Infrastruttura Spaziale – Costruire Scale Verso i Cieli

Una Nuova Era Spaziale

Con l’invenzione di razzi riutilizzabili affidabili da parte di SpaceX di Elon Musk, è iniziata una nuova corsa allo spazio. Questo perché ha ridotto i costi per raggiungere l’orbita di quasi 10 volte, con ulteriori riduzioni di costo attese dal massiccio Starship.

Fonte: Ark Invest

Questo ha portato alla situazione attuale, in cui nel 2023 la stragrande maggioranza di ciò che è stato inviato in orbita, sia per massa che per numero di satelliti, è stata lanciata da SpaceX.

Starship sarà in grado, in futuro, di inviare in orbita terrestre bassa (LEO) tra 50 e 200 tonnellate di materiale per lancio, a seconda delle stime. Questo rappresenterà un passo avanti significativo, probabilmente consentendo nuovi traguardi nella storia dell’umanità, tra cui:

• Basi permanenti sulla Luna.
• Prima spedizione umana su Marte.

Se vuoi saperne di più su come sarebbe un mondo in cui questi eventi si fossero già verificati e su come potrebbe creare un’economia spaziale autosufficiente, puoi leggere i nostri articoli “The Future Space-Based Economy” e “The Future Martian Economy”.

Starlink e costellazioni satellitari simili sono enormi infrastrutture spaziali già in costruzione. Permettono l’accesso a Internet ad alta velocità ovunque sulla Terra e si prevede diventino la principale fonte di flusso di cassa per aziende come SpaceX, che ha già milioni di abbonati paganti.

Fonte: Ark Invest

Tuttavia, i lanci basati su razzi sono alla fine limitati dalla fisica su cui la tecnologia si basa. Un aspetto chiave è che i razzi devono espellere una quantità ridicolmente grande di carburante per decollare. Per esempio, il Falcon Heavy di SpaceX è un razzo da 22,2 tonnellate, con una massa di carburante di 433 tonnellate. Ciò significa che, alla fine, la maggior parte del carburante è spesa solo per sollevare più carburante.

Per scendere sotto la soglia di 100 $/kg di costi di lancio, saranno necessari metodi completamente diversi dal razzo.

Se i costi per sfuggire alla gravità terrestre diminuissero abbastanza, molte cose potrebbero essere costruite nello spazio.

Grandi Traguardi Richiedono Infrastrutture

Affidarsi esclusivamente ai razzi per raggiungere lo spazio è simile a fare tutti i trasporti e gli scambi sulla Terra usando solo aerei ed elicotteri. Sebbene tecnicamente non impossibile, sarebbe assurdoamente costoso, mentre la costruzione di infrastrutture come porti, strade e ferrovie ci permette di utilizzare alternative molto più economiche.

Può diventare un problema del tipo “chi prima l’uovo o la gallina” quando si tratta di spazio. Finora, le infrastrutture su larga scala non valevano la pena di essere costruite, poiché le nostre esigenze di lancio si limitavano a poche decine di satelliti e una dozzina di astronauti in orbita.

Con sistemi di lancio migliori che diventano disponibili, probabilmente nei prossimi due decenni vedremo una massiccia espansione dell’attività umana nello spazio. Alcune di queste saranno altamente redditizie o molto ben finanziate, tra cui:

• Megaprogetti scientifici, come costruire un radiotelescopio sul lato opposto della Luna.
• Basi lunari da parte di paesi occidentali, Cina e Russia.
• Turismo spaziale, sia in voli suborbitali, stazioni spaziali orbitali, o sulla Luna.

Questo creerà un mercato sufficientemente grande da rendere redditizio investire decine o centinaia di miliardi solo per catturare quote di mercato dalle aziende di razzi come SpaceX.

Mass Driver

Una di queste infrastrutture, chiamata mass driver, promette di ridurre drasticamente i costi di lancio. È molto probabile che sia già realizzabile con la tecnologia attualmente disponibile. L’idea chiave di un mass driver è che una navetta possa essere inviata in orbita accelerandola sufficientemente a terra, così da non necessitare di propellente a bordo.

