Infraestrutura Espacial – Construindo Escadas para os Céus

Uma Nova Era Espacial

Com a invenção de foguetes reutilizáveis confiáveis pela SpaceX de Elon Musk, uma nova corrida espacial começou. Isso porque reduziu os custos de alcançar a órbita em quase 10 vezes, com ainda mais redução de custos esperada do massivo Starship.

Fonte: Ark Invest

Isso levou à situação atual, onde em 2023, a imensa maioria do que foi enviado à órbita, tanto em massa quanto em número de satélites, foi lançada pela SpaceX.

O Starship poderá, em última análise, enviar para a órbita baixa da Terra (LEO) entre 50‑200 toneladas de material a cada lançamento, dependendo das estimativas. Isso será um grande avanço, provavelmente permitindo novos marcos na história da humanidade, incluindo:

• Bases permanentes na Lua.
• Primeira expedição humana a Marte.

Se você quiser saber mais sobre como seria um mundo onde isso já aconteceu, e como isso poderia criar uma economia espacial autossustentável, pode ler mais em nossos artigos A Economia Espacial do Futuro e A Economia Marciana do Futuro.

Starlink e constelações de satélites semelhantes são enormes infraestruturas espaciais já em construção. Elas possibilitam acesso à Internet de alta velocidade em todo o planeta e devem se tornar a principal fonte de receita de empresas como a SpaceX, que já possui milhões de assinantes pagantes.

Fonte: Ark Invest

Ainda assim, lançamentos baseados em foguetes para o espaço são, em última análise, limitados pela física na qual a tecnologia se baseia. Um ponto crucial é que os foguetes precisam expelir uma quantidade ridiculamente grande de combustível para decolar. Por exemplo, o Falcon Heavy da SpaceX é um foguete de 22,2 toneladas, com uma massa de combustível de 433 toneladas. Isso significa que, no final, a maior parte do combustível é gasto apenas para levantar mais combustível.

Para ficar abaixo da marca de US$ 100/kg nos custos de lançamento, serão necessários métodos completamente diferentes dos foguetes.

Se os custos de escapar da gravidade da Terra diminuírem o suficiente, muitas coisas poderiam ser construídas no espaço.

Grandes Conquistas Requerem Infraestrutura

Depender exclusivamente de foguetes para alcançar o espaço é semelhante a fazer todo o transporte e comércio na Terra usando apenas aviões e helicópteros. Embora tecnicamente não seja impossível, seria absurdamente caro, enquanto a construção de infraestrutura como portos, estradas e ferrovias nos permite usar alternativas muito mais baratas.

Pode ser um tipo de problema de ovo e galinha quando se trata do espaço. Até agora, infraestruturas em larga escala não valiam a pena ser construídas, pois nossas necessidades de lançamento consistiam apenas em enviar algumas dezenas de satélites e uma dúzia de astronautas para órbitas.

Com sistemas de lançamento melhores se tornando disponíveis, provavelmente veremos nas próximas duas décadas uma expansão maciça da atividade humana no espaço. Alguns desses serão altamente lucrativos ou muito bem financiados, incluindo:

• Megaprojetos científicos, como a construção de um radiotelescópio no lado oculto da Lua.
• Bases lunares de países ocidentais, China e Rússia.
• Turismo espacial, seja voo suborbital, estações espaciais orbitais ou na Lua.

Isso criará um mercado grande o suficiente para que seja lucrativo investir dezenas ou centenas de bilhões apenas para capturar participação de mercado de empresas de foguetes como a SpaceX.

Propulsores de Massa

Uma dessas infraestruturas, chamada propulsor de massa, promete reduzir drasticamente os custos de lançamento. É muito provável que já seja viável com a tecnologia atualmente disponível. A ideia principal de um propulsor de massa é que uma nave poderia ser enviada à órbita acelerando-a suficientemente no solo, de modo que não precisaria de propulsor a bordo.

A forma como cientistas e engenheiros têm pensado em fazer isso seria criar um trem maglev semelhante ao conceito Hyperloop, operando em vácuo. Dessa forma, nem o atrito com o trilho nem com as partículas de ar desacelerariam ou aqueceriam o veículo de lançamento.

Fonte: Acepedia

A China já está analisando o desenvolvimento de tal tecnologia, portanto pode estar mais próxima do que esperamos.

Se bem-sucedido, poderia reduzir em mais 10 vezes o preço de lançamento orbital já bastante reduzido pela SpaceX, com estimativas colocando os custos em US$ 60/kg.

Como observação paralela, esse tipo de sistema poderia ser usado inicialmente com modelos de menor porte para impulsionar aviões a uma velocidade onde motores scramjet hipersônicos podem operar, permitindo voos hipersônicos muito rápidos.

Um Verdadeiro Megaprojeto

Claro, um propulsor de massa orbital seria necessário para alcançar velocidade extrema e seria absolutamente massivo e poderoso para transportar e acelerar as centenas ou milhares de toneladas de carga útil para competir com o Spaceship.

A pista de lançamento também precisará ter centenas, senão milhares de quilômetros de comprimento, sendo a região mais promissora o planalto tibetano.

No entanto, os propulsores de massa ainda estão entre as infraestruturas espaciais propostas menos ambiciosas, pois são principalmente limitados apenas pelo financiamento disponível e pela habilidade de engenhá-los com tecnologia conhecida.

Elevador Espacial

Outra forma conhecida de transportar coisas para cima e para baixo com o menor custo energético possível é usar um contrapeso, como em elevadores. Dessa forma, a única energia gasta é levantar o peso da carga útil, e não há necessidade de velocidade extrema.

Esta é a ideia por trás de um elevador espacial, onde um cabo de dezenas de milhares de quilômetros de comprimento é usado para transportar massa para cima e para baixo a partir da Terra. Em teoria, tal sistema poderia tornar alcançar a órbita ainda mais barato do que atualmente custa pegar um avião.

Fonte: ISEC

A principal limitação aqui não é a demanda de mercado ou o capital disponível (embora isso também conte), mas a tecnologia. Um cabo tão extremamente longo exigiria material ultraleve com resistência à tração muito acima de materiais comuns como aço ou titânio.

Isso pode estar mudando, com supermateriais como o grafeno aparentemente capazes de atender aos requisitos técnicos, um tipo de material 2D que discutimos em detalhes em nosso artigo “Materiais 2D, Como o Grafeno, Abrem Novas Fronteiras nas Ciências dos Materiais”.

Isso, porém, exigiria produção em massa de cristais de grafeno de alta qualidade, algo que nunca foi alcançado até agora. No preço atual do grafeno, seria absurdamente caro.

No entanto, seria a infraestrutura ideal para presença humana sustentada no espaço, indústrias orbitais e comércio interplanetário, com capacidade de 30.000 toneladas por ano para órbita geoestacionária, ou o equivalente a dezenas de lançamentos do Starship por dia.

Você pode ver mais sobre este conceito neste vídeo de 1 hora do Consórcio Internacional de Elevadores Espaciais:

Megastrutura Orbital

Se algum dia conseguirmos construir um elevador espacial ou estabelecer instalações de fabricação em larga escala na Lua usando material de asteroides, poderíamos imaginar um tipo ainda mais grandioso de infraestrutura.

Por exemplo, um anel orbital é a ideia de construir uma estrutura que circunde toda a Terra.

Fonte: Isaac Arthur

Tal sistema permaneceria em órbita graças à força centrífuga que compensa a gravidade da Terra. Ele forneceria habitats no espaço, estações de manutenção, locais de lançamento para missões de espaço profundo, pontos de ancoragem para geração de energia (painéis solares) e até potencialmente mitigação climática com sombras solares.

Entretanto, tal conceito é tão ambicioso do ponto de vista tecnológico e de infraestrutura que provavelmente nunca será alcançado até que, pelo menos, os propulsores de massa e um elevador espacial sejam construídos primeiro.

Estações de Mineração & Processadores

A ideia de minerar asteroides para obter matérias‑primas e processar o minério no espaço é muito mais acessível e realista.

Muitos asteroides são muito ricos em metal; de fato, o cinturão de asteroides em nosso sistema solar contém cerca de 8% de asteroides ricos em metal (tipo M). Com todo o cinturão de asteroides pesando 2,4 quintilhões de toneladas, isso é muito metal.

Fonte: ESA – As duas áreas onde a maioria dos asteroides do Sistema Solar é encontrada: o cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter, e os troianos, dois grupos de asteroides que se movem à frente e atrás de Júpiter em sua órbita ao redor do Sol.

Na Terra, cavamos até 2‑4 km de profundidade por ouro ou platina. Mas apenas um asteroide, 16 Psyche, pode ser um fragmento de metal de 200 km esperando ser minerado por um valor (com preços atuais) de US$ 10‑700 quintilhões.

Assim, há 2 tipos de mineração espacial que poderiam ser altamente lucrativos:

• Materiais raros como ouro e platina serão enviados de volta à Terra.
• Materiais de base que podem ser usados em órbita para construir espaçonaves, hotéis espaciais, etc., sem precisar pagar o custo exorbitante de levantar esses materiais da Terra.

É provável que um empreendimento de mineração de asteroides lucre com ambos, capturando e trazendo para perto da Terra asteroides com minerais de alto valor. E usando o rejeito da mineração, composto de ferro carbono, níquel, etc., para construir estações espaciais, bases lunares, foguetes, etc.

Outra vantagem é que, uma vez que o equipamento de mineração seja colocado no espaço, ele pode minerar os asteroides em um ambiente sem peso. Isso pode tornar a mineração no espaço mais fácil do que na Terra, onde mover milhares de toneladas de rochas é uma atividade intensiva em energia e arriscada.

Coletores Solares

Outra indústria espacial proposta que poderia se tornar o motor de uma economia baseada no espaço é a energia solar. Na órbita correta, o Sol brilha 24/7 e com intensidade muito maior devido à ausência de atmosfera que absorva a luz.

Tais sistemas poderiam ser tanto uma razão para construir infraestrutura espacial (reduzindo o custo dos satélites de energia) quanto um facilitador de progresso adicional (como alimentar estações de refino que mineram asteroides).

Fonte: Space Solar

(Exploramos essa ideia em mais detalhes em nosso artigo “Soluções de Energia Baseada no Espaço para Energia Limpa Infinita”.)

Propulsores de Vela a Laser

Para sair da Terra, são necessários foguetes ou infraestrutura avançada. Mas para se mover no espaço, apenas um pouco de energia é realmente necessário uma vez que você está longe de um poço gravitacional. Tão pouca, de fato, que apenas a luz pode fornecer energia suficiente para isso.

Esta é a física por trás do conceito de vela solar. Não se trata de um conceito especulativo de ficção científica, mas de uma tecnologia real já sendo testada pela NASA.

Tal vela poderia ser impulsionada pelos raios do Sol, mas também poderia ser impulsionada por laser. Portanto, potencialmente, em vez de queimar combustível, poderíamos ver viagens interplanetárias sendo alimentadas por lasers a partir da órbita ou da Lua, eles mesmos alimentados por satélites de energia solar locais.

Bases & Colônias Fora da Terra

