Rominfrastruktur – Bygge trapper til himmelen

En ny romalder

Med oppfinnelsen av pålitelige gjenbrukbare raketter av Elon Musks SpaceX, har et nytt romkappløp startet. Dette er fordi det har kuttet kostnadene ved å nå bane med nesten 10 ganger, med enda mer kostnadskutt forventet fra det massive stjerneskipet.

kilde: Ark Investering

Dette førte til dagens situasjon, der i 2023 ble det store flertallet av det som ble sendt i bane, både etter masse og satellittnummer, skutt opp av SpaceX.

Starship vil til slutt kunne sende mellom 50 og 200 tonn materiale i lav jordbane (LEO) hver oppskytning, avhengig av anslag. Dette vil være et stort skritt fremover, og sannsynligvis åpne for nye milepæler i menneskehetens historie, inkludert:

• Permanente baser på månen.
• Første menneskelige ekspedisjon til Mars.

Hvis du ønsker å lære mer om hvordan en verden ville se ut der disse allerede har funnet sted, og hvordan det kan skape en selvopprettholdende rombasert økonomi, kan du lese mer i artiklene våre "Den fremtidige rombaserte økonomien"Og"Den fremtidige Mars-økonomien".

Starlink og lignende satellittkonstellasjoner er massive rombaserte infrastrukturer som allerede er i konstruksjon. De muliggjør tilgang til høyhastighets Internett overalt på jorden og forventes å bli den viktigste kontantstrømkilden til selskaper som SpaceX, som allerede har millioner av betalende abonnenter.

kilde: Ark Investering

Likevel er rakettbaserte oppskytninger ut i rommet i siste instans begrenset av fysikken som teknologien er basert på. En viktig del er at raketter må sende ut en latterlig stor mengde drivstoff for å lette. For eksempel er SpaceXs Falcon Heavy en rakett på 22.2 tonn, med en drivstoffmasse på 433 tonn. Dette betyr at til slutt brukes mesteparten av drivstoffet bare til å løfte mer drivstoff.

For å gå under sperregrensen på $100/kg oppskytingskostnader, vil det kreves noen helt andre metoder enn raketten.

Hvis kostnadene ved å forlate jordens tyngdekraft går ned nok, kan mange ting bygges i verdensrommet.

Store prestasjoner krever infrastruktur

Å stole utelukkende på raketter for å nå verdensrommet ligner på om vi utførte all transport og handel på jorden med kun fly og helikoptre. Selv om det ikke er teknisk umulig, ville det være absurd dyrt når bygging av infrastruktur som havner, veier og jernbaner lar oss bruke mye billigere alternativer.

Det kan være litt av et kylling-og-egg-problem når det kommer til plass. Så langt var det ikke verdt å bygge storskala infrastruktur, ettersom våre oppskytningsbehov bare sendte noen få titalls satellitter og et dusin astronauter i baner.

Med bedre oppskytningssystemer som blir tilgjengelige, vil vi sannsynligvis se en massiv utvidelse av menneskelig aktivitet i verdensrommet i løpet av de neste 2 tiårene. Noen av disse vil være svært lønnsomme eller svært godt finansiert, inkludert:

• Vitenskaps megaprosjekter, som bygning et radioteleskop på den andre siden av månen.
• Månebaser fra vestlige land og Kina og Russland.
• Romturisme, enten suborbital flyvning, orbitale romstasjoner eller på månen.

Dette vil skape et massivt nok marked til at det vil bli lønnsomt å investere titalls eller hundrevis av milliarder bare for å ta markedsandeler fra rakettselskaper som SpaceX.

Masse sjåfører

En slik infrastruktur, kalt en massedriver, lover å redusere lanseringskostnadene drastisk. Det er mest sannsynlig allerede mulig med tilgjengelig teknologi. Hovedideen til en massesjåfør er at en skyttel kan sendes i bane ved å akselerere den nok på bakken til at den ikke trenger et drivmiddel ombord.