Il modo in cui scienziati e ingegneri hanno immaginato di realizzarlo sarebbe creare un treno maglev simile al concetto di Hyperloop, operante in vuoto. In questo modo né l’attrito con le rotaie né quello con le particelle d’aria rallenterebbero e riscalderebbero il veicolo di lancio.

Fonte: Acepedia

La Cina sta già valutando lo sviluppo di tale tecnologia, quindi potrebbe essere più vicina di quanto pensiamo.

Se avrà successo, potrebbe ridurre di un altro fattore 10 il prezzo di lancio orbitale già notevolmente abbassato da SpaceX, con stime che collocano i costi a 60 $/kg.

Come nota a margine, questo tipo di sistema potrebbe essere usato con modelli di dimensioni più piccole per spingere aerei a una velocità in cui i motori scramjet ipersonici possono funzionare, consentendo voli ipersonici molto rapidi.

Un Vero Megaprogetto

Ovviamente, un mass driver orbitale sarebbe necessario per raggiungere velocità estreme e dovrebbe essere assolutamente massiccio e potente per trasportare e accelerare le centinaia o migliaia di tonnellate di carico utile per competere con lo Spaceship.

La pista di lancio dovrebbe anche essere lunga centinaia, se non migliaia, di chilometri, con l’area più promettente individuata come l’altopiano tibetano.

Tuttavia, i mass driver sono ancora tra le proposte di infrastrutture spaziali meno ambiziose, poiché sono per lo più limitati dal finanziamento disponibile e dalla capacità di ingegnerizzarli con la tecnologia conosciuta.

Ascensore Spaziale

Un altro modo noto per trasportare cose su e giù al costo energetico più basso possibile è usare un contrappeso, come negli ascensori. In questo modo, l’unica energia spesa è quella per sollevare il peso del carico utile, senza necessità di velocità estreme.

Questa è l’idea alla base di un ascensore spaziale, dove un cavo lungo decine di migliaia di chilometri viene usato per trasportare massa su e giù dalla Terra. In teoria, un tale sistema potrebbe rendere il raggiungimento dell’orbita ancora più economico di quanto costi attualmente prendere un aereo.

Fonte: ISEC

La limitazione principale qui non è la domanda di mercato o il capitale disponibile (anche se questi contano), ma la tecnologia. Un cavo così estremamente lungo richiederebbe un materiale ultra‑leggero con una resistenza a trazione molto superiore a quella dei materiali comuni come acciaio o titanio.

Questo potrebbe cambiare, con super‑materiali come il grafene apparentemente in grado di soddisfare i requisiti tecnici, un tipo di materiale 2D di cui abbiamo discusso in dettaglio nel nostro articolo “2D Materials, Like Graphene, Open New Frontiers In Material Sciences”.

Tuttavia, ciò richiederebbe la produzione di massa di cristalli di grafene di alta qualità, qualcosa che finora non è mai stato realizzato. Al prezzo attuale del grafene, sarebbe assurdamente costoso.

Nonostante ciò, sarebbe l’infrastruttura ideale per una presenza umana sostenuta nello spazio, industrie orbitali e commercio interplanetario, con una capacità di 30.000 tonnellate all’anno verso l’orbita geostazionaria, o l’equivalente di decine di lanci di Starship al giorno.

Puoi vedere di più su questo concetto in questo video di 1 ora del International Space Elevator Consortium:

Megastruttura Orbitale

Se mai riuscissimo a costruire un ascensore spaziale o a installare grandi strutture manifatturiere sulla Luna usando materiale proveniente da asteroidi, potremmo immaginare un tipo di infrastruttura ancora più grandiosa.

Ad esempio, un anello orbitale è l’idea di costruire una struttura che circondi l’intera Terra.

Fonte: Isaac Arthur

Un tale sistema rimarrebbe in orbita grazie alla forza centrifuga che compensa la gravità terrestre. Fornirebbe habitat nello spazio, stazioni di manutenzione, siti di lancio per missioni nello spazio profondo, punti di ancoraggio per la generazione di energia (pannelli solari) e persino potenzialmente mitigazione climatica con ombre solari.

