permet d’utiliser des alternatives beaucoup moins chères.

Cela peut être un peu le problème de la poule et de l’œuf en matière d’espace. Jusqu’à présent, les infrastructures à grande échelle ne valaient pas la peine d’être construites, car nos besoins en matière de lancement se limitaient à envoyer sur orbite quelques dizaines de satellites et une douzaine d’astronautes.

Avec la disponibilité de meilleurs systèmes de lancement, nous assisterons probablement au cours des deux prochaines décennies à une expansion massive de l’activité humaine dans l’espace. Certains d’entre eux seront très rentables ou très bien financés, notamment :

• Mégaprojets scientifiques, comme bâtiment un radiotélescope sur la face cachée de la Lune.
• Bases lunaires des pays occidentaux, de Chine et de Russie.
• Tourisme spatial, qu'il s'agisse de vols suborbitaux, de stations spatiales orbitales ou sur la Lune.

Cela créera un marché suffisamment massif pour qu’il devienne rentable d’investir des dizaines ou des centaines de milliards simplement pour conquérir des parts de marché auprès de sociétés de fusées comme SpaceX.

Pilotes de masse

Une de ces infrastructures, appelée pilote de masse, promet de réduire considérablement les coûts de lancement. C’est probablement déjà réalisable avec la technologie actuellement disponible. L’idée clé d’un moteur de masse est qu’une navette pourrait être envoyée en orbite en l’accélérant suffisamment au sol pour qu’elle n’ait pas besoin de propulseur embarqué.

La façon dont les scientifiques et les ingénieurs ont réfléchi à la manière de procéder consisterait à créer un train à sustentation magnétique similaire au concept Hyperloop, fonctionnant dans le vide. De cette façon, ni le frottement avec le rail ni avec les particules d'air ne ralentirait et ne réchaufferait le lanceur.

Source: Acépédia

La Chine envisage déjà de développer une telle technologie, donc cela pourrait être plus proche que prévu.

En cas de succès, cela pourrait réduire encore de 10 fois le prix du lancement orbital déjà considérablement abaissé par SpaceX, les estimations situant les coûts à 60 $/kg.

Par ailleurs, ce type de système pourrait être utilisé dans un premier temps avec des modèles de plus petite taille pour propulser les avions à une vitesse à laquelle les moteurs scramjet hypersoniques peuvent fonctionner, permettant des vols hypersoniques très rapides.

Un véritable mégaprojet

Bien sûr, un pilote de masse orbital serait nécessaire pour atteindre une vitesse extrême et être absolument massif et puissant pour transporter et accélérer les centaines ou les milliers de tonnes de charge utile afin de rivaliser avec Spaceship.

La piste de lancement devra également être longue de plusieurs centaines, voire milliers de kilomètres, la zone candidate la plus prometteuse étant le plateau tibétain.

Cependant, les moteurs de masse restent parmi les infrastructures spatiales proposées les moins ambitieuses, car elles sont principalement limitées uniquement par le financement disponible et les compétences nécessaires pour les concevoir avec une technologie connue.

Ascenseur spatial

Une autre façon connue de transporter des objets de haut en bas au coût énergétique le plus bas possible consiste à utiliser un contrepoids, comme dans les ascenseurs. De cette façon, la seule énergie dépensée consiste à soulever le poids de la charge utile, et il n’est pas nécessaire d’avoir une vitesse extrême.

C'est l'idée derrière un ascenseur spatial, où une attache de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de long est utilisée pour transporter la masse de haut en bas depuis la Terre. En théorie, un tel système pourrait rendre l’atteinte de l’orbite encore moins coûteuse que ce qu’il en coûte actuellement pour prendre un avion.

Source: ISEC

La principale limitation ici n’est pas la demande du marché ou le capital disponible (même si ceux-ci comptent aussi), mais la technologie. Un câble aussi long nécessiterait un matériau ultra-léger avec une résistance à la traction bien supérieure aux matériaux courants comme l'acier ou le titane.

Cela pourrait changer, avec des supermatériaux comme le graphène apparemment capables de répondre aux exigences techniques, un type de matériau 2D dont nous avons discuté en détail dans notre article «Les matériaux 2D, comme le graphène, ouvrent de nouvelles frontières dans les sciences des matériaux ».

Cela nécessiterait toutefois une production massive de cristaux de graphène de haute qualité, ce qui n’a jamais été réalisé jusqu’à présent. Au prix actuel du graphène, ce serait ridiculement cher.