Måten forskere og ingeniører har sett på hvordan man gjør det, er å lage et maglev-tog som ligner på Hyperloop-konseptet, som opererer i et vakuum. På denne måten ville verken friksjon med skinnen eller med luftpartiklene bremse og varme opp bæreraketten.

kilde: Acepedia

Kina ser allerede på å utvikle slik teknologi, så det kan være nærmere enn vi forventer.

Hvis den lykkes, kan den redusere med ytterligere 10 ganger prisen for orbital lansering som allerede er mye senket av SpaceX, med estimater som ansetter kostnadene til $60/kg.

På en sidenotat kan denne typen system først brukes med mindre modeller for å drive fly i en hastighet der hypersoniske scramjet-motorer kan fungere, noe som muliggjør svært raske hypersoniske flyvninger.

Et ekte megaprosjekt

Selvfølgelig ville en banemassefører være nødvendig for å nå ekstrem hastighet og være absolutt massiv og kraftig for å bære og akselerere hundrevis eller tusenvis av tonn nyttelast for å konkurrere med Spaceship.

Lanseringssporet må også være hundrevis, om ikke tusenvis av kilometer langt, med det mest lovende kandidatområdet det tibetanske platået.

Massedrivere er imidlertid fortsatt blant de minst ambisiøse foreslåtte rominfrastrukturen, ettersom den for det meste bare er begrenset av tilgjengelig finansiering og ferdighetene til å konstruere den med kjent teknologi.

Space Heis

En annen kjent måte å bære ting opp og ned til lavest mulig energikostnad er å bruke en motvekt, som i heiser. På denne måten er den eneste energien som brukes, å løfte nyttelastvekten, og det er ikke behov for ekstrem hastighet.

Dette er ideen bak en romheis, der titusenvis av kilometer lange tjor brukes til å frakte opp og ned masse fra jorden. I teorien kan et slikt system gjøre det enda billigere å nå banen enn det koster å ta et fly.

kilde: ISEC

Nøkkelbegrensningen her er ikke markedsetterspørsel eller tilgjengelig kapital (selv om de også vil telle), men teknologi. En så ekstremt lang kabel vil kreve ultralett materiale med strekkfasthet mye over vanlige materialer som stål eller titan.

Dette kan være i endring, med supermaterialer som grafen som tilsynelatende er i stand til å passe de tekniske kravene, en type 2D-materiale vi diskuterte i detalj i artikkelen vår "2D-materialer, som grafen, åpner nye grenser innen materialvitenskap".

Dette vil imidlertid kreve masseproduksjon av grafenkrystall av høy kvalitet, noe som aldri har blitt oppnådd så langt. Med dagens pris på grafen ville det vært absurd dyrt.

Imidlertid ville det være den ideelle infrastrukturen for vedvarende menneskelig tilstedeværelse i verdensrommet, baneindustrier og interplanetarisk handel, med en kapasitet på 30,000 XNUMX tonn per år til geosynkron bane, eller tilsvarende titalls oppskytinger av Starship hver dag.

Du kan se mer om dette konseptet i denne 1-times videoen fra International Space Elevator Consortium:

Orbital Megastruktur

Hvis vi noen gang klarer å bygge en romheis eller sette opp storskala produksjonsanlegg på Månen ved å bruke materiale fra asteroider, kunne vi tenke oss en enda større type infrastruktur.

For eksempel er en orbital ring ideen om å bygge en struktur som går rundt hele jorden.

kilde: Isaac Arthur

Et slikt system ville holde seg i bane takket være sentrifugalkraften som kompenserer for jordens tyngdekraft. Det ville sørge for habitater i rommet, vedlikeholdsstasjoner, oppskytningssteder for romferder, ankerpunkter for kraftproduksjon (solcellepaneler), og til og med potensielt klimareduserende midler med solskjerming.