Tuttavia, un concetto così ambizioso dal punto di vista tecnologico e infrastrutturale probabilmente non sarà realizzato finché non saranno costruiti prima i mass driver e un ascensore spaziale.

Stazioni di Estrazione & Processori

L’idea di estrarre minerali dagli asteroidi e processare il minerale nello spazio è molto più accessibile e realistica.

Molti asteroidi sono molto ricchi di metalli; infatti, la cintura di asteroidi nel nostro sistema solare contiene circa l’8 % di asteroidi ricchi di metalli (tipo M). Con l’intera cintura di asteroidi che pesa 2,4 quintilioni di tonnellate, si tratta di una quantità enorme di metallo.

Fonte: ESA – Le due aree in cui si trovano la maggior parte degli asteroidi del Sistema Solare: la cintura di asteroidi tra Marte e Giove, e i troiani, due gruppi di asteroidi che si muovono davanti e dietro Giove nella sua orbita attorno al Sole.

Su Terra, scaviamo fino a 2‑4 km di profondità per oro o platino. Ma un solo asteroide, 16 Psyche potrebbe essere un blocco di metallo di 200 km pronto per essere estratto per un valore (ai prezzi attuali) di 10‑700 quintilioni.

Quindi, esistono due tipologie di estrazione spaziale che potrebbero essere altamente redditizie:

• Materiali rari come oro e platino da rimandare sulla Terra.
• Materiali di base che possono essere usati in orbita per costruire navicelle spaziali, hotel spaziali, ecc., senza dover pagare l’esorbitante costo di sollevare questi materiali dalla Terra.

Molto probabilmente, un’impresa di estrazione asteroidale guadagnerà sia dal trasporto di minerali di alto valore verso la Terra, sia dall’utilizzo dei residui di estrazione, costituiti da ferro carbonico, nichel, ecc., per costruire stazioni spaziali, basi lunari, razzi e così via.

Un altro vantaggio è che, una volta posizionati gli impianti di estrazione nello spazio, possono estrarre gli asteroidi in un ambiente senza peso. Questo può rendere l’estrazione nello spazio più facile rispetto alla Terra, dove spostare migliaia di tonnellate di roccia è un’attività ad alta intensità energetica e rischiosa.

Collettori Solari

Un’altra industria spaziale proposta che potrebbe diventare il motore di un’economia basata sullo spazio è l’energia solare. Nell’orbita giusta, il Sole brilla 24/7 e a un’intensità molto più alta a causa dell’assenza di atmosfera che assorbe la luce.

Tali sistemi potrebbero essere sia una ragione per costruire infrastrutture spaziali (riducendo il costo dei satelliti di energia) sia un abilitante per ulteriori progressi (come alimentare stazioni di raffinazione che estraggono asteroidi).

Fonte: Space Solar

(Esploriamo questa idea in maggior dettaglio nel nostro articolo “Space-Based Energy Solutions For Endless Clean Energy”).

Propulsori a Vela Laser

Per lasciare la Terra, sono necessari razzi o infrastrutture avanzate. Ma per muoversi nello spazio, è necessaria solo una piccola quantità di energia una volta lontani da un pozzo gravitazionale. Così poca, infatti, che solo la luce può fornire energia sufficiente.

Questa è la fisica alla base del concetto di vela solare. Non è un concetto speculativo di fantascienza, ma una tecnologia reale già testata dalla NASA.

Una tale vela potrebbe essere spinta dai raggi solari ma anche da un laser. Quindi, potenzialmente, invece di bruciare carburante, potremmo vedere viaggi interplanetari alimentati da laser in orbita o sulla Luna, alimentati a loro volta da satelliti solari locali.

Basi e Colonie Extraterrestri

Mentre si discute di infrastrutture, la maggior parte si concentrerà sui progetti “luccicanti” tecnologicamente impegnativi, come gli ascensori spaziali.

Tuttavia, saranno necessarie molte altre infrastrutture nello spazio, soprattutto se costruiremo insediamenti permanenti, dalle basi con alloggio per scienziati e turisti a città fiorenti su Marte.

Ciò include fattorie a cupola, produzione di cibo idroponica e acquaponica indoor, telecomunicazioni, piattaforme di lancio, produzione di carburante e stazioni di rifornimento, ecc., così come impianti di energia, linee elettriche, ospedali, strade, tubature d’acqua, ecc., tutti elementi altrettanto vitali.