Cependant, ce serait l’infrastructure idéale pour une présence humaine durable dans l’espace, les industries orbitales et le commerce interplanétaire, avec une capacité de 30,000 XNUMX tonnes par an en orbite géosynchrone, soit l’équivalent de dizaines de lancements de vaisseaux spatiaux chaque jour.

Vous pouvez en savoir plus sur ce concept dans cette vidéo d'une heure du Consortium international des ascenseurs spatiaux:

Mégastructure orbitale

Si jamais nous parvenons à construire un ascenseur spatial ou à installer des installations de production à grande échelle sur la Lune en utilisant des matériaux provenant d’astéroïdes, nous pourrions imaginer un type d’infrastructure encore plus grandiose.

Par exemple, un anneau orbital est l’idée de construire une structure faisant le tour de la totalité de la Terre.

Source: Isaac Arthur

Un tel système resterait en orbite grâce à la force centrifuge compensant la gravité terrestre. Il fournirait des habitats dans l'espace, des stations de maintenance, des bases de lancement pour des missions spatiales lointaines, des points d'ancrage pour la production d'électricité (panneaux solaires) et même potentiellement une atténuation du changement climatique grâce à des pare-soleil.

Cependant, un tel concept est si ambitieux d’un point de vue technologique et infrastructurel qu’il ne sera probablement jamais réalisé tant que des moteurs de masse et un ascenseur spatial n’auront pas été construits.

Stations minières et processeurs

L’idée d’exploiter des astéroïdes pour obtenir des matières premières et de traiter le minerai dans l’espace est beaucoup plus accessible et réaliste.

De nombreux astéroïdes sont très riches en métaux ; En fait, la ceinture d'astéroïdes de notre système solaire contient environ 8 % d'astéroïdes riches en métaux (type M). Avec l’ensemble de la ceinture d’astéroïdes pesant 2.4 quintillions de tonnes, cela représente beaucoup de métal.

Source: ESA – Les deux zones où se trouvent la plupart des astéroïdes du système solaire : la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter, et les chevaux de Troie, deux groupes d’astéroïdes qui précèdent et suivent Jupiter dans son orbite autour du Soleil.

Sur Terre, nous creusons jusqu’à 2 à 4 km de profondeur pour trouver de l’or ou du platine. Mais juste un astéroïde, 16 Psyché, pourrait être un morceau de métal de 200 km en attente d'être extrait pour une valeur (aux prix actuels) de 10 à 700 $ quintillion.

Il existe donc 2 types de minage spatial qui pourraient être très rentables :

• Des matériaux rares comme l’or et le platine doivent être renvoyés sur Terre.
• Des matériaux de base qui peuvent être utilisés en orbite pour construire des vaisseaux spatiaux, des hôtels spatiaux, etc., sans avoir à payer le coût exorbitant du retrait de ces matériaux de la Terre.

Très probablement, une entreprise d’extraction d’astéroïdes gagnera de l’argent grâce aux deux, en capturant et en rapprochant de la Terre des astéroïdes contenant des minéraux de grande valeur. Et utiliser les résidus miniers, constitués de fer carboné, de nickel, etc. pour construire des stations spatiales, des bases lunaires, des fusées, etc.

Un autre avantage est qu’une fois l’équipement minier placé dans l’espace, il peut exploiter les astéroïdes dans un environnement en apesanteur. Cela peut rendre l'exploitation minière dans l'espace plus facilement que sur Terre, où déplacer des milliers de tonnes de roches est une activité risquée et énergivore.

Capteurs solaires

L’énergie solaire est une autre industrie spatiale proposée qui pourrait devenir le moteur d’une économie spatiale. Sur l'orbite droite, le Soleil brille 24 heures sur 7 et XNUMX jours sur XNUMX et avec une intensité beaucoup plus élevée en raison de l'absence d'atmosphère pour absorber la lumière.

De tels systèmes pourraient être à la fois une raison pour construire des infrastructures spatiales (en réduisant le coût des satellites de puissance) et un catalyseur de progrès ultérieurs (comme alimenter des stations de raffinage pour extraire des astéroïdes).

Source: Espace Solaire

(Nous explorons cette idée plus en détail dans notre article «Solutions énergétiques spatiales pour une énergie propre sans fin»).

Hélices de voile laser

Pour décoller de la Terre, des fusées ou des infrastructures avancées sont nécessaires. Mais pour se déplacer dans l'espace, une faible quantité d'énergie suffit, une fois éloigné d'un puits de gravité. Si faible, en fait, que la lumière seule peut suffire.