Imidlertid er et slikt konsept så ambisiøst fra et teknologisk og infrastrukturelt synspunkt at det sannsynligvis aldri vil bli oppnådd før i det minste massesjåfører og en romheis er bygget først.

Gruvestasjoner og prosessorer

Ideen om å utvinne asteroider for råvarer og bearbeide malmen i verdensrommet er mye mer tilgjengelig og realistisk.

Mange asteroider er svært metallrike; faktisk, asteroidebeltet i vårt solsystem inneholder ~8 % metallrike (M-type) asteroider. Med hele asteroidebeltet som veier 2.4 kvintillioner tonn, er det mye metall.

kilde: ESA – De to områdene der de fleste asteroidene i solsystemet finnes: asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter, og trojanerne, to grupper av asteroider som beveger seg foran og etter Jupiter i sin bane rundt solen.

På jorden graver vi så dypt som 2-4 km etter gull eller platina. Men bare en asteroide, 16 Psyche, kan være en 200 kilometer lang metallbit som venter på å bli utvunnet til en verdi (i gjeldende priser) på $10-700 quintillion.

Så det er 2 typer romgruvedrift som kan være svært lønnsomme:

• Sjeldne materialer som gull og platina skal sendes tilbake til jorden.
• Basematerialer som kan brukes i bane for å bygge romskip, romhotell osv., uten å måtte betale de ublu kostnadene ved å løfte disse materialene fra jorden.

Mest sannsynlig vil en gruvevirksomhet med asteroider tjene penger på begge deler, ved å fange og bringe nær jorden asteroider med mineraler av høy verdi. Og bruke gruveavgangen, laget av karbonjern, nikkel, etc. til å bygge romstasjoner, månebaser, raketter osv.

En annen fordel er at når gruveutstyr først er satt i verdensrommet, kan det gruve asteroidene i et vektløst miljø. Dette kan gjøre gruvedrift i verdensrommet enklere enn på jorden, der flytting av tusenvis av tonn med stein er en energikrevende og risikabel aktivitet.

Solfangere

En annen foreslått romindustri som kan bli driveren for en rombasert økonomi er solenergi. I riktig bane skinner solen 24/7 og med mye høyere intensitet på grunn av mangelen på en atmosfære for å absorbere lyset.

Slike systemer kan både være en grunn til å bygge rominfrastruktur (redusere kostnadene for kraftsatellittene) og en muliggjøring av videre fremgang (som å drive raffineringsstasjoner som utvinner asteroider).

kilde: Space Solar

(Vi utforsker denne ideen mer detaljert i artikkelen vår "Rombaserte energiløsninger for endeløs ren energi").

Laserseilpropeller

For å komme seg av jorden kreves enten raketter eller avansert infrastruktur. Men for å bevege seg i rommet trengs det faktisk bare litt energi når man er langt fra en gravitasjonsbrønn. Så lite, faktisk, at bare lys kan gi nok kraft til å gjøre det.

Dette er fysikken bak konseptet med et solseil. Dette er ikke et spekulativt science-fiction-konsept, men en ekte teknologi som allerede er testet av NASA.

Et slikt seil kan drives frem av solstrålene, men kan også drives frem av laser. Så potensielt, i stedet for å brenne drivstoff, kan vi se interplanetariske reiser bli drevet av lasere fra bane eller på månen, selv drevet av lokale solenergisatellitter.

Baser og kolonier utenfor verden

Mens de diskuterer infrastruktur, vil de fleste fokusere på de "prangende" teknologisk utfordrende prosjektene, som romheiser.

Imidlertid vil det være mye annen infrastruktur som kreves i verdensrommet, spesielt hvis vi bygger permanente bosetninger, fra baser med overnatting for forskere og turister til blomstrende byer på Mars.

Dette inkluderer kuppelgårder, innendørs hydroponisk og akvaponisk matproduksjon, telekommunikasjon, utskytningsramper, drivstoffproduksjon og bensinstasjoner, etc., så vel som verdslige, men like viktige kraftverk, kraftledninger, sykehus, veier, vannrør osv.