Conveyor / Ciclatore Aldrin

Le basi o colonie sulla Luna saranno “facili” da rifornire direttamente dalla Terra. Il trasporto di personale o turisti avverrà in un viaggio breve, che richiederà al massimo pochi giorni.

Tuttavia, raggiungere destinazioni più lontane come Marte richiederà un viaggio che probabilmente durerà quasi un anno o al meglio alcune settimane. Questo non è un problema per materie prime ed equipaggiamenti, dove complica solo un po’ la logistica.

È molto più problematico per i passeggeri. Lo spazio al di là della magnetosfera terrestre è esposto a radiazioni intense. E in caso di una tempesta solare difficile da prevedere, i passeggeri diretti a Marte potrebbero essere esposti a radiazioni ancora maggiori. Quindi, oltre ai primi audaci avventurieri che metteranno piede su Marte, i viaggi regolari di passeggeri richiederanno una nave molto pesante e schermata.

E forse con una certa produzione di cibo a bordo e un forte riciclo dell’acqua per limitare la quantità di provviste da trasportare (abbiamo discusso più in dettaglio il tema dell’approvvigionamento alimentare nello spazio nel nostro articolo “Space Food – How Will We Feed Humanity’s Next Wave of Pioneers?”).

Questo può essere fatto con un razzo classico. Ma sarebbe uno spreco di carburante, poiché bisognerebbe accelerare e rallentare l’intero scudo, supporto vitale e provviste ogni volta.

Invece, il Ciclatore Aldrin (proposto da Buzz Aldrin, il secondo uomo sulla Luna), o Mars Cycler potrebbe orbitare permanentemente così da avvicinarsi regolarmente sia alla Terra sia a Marte.

Fonte: Ethan MacDonald

In questo modo, potresti costruire una stazione spaziale permanente per le persone in transito da e verso Marte. Avrebbe una pesante schermatura dalle radiazioni e produzione di cibo, oltre a spazi più confortevoli e ampi e strutture sportive per mantenere le persone in forma nonostante l’assenza di gravità.

Fonte: Buzz Aldrin

Cilindro O’Neil & Colonie di Asteroidi

Parlando di habitat spaziali, sono stati considerati concetti più ambiziosi rispetto a una sosta/hotel lungo il percorso verso Marte, come il Ciclatore Aldrin. Questo è il piano che Jeff Bezos sta perseguendo, con “un trilione di persone che vivono in gigantesche stazioni spaziali note anche come cilindri O’Neil”.

Si tratta di enormi cilindri la cui rotazione creerebbe gravità artificiale all’interno, sufficientemente grande da ospitare centinaia di migliaia o milioni di abitanti.

Fonte: Blue Origin

Potrebbero essere usati sia per offrire condizioni di vita ideali sia per spostare industrie pesanti e inquinanti fuori dagli ecosistemi terrestri.

Una tale infrastruttura fornirebbe spazio abitativo essenzialmente illimitato per un numero incalcolabile di persone in tutto il sistema solare. Potrebbe persino essere usata per colonizzare altre stelle, poiché sono sostanzialmente micro‑pianeti autosufficienti.

Tuttavia, tale infrastruttura probabilmente arriverà ancora più tardi nella cronologia della colonizzazione spaziale rispetto agli anelli orbitali, poiché richiederebbe una capacità di produzione spaziale annuale di trilioni di tonnellate, oltre a transiti di andata e ritorno verso la Terra a costi quasi nulli.

Sfera di Dyson

All’estremo più speculativo dello spettro delle infrastrutture spaziali, troviamo la Sfera di Dyson, o sciame di Dyson.

Proposta per la prima volta da Freeman Dyson, è l’idea di utilizzare tutte le rocce e i metalli disponibili nel sistema solare, costruendo uno sciame di habitat spaziali ancora più grande dei cilindri O’Neil, potenzialmente con una superficie pari a quella della Terra ciascuno, per catturare il più possibile dell’energia solare.