C'est la physique derrière le concept de voile solaire. Il ne s’agit pas d’un concept spéculatif de science-fiction, mais une véritable technologie déjà testée par la NASA.

Une telle voile pourrait être propulsée par les rayons du Soleil mais pourrait également être propulsée par laser. Ainsi, potentiellement, au lieu de brûler du carburant, nous pourrions voir les voyages interplanétaires être propulsés par des lasers depuis l’orbite ou sur la Lune, eux-mêmes alimentés par des satellites locaux à énergie solaire.

Bases et colonies hors monde

Lors des discussions sur les infrastructures, la plupart se concentreront sur les projets « flashy » technologiquement difficiles, comme les ascenseurs spatiaux.

Cependant, de nombreuses autres infrastructures seront nécessaires dans l’espace, surtout si nous construisons des colonies permanentes, depuis des bases abritant des scientifiques et des touristes jusqu’aux villes prospères sur Mars.

Cela comprend les fermes en forme de dôme, la production alimentaire hydroponique et aquaponique intérieure, les télécommunications, les rampes de lancement, les stations de production et de ravitaillement en carburant, etc., ainsi que les centrales électriques banales mais tout aussi vitales, les lignes électriques, les hôpitaux, les routes, les conduites d'eau, etc.

Convoyeur / Cycleur Aldrin

Les bases ou colonies sur la Lune seront « faciles » à approvisionner directement depuis la Terre. L'entrée et la sortie du personnel ou des touristes se feront au cours d'un court voyage, qui prendra au maximum quelques jours.

Cependant, se rendre vers des destinations plus lointaines comme Mars nécessitera un voyage qui prendra probablement près d’un an ou au mieux des semaines. Ce n’est pas un problème pour les matières premières et les équipements, où cela complique juste un peu la logistique.

C'est beaucoup plus problématique pour les passagers. L’espace au-delà de la magnétosphère terrestre est exposé à de fortes radiations. Et en cas de tempête solaire difficile à prévoir, les passagers en route vers Mars pourraient être exposés à encore plus de rayonnements. Ainsi, depuis les premiers aventuriers audacieux jusqu’au premier pas sur Mars, les voyages réguliers de passagers nécessiteront un navire très lourd et blindé.

Et peut-être avec une certaine production alimentaire à bord et un fort recyclage de l'eau pour limiter la quantité de fournitures à transporter. (nous avons abordé plus en détail le sujet de l'approvisionnement alimentaire dans l'espace dans notre article «Space Food – Comment nourrirons-nous la prochaine vague de pionniers de l’humanité ?»).

Cela peut être fait dans une fusée classique. Mais ce sera un gaspillage de carburant, car il faudra à chaque fois accélérer et ralentir l’ensemble du bouclier, du système de survie et de l’approvisionnement alimentaire.

Au lieu de cela, l'Aldrin Cycler (proposé par Buzz Aldrin, le deuxième homme sur la Lune), ou Cycleur de Mars pourrait être en orbite permanente et se trouverait donc régulièrement à proximité de la Terre et de Mars.

Source: Ethan MacDonald

De cette façon, vous pourriez construire une station spatiale permanente permettant aux personnes de transiter vers et depuis Mars. Il disposerait d'une protection contre les radiations et d'une production alimentaire lourdes, ainsi que de salles et d'installations sportives plus confortables et plus spacieuses pour maintenir les gens en forme malgré l'absence de gravité.

Source: Buzz Aldrin

Colonies de cylindres et d'astéroïdes O'Neil

En parlant d’habitats spatiaux, des concepts plus ambitieux que le pit-stop/hôtel en route vers Mars, comme l’Aldrin Cycler, ont été envisagés. C'est le plan que poursuit Jeff Bezos, avec « un billion de personnes vivant dans de gigantesques stations spatiales également connues sous le nom de cylindres d'O'Neil ».

Il s’agit de gigantesques cylindres dont la rotation créerait à l’intérieur une gravité artificielle, suffisamment grande pour abriter des centaines de milliers ou des millions d’habitants.

Source: blue Origin

Ils pourraient être utilisés soit pour offrir des conditions de vie idéales, soit pour déplacer les industries lourdes et polluantes hors des écosystèmes terrestres.

Une telle infrastructure fournirait un espace de vie pratiquement illimité à un nombre incalculable de personnes dans tout le système solaire. Il pourrait même être utilisé pour coloniser d’autres étoiles, car ce sont essentiellement des microplanètes autonomes.

Cependant, une telle infrastructure apparaît probablement encore plus tard dans la chronologie de la colonisation spatiale que les anneaux orbitaux, car elle nécessiterait une capacité annuelle de fabrication spatiale de plusieurs milliards de tonnes, ainsi qu’un transit aller-retour vers la Terre presque sans frais.