Aldrin Conveyor / Cycler

Baser eller kolonier på månen vil være "enkle" å forsyne rett fra jorden. Inn- og utkjøring av personell eller turister vil skje i løpet av en kort tur, som maksimalt vil ta noen dager.

Å reise til fjernere destinasjoner som Mars vil imidlertid kreve en tur som sannsynligvis vil ta nesten et år eller uker i beste fall. Dette er ikke et problem for råvarer og utstyr, der dette bare kompliserer litt logistikk.

Dette er mye mer problematisk for passasjerer. Rom utenfor jordens magnetosfære er utsatt for kraftig stråling. Og i tilfelle en vanskelig å forutsi solstorm, kan passasjerer på vei til Mars bli utsatt for enda mer stråling. Så forbi de første vågale eventyrerne til det første trinnet på Mars, vil vanlige passasjerreiser kreve et veldig tungt og skjermet skip.

Og kanskje med litt matproduksjon ombord og sterk vanngjenvinning for å begrense mengden forsyninger som må transporteres (vi diskuterte mer detaljert temaet matforsyning i rommet i vår artikkel "Rommat – Hvordan vil vi fôre menneskehetens neste bølge av pionerer?").

Dette kan gjøres i en klassisk rakett. Men dette vil være sløsing med drivstoff, å måtte akselerere og bremse hele skjoldet, livstøtten og matforsyningen hver gang.

I stedet, Aldrin Cycler (foreslått av Buzz Aldrin, den andre mannen på månen), eller Mars Cycler kan være i permanent bane, så den kommer regelmessig i nærheten av både Jorden og Mars.

kilde: Ethan MacDonald

På denne måten kan du bygge en permanent romstasjon der folk kan reise til og fra Mars. Den ville ha kraftig strålingsskjerming og matproduksjon, samt mer komfortable og romslige rom og idrettsanlegg for å holde folk i form til tross for fravær av tyngdekraft.

kilde: Buzz Aldrin

O'Neil-sylinder og asteroidekolonier

Når vi snakker om romhabitater, har mer ambisiøse konsepter enn pit-stop/hotell på vei til Mars, som Aldrin Cycler, blitt vurdert. Dette er planen som Jeff Bezos forfølger, med "en billion mennesker som bor i gigantiske romstasjoner også kjent som O'Neil-sylindere."

Dette er gigantiske sylindre hvis rotasjon ville skape en kunstig gravitasjon inni, stor nok til å ha hundretusener eller millioner av innbyggere.

kilde: Blå Opprinnelse

De kan enten brukes til å tilby ideelle levekår eller til å flytte tunge og forurensende industrier ut av jordens økosystemer.

Slik infrastruktur vil gi i hovedsak ubegrenset boareal for en utallig mengde mennesker i hele solsystemet. Den kan til og med brukes til å kolonisere andre stjerner, siden de i hovedsak er selvopprettholdende mikroplaneter.

Imidlertid kommer slik infrastruktur sannsynligvis enda senere i tidslinjen for romkolonisering enn orbitalringer, ettersom det ville kreve en årlig romproduksjonskapasitet på billioner av tonn, samt transitt frem og tilbake til jorden nesten uten kostnader.

Dyson Sphere

Helt på enden av spekteret av spekulativ rominfrastruktur, Dyson-sfæren eller Dyson-svermen.

Ideen, som først ble foreslått av Freeman Dyson, er å bruke alle tilgjengelige steiner og metaller i solsystemet, og bygge en sverm av romhabitater enda større enn O'Neil-sylinderene, potensielt med like mye overflate som jorden hver, for å fange opp så mye som mulig av solens energiproduksjon.

kilde: Wikipedia

Dette regnes også som et slags «sluttspill» for enhver romfarende sivilisasjon. Det er vanskelig å forestille seg mer høyteknologisk enn å bokstavelig talt demontere planeter for å optimalisere bruken av deres materie og solens energi.