Fonte: Wikipedia

Questo è anche considerato una sorta di “fine gioco” per qualsiasi civiltà spaziale. È difficile immaginare qualcosa di più high‑tech che smantellare pianeti per ottimizzare l’uso della loro materia e dell’energia del Sole.

È stato oggetto di intensa ricerca da parte degli astronomi come “tecno‑firma” per trovare segni di potenziali civiltà tecnologiche extraterrestri.

È ovviamente un argomento molto controverso, ma sembra che già 60 stelle potrebbero corrispondere a questo profilo. È ancora fortemente dibattuto tra gli astronomi, poiché potrebbe semplicemente trattarsi di un nuovo tipo di stella. È comunque intrigante per chi è interessato all’esplorazione spaziale e aprirebbe una prospettiva completamente nuova su quanto l’umanità potrebbe andare se puntasse alle stelle.

Puoi anche trovare molto più bellissimo concept art e miniature riguardanti la colonizzazione spaziale e le infrastrutture di cui abbiamo discusso qui su Spacehabs.

Investire nelle Infrastrutture Spaziali

Lo spazio è un settore molto consolidato che sta vivendo una rinascita e una crescita esplosiva grazie ai razzi riutilizzabili. Abbiamo discusso di come ciò creerà intere opportunità nel nostro articolo “Reusable Rockets To Create Multiple New Markets By Lowering Costs Drastically”.

Il mercato spaziale attuale è di 443 miliardi di dollari. Anche escludendo idee più speculative (ma potenzialmente molto redditizie) come l’estrazione di asteroidi, il turismo spaziale e i voli ipersonici potrebbero aggiungere altri 350 miliardi di dollari di ricavi, a cui si può aggiungere una previsione di Internet via satellite del valore di 17 miliardi di dollari, oltre a applicazioni militari e basi lunari sovvenzionate, progetti scientifici, ecc.

Puoi investire in società legate allo spazio tramite molti broker, e su questo sito trovi le nostre raccomandazioni per i migliori broker negli Stati Uniti, Canada, Australia, Regno Unito, e molti altri paesi.

Se non sei interessato a scegliere specifiche società legate allo spazio, puoi anche considerare ETF come ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) o VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) per capitalizzare sulla crescita dell’intero settore spaziale.

Società di Infrastrutture Spaziali

1. Rocket Lab

Rocket Lab è uno dei concorrenti più seri nel mercato dei razzi riutilizzabili. L’azienda si è inizialmente concentrata su piccoli razzi, con il sistema di lancio Electron (320 kg di carico utile), che sta progressivamente diventando un razzo parzialmente riutilizzabile. Finora, Electron ha distribuito 177 satelliti in 44 lanci.

Successivamente, Rocket Lab sta valutando la creazione di un razzo riutilizzabile di dimensioni medie, il Neutron, comparabile al Falcon 9 (8.000 kg in LEO in modalità totalmente riutilizzabile, 1.500 kg verso Marte o Venere). Il Neutron sarà alimentato da un motore a metano (come lo Starship), che sembra diventare la tendenza per la prossima generazione di razzi.

L’azienda è notevole per il suo processo di produzione di satelliti completamente integrato verticalmente, che le consente di ottimizzare costi e velocità di progettazione. Questo ha portato a numerosi contratti con la NASA e il governo degli Stati Uniti, tra cui un contratto militare da 515 milioni di dollari e un contratto civile da 143 milioni di dollari per Globalstar.

Rocket Lab è anche un importante produttore di pannelli solari per satelliti dopo le sue acquisizioni del 2022 di SolAero Technologies, con oltre 1.000 satelliti alimentati da questi pannelli e un totale di 4 MW di celle solari prodotte.

Fonte: Rocket Lab

Al momento, il suo sistema di lancio dipende da fornitori esterni, ma una serie di acquisizioni strategiche dovrebbero cambiare ciò, replicando nel sistema di lancio l’integrazione verticale già raggiunta nella progettazione e produzione di satelliti.

L’azienda sta anche valutando la possibilità di una costellazione LEO di telecomunicazioni per generare ricavi ricorrenti. Contribuisce inoltre alla ricerca per la produzione nello spazio con Varda Space Industries e l’ispezione dei detriti orbitali.