Sphère Dyson

À l’extrême extrémité du spectre des infrastructures spatiales spéculatives, la Dyson Sphere, ou essaim de Dyson.

Proposée pour la première fois par Freeman Dyson, il s'agit de l'idée d'utiliser toutes les roches et tous les métaux disponibles dans le système solaire et de construire un essaim d'habitats spatiaux encore plus grands que les cylindres d'O'Neil, potentiellement avec autant de surface que la Terre chacun, afin de capturer autant que possible de l'énergie produite par le Soleil.

Source: Wikipédia

C'est aussi considéré comme une sorte de « but final » pour toute civilisation spatiale. Difficile d'imaginer plus high-tech que le démantèlement de planètes pour optimiser l'utilisation de leur matière et de l'énergie solaire.

Il s’agit d’une « signature technologique » intensément étudiée par les astronomes pour trouver des signes de civilisations technologiques extraterrestres potentielles.

C'est évidemment un sujet très controversé, mais il semblerait que déjà 60 étoiles pourraient correspondre à ce profil. Cette question fait encore l’objet de vifs débats parmi les astronomes, car il se pourrait simplement qu’ils aient découvert un nouveau type d’étoile. Cela reste néanmoins intrigant pour les personnes intéressées par l’exploration spatiale et ouvrirait une toute nouvelle perspective sur jusqu’où l’humanité pourrait aller en visant les étoiles.

Vous pouvez aussi trouver beaucoup plus de beaux concepts artistiques et miniatures concernant la colonisation spatiale et l'infrastructure dont nous avons discuté ici à Spacehabs.

Investir dans les infrastructures spatiales

L’espace est une industrie très établie qui connaît une renaissance et une croissance explosive grâce aux fusées réutilisables. Nous avons expliqué comment cela créerait des opportunités entières dans notre article «Des fusées réutilisables pour créer plusieurs nouveaux marchés en réduisant considérablement les coûts ».

Le marché spatial actuel s'élève à 443 milliards de dollars. Même en ignorant des idées plus spéculatives (mais potentiellement très lucratives) comme l'exploitation minière d'astéroïdes, le tourisme spatial et les vols hypersoniques, cela pourrait ajouter 350 milliards de dollars de revenus supplémentaires, auxquels s'ajouteraient un prévisions d'un Internet par satellite d'une valeur de 17 milliards de dollars, ainsi que des applications militaires et des bases lunaires subventionnées, des projets scientifiques, etc.

Vous pouvez investir dans des sociétés liées au spatial par l'intermédiaire de nombreux courtiers, et vous trouverez sur ce site nos recommandations des meilleurs courtiers en Etats-Unis, Canada, Australie, au Royaume-Uni, ainsi que dans de nombreux autres pays.

Si vous ne souhaitez pas choisir des sociétés spécifiques liées à l'espace, vous pouvez également vous tourner vers des ETF comme FNB ARK d’exploration et d’innovation spatiales (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) capitaliser sur la croissance du secteur spatial dans son ensemble.

Entreprises d’infrastructures spatiales

1. Rocket Lab

Rocket Lab est l’un des concurrents les plus sérieux sur le marché des fusées réutilisables. L'entreprise s'est d'abord concentrée sur les petites fusées, avec le système de lancement Electron (320 kg de charge utile), qui se transforme progressivement en une fusée partiellement réutilisable. Jusqu'à présent, Electron a déployé 177 satellites lors de 44 lancements.

Plus tard, Rocket Lab envisage de créer une fusée réutilisable de taille moyenne, la Neutron, comparable à Flacon 9 (8,000 1,500 kg vers LEO en mode entièrement réutilisable, XNUMX XNUMX kg vers Mars ou Vénus). Le Neutron sera propulsé par un moteur-fusée brûlant du méthane (comme Starship), ce qui semble devenir la tendance pour la prochaine génération de fusées.

L'entreprise se distingue par son processus de fabrication de satellites entièrement intégré verticalement, lui permettant d'optimiser les coûts et la vitesse de conception. Cela a abouti à plusieurs contrats avec la NASA et le gouvernement américain, notamment un contrat de satellite militaire de 515 millions de dollars. et un contrat civil de 143 millions de dollars pour Globalstar.

Rocket Lab est également un important fabricant de panneaux solaires pour satellites après ses acquisitions 2022 de SolAero Technologies, avec plus de 1000 4 satellites alimentés par ces panneaux et XNUMX MW de cellules solaires fabriquées au total.