Det har vært en "techno-signatur" intenst undersøkt av astronomer for å finne tegn på potensielle utenomjordiske teknologiske sivilisasjoner.

Dette er åpenbart et svært kontroversielt tema, men det ser ut til at allerede 60 stjerner kan matche denne profilen. Det er fortsatt sterkt omdiskutert blant astronomer, da det rett og slett kan være at de fant en ny type stjerne. Det er likevel spennende for folk som er interessert i romutforskning og vil åpne et helt nytt perspektiv på hvor langt menneskeheten kan gå hvis de strekker seg etter stjernene.

Du kan også finne mye mer vakker konseptkunst og miniatyr angående romkolonisering og infrastrukturen vi diskuterte her på Spacehabs.

Investering i rominfrastruktur

Space er en svært etablert industri som opplever en gjenfødelse og eksplosiv vekst på baksiden av gjenbrukbare raketter. Vi diskuterte hvordan dette vil skape hele muligheter i artikkelen vår "Gjenbrukbare raketter for å skape flere nye markeder ved å senke kostnadene drastisk".

Det nåværende rommarkedet er $443B. Selv når man ignorerer mer spekulative (men potensielt svært lukrative) ideer som gruvedrift av asteroider, romturisme og hypersonisk flyging kan det gi ytterligere 350 milliarder dollar i inntekter, som kan legges til en prognose for satellittbasert Internett verdt 17 milliarder dollar, samt militære applikasjoner og subsidierte månebaser, vitenskapelige prosjekter, etc.

Du kan investere i romrelaterte selskaper gjennom mange meglere, og du kan på denne nettsiden finne våre anbefalinger for de beste meglerne i De Forente Stater, Canada, Australia, Storbritannia, så vel som mange andre land.

Hvis du ikke er interessert i å velge spesifikke romrelaterte selskaper, kan du også se på ETF-er som ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) å utnytte veksten i romsektoren som helhet.

Rominfrastrukturselskaper

1. Rakettlab

Rocket Lab er en av de mest seriøse konkurrentene i det gjenbrukbare rakettmarkedet. Selskapet har i utgangspunktet fokusert på små raketter, med Electron launch-systemet (320 kg nyttelast), som gradvis blir omgjort til en delvis gjenbrukbar rakett. Så langt har Electron distribuert 177 satellitter fordelt på 44 oppskytinger.

Senere ser Rocket Lab på å lage en mellomstor gjenbrukbar rakett, Neutron, som kan sammenlignes med Flacon 9 (8,000 kg til LEO i fullt gjenbruksmodus, 1,500 kg til Mars eller Venus). Nøytronen vil bli drevet av en metanbrennende rakettmotor (som Starship), som ser ut til å bli trenden for neste generasjon raketter.

Selskapet er bemerkelsesverdig for sin fullt vertikalt integrerte satellittproduksjonsprosess, som lar den optimere kostnader og designhastighet. Dette resulterte i flere kontrakter med NASA og den amerikanske regjeringen, inkludert en militær satellittkontrakt på 515 millioner dollar. og en sivil kontrakt på 143 millioner dollar for Globalstar.

Rocket Lab er også en stor produsent av solcellepaneler for satellitter etter oppkjøpet av SolAero Technologies i 2022, med 1000+ satellitter drevet av disse panelene, og 4MW solceller produsert totalt.

Kilde: Rocket Lab

Foreløpig er lanseringssystemet avhengig av eksterne leverandører, men en rekke strategiske oppkjøp bør endre det, ved å gjenskape i oppskytningssystemet den vertikale integrasjonen som allerede er oppnådd i satellittdesign og -produksjon.

Selskapet ser også på muligheten for en telekom LEO-konstellasjon for å generere tilbakevendende inntekter. Det bidrar også til forskning for produksjon i verdensrommet med Varda Space Industries og inspeksjon av orbital rusk.