Mentre SpaceX ha avuto il talento imprenditoriale di Elon Musk per sviluppare la sua tecnologia da zero, Rocket Lab ha usato una combinazione di R&D e acquisizioni per integrare verticalmente la tecnologia necessaria. Questo si è dimostrato molto efficace nella produzione di satelliti, e ora sta cercando di replicare questa strategia per i razzi riutilizzabili.

Considerando il flusso di cassa esistente dalla produzione di satelliti e i successi di Electron, Rocket Lab è un buon candidato per raggiungere SpaceX, almeno fino a quando i mass driver e altre infrastrutture non saranno costruiti nei prossimi decenni.

2. Virgin Galactic

L’azienda è stata fondata da Richard Branson ed è focalizzata sul turismo spaziale.

I biglietti sono nella fascia da 250.000 a 450.000 dollari, con una lunga lista d’attesa. I primi clienti sembrano entusiasti della loro esperienza:

“Sapevo sempre che sarebbe stata l’esperienza più straordinaria della mia vita. Lo sapevo. E la gente mi ha detto che sarebbe stata così. Ma quando è… e è a un livello diverso da quello che pensavi di vivere… è molto difficile da spiegare.”

“È stata la giornata migliore della mia vita, la più sensazionale della mia vita. E non si può chiedere di meglio. Ha superato i miei sogni più sfrenati.”

Virgin Galactic ha lavorato per migliorare la propria economia di unità, con un nuovo sistema di lancio, il “Delta”, in grado di trasportare 6 passeggeri invece di 4, e di effettuare 8 voli al mese invece di uno solo.

Insieme, questi due miglioramenti dovrebbero aumentare il fatturato per unità di 12 volte, con un tempo di recupero inferiore a 6 mesi per ogni shuttle Delta. Il test di volo del Delta è previsto a metà 2025.

Fonte: Virgin Galactic

I mercati erano preoccupati quando è stato annunciato che Branson non avrebbe più investito in Virgin Galactic. Specialmente dopo il licenziamento di 185 dipendenti e la pausa dei voli spaziali nel 2024, per attendere l’arrivo dello shuttle Delta e ridurre la velocità di consumo di liquidità.

Tuttavia, Virgin Galactic prevede di avere liquidità sufficiente per operare fino al 2025 o 2026. Quindi, se lo sviluppo del sistema di volo Delta procede senza intoppi (una proposta rischiosa nell’industria aerospaziale), l’azienda dovrebbe poter concentrarsi sul riavvio e sulla crescita del flusso di cassa, con un sistema redditizio a livello di unità. E portare l’azienda a un flusso di cassa positivo nel 2026.

Fonte: Virgin Galactic

(Va notato che Virgin Galactic è diversa da Virgin Orbit. Virgin Orbit ha dichiarato bancarotta nell’aprile 2023 e forniva servizi di lancio per piccoli satelliti, con Rocket Lab che ha acquisito la struttura di Long Beach, la produzione e gli asset di tooling dell’azienda).

La recente bancarotta di Virgin Orbit e il distanziamento da Virgin Galactic da parte del fondatore Richard Branson hanno danneggiato l’immagine dell’azienda presso gli investitori, provocando un crollo del prezzo delle azioni nel 2023 e nel 2024.

Si raccomanda vivamente cautela riguardo al titolo stesso.

Allo stesso tempo, la soddisfazione dei clienti precedenti, un piano chiaro per un design redditizio (shuttle Delta), e una lunga lista d’attesa di potenziali clienti mostrano che l’azienda potrebbe ancora essere sostenibile anche senza raccogliere ulteriori fondi.

Finché riuscirà a far volare lo shuttle di classe Delta abbastanza presto. Finora, la fabbrica per costruire il Delta è terminata, e la costruzione dovrebbe iniziare nel primo trimestre del 2025.

Molto dipenderà dal successo dello sviluppo, della produzione e dell’operatività dello shuttle Delta e dal suo raggiungimento prima della fine del 2025.

Se questo fosse il caso, la valutazione molto più bassa creerebbe un’opportunità per gli investitori di acquistare azioni dell’azienda a sconto.