Source : Rocket Lab

Pour l'instant, son système de lancement dépend de fournisseurs extérieurs, mais une série d'acquisitions stratégiques devrait changer cela, en reproduisant dans le système de lancement l’intégration verticale déjà réalisée dans la conception et la fabrication des satellites.

La société étudie également la possibilité de créer une constellation de télécommunications LEO pour générer des revenus récurrents. Il contribue également à la recherche sur fabrication dans l'espace avec Varda Space Industries et inspection des débris orbitaux.

Alors que SpaceX bénéficiait du talent commercial d'Elon Musk pour développer sa technologie de A à Z, Rocket Lab a eu recours à une combinaison de R&D et d'acquisitions pour intégrer verticalement la technologie requise. Cette stratégie s'est avérée très efficace pour la fabrication de satellites, et l'entreprise cherche désormais à la reproduire pour les fusées réutilisables.

Compte tenu du flux de trésorerie existant provenant de la production de satellites et des succès d'Electron, Rocket Lab est un bon candidat pour rattraper SpaceX, au moins jusqu'à ce que des pilotes de masse et d'autres infrastructures soient construits dans quelques décennies.

2. Virgin Galactic

L'entreprise a été fondée par Richard Branson et se concentre sur le tourisme spatial.

Les billets se situent entre 250,000 450,000 et XNUMX XNUMX $, avec une longue liste d'attente. Les premiers clients semblent ravis de leur expérience :

« J'ai toujours su que ce serait l'expérience la plus extraordinaire de ma vie. Je l'ai toujours su. Et on me l'avait dit. Mais quand c'est le cas… et que c'est à un niveau différent de ce qu'on pensait vivre… alors c'est très difficile à expliquer. »

« Cela a été le plus beau jour de ma vie, le jour le plus sensationnel de ma vie. Et on ne peut pas faire mieux que ça. Cela a dépassé mes rêves les plus fous.

Virgin Galactic a travaillé à améliorer la rentabilité de son unité, avec un nouveau système de lancement, le « Delta », capable de transporter 6 passagers au lieu de 4, et d'effectuer 8 vols/mois au lieu d'un seul.

Ensemble, ces deux mesures améliorées devraient multiplier par 2 les revenus par unité, avec un temps de retour sur investissement inférieur à 12 mois pour chaque navette Delta. Le test en vol Delta est attendu mi-6.

Source: Virgin Galactic

Marchés étaient inquiets lorsqu'il a été annoncé que Branson n'investirait plus dans Virgin Galactic. Surtout après le licenciement de 185 salariés et une pause des vols spatiaux en 2024, pour attendre l'arrivée de la navette Delta et réduire la vitesse de consommation des liquidités.

Néanmoins, Virgin Galactic devrait disposer de suffisamment de liquidités pour fonctionner jusqu'en 2025 ou 2026. Ainsi, si le développement du système de vol Delta se déroule sans problème (une proposition risquée dans l'industrie aérospatiale), l'entreprise devrait être en mesure de se concentrer sur le redémarrage et l'augmentation des liquidités. flux, avec un système rentable à l'unité. Et amener l’entreprise à rendre sa trésorerie positive en 2026.

Source: Virgin Galactic

(Il convient de noter que Virgin Galactic est différent de Virgin Orbit. Virgin Orbit a déposé son bilan en avril 2023 et a fourni des services de lancement de petits satellites, avec Rocket Lab acquiert les installations, la fabrication et les actifs d'outillage de la société à Long Beach).

La récente faillite de Virgin Orbit et l'éloignement de Virgin Galactic par son fondateur Richard Branson ont porté atteinte à l'image de l'entreprise auprès des investisseurs, entraînant une chute du cours de l'action en 2023 et 2024.

La prudence concernant le stock lui-même est fortement recommandée.

Dans le même temps, la satisfaction des clients précédents, un plan clair pour une conception rentable (navettes Delta) et une longue liste d'attente de clients potentiels montrent que l'entreprise pourrait encore être viable même sans lever davantage de fonds.

À condition qu'il puisse piloter la navette de classe Delta assez tôt. Jusqu'à présent, l'usine de construction de Delta est terminée et la construction devrait démarrer au premier trimestre 1.

Beaucoup dépendra du succès du développement, de la fabrication et de l’exploitation de la navette Delta et de sa réalisation avant la fin de 2025.

Si tel est le cas, la valorisation beaucoup plus faible créerait une opportunité pour les investisseurs d’acquérir des actions de la société à prix réduit.