Mens SpaceX hadde Elon Musks forretningstalent til å utvikle teknologien sin fra bunnen av, brukte Rocket Lab en blanding av forskning og utvikling og oppkjøp for å vertikalt integrere den nødvendige teknologien. Dette har vist seg å være svært vellykket innen satellittproduksjon, og de ønsker nå å kopiere denne strategien for gjenbrukbare raketter.

Med tanke på den eksisterende kontantstrømmen fra satellittproduksjon og elektronsuksessene, er Rocket Lab en god kandidat til å ta igjen SpaceX, i det minste inntil massedrivere og annen infrastruktur er bygget om noen tiår.

2. Virgin Galactic

Selskapet ble grunnlagt av Richard Branson og er fokusert på romturisme.

Billettene er i området $250,000 450,000-XNUMX XNUMX, med en lang venteliste. De første kundene ser ut til å være i ekstase med opplevelsen:

«Jeg har alltid visst at det kom til å bli den mest ekstraordinære opplevelsen i livet mitt. Jeg har alltid visst det. Og folk fortalte meg liksom at det kom til å bli det. Men når det så blir det ... og det er på et annet nivå enn opplevelsen du trodde du skulle få ... da er det veldig vanskelig å forklare.»

"Dette har vært den beste dagen i livet mitt, den mest oppsiktsvekkende dagen i mitt liv. Og du kan ikke få det bedre enn det. Det overgikk mine villeste drømmer.»

Virgin Galactic har jobbet med å forbedre sin enhetsøkonomi, med et nytt lanseringssystem, "Delta", som kan frakte 6 passasjerer i stedet for 4, og utføre 8 flyvninger per måned i stedet for bare én.

Til sammen bør disse 2 forbedrede beregningene øke inntektene per enhet med 12 ganger, med en tilbakebetalingstid på mindre enn 6 måneder for hver Delta-skyttel. Delta-flytesten forventes i midten av 2025.

kilde: Virgin Galactic

Markeder var bekymret da det ble kunngjort at Branson ikke ville investere ytterligere i Virgin Galactic. Spesielt etter permitteringer av 185 ansatte og en pause med romflyvninger i 2024, for å vente på ankomsten av Delta-fergen og redusere hastigheten på kontanter.

Likevel er Virgin Galactic spådd å ha nok kontanter til å løpe frem til 2025 eller 2026. Så hvis utviklingen av Delta-flysystemet går problemfritt (et risikabelt forslag i romfartsindustrien), bør selskapet kunne fokusere på å starte på nytt og øke kontanter flyt, med et system som er lønnsomt på enhetsbasis. Og få selskapet til å snu kontantstrømmen positiv i 2026.

kilde: Virgin Galactic

(Det bør bemerkes at Virgin Galactic er forskjellig fra Virgin Orbit. Virgin Orbit begjærte seg konkurs i april 2023, og leverte oppskytingstjenester for små satellitter, med Rocket Lab kjøper opp selskapets anlegg, produksjon og verktøy i Long Beach).

Den nylige konkursen til Virgin Orbit og grunnlegger Richard Bransons distansering fra Virgin Galactic har skadet selskapets image hos investorer, noe som har ført til et fall i aksjekursen i 2023 og 2024.

Forsiktighet angående selve aksjen anbefales sterkt.

Samtidig viser tidligere kunders tilfredshet, en klar plan for et lønnsomt design (Delta-skyttelbusser) og en lang venteliste med potensielle kunder at selskapet fortsatt kan være levedyktig selv uten å skaffe mer kapital.

Så lenge den kan fly Delta-klassens skyttel snart nok. Så langt, Fabrikken for å bygge Delta er ferdig, og byggingen skal starte i Q1 2025.

Mye vil stole på suksessen med å utvikle, produsere og drifte Delta-fergen og oppnå det før slutten av 2025.

Hvis dette er tilfelle, vil den mye lavere verdsettelsen skape en mulighet for investorer til å ta selskapets aksjer med rabatt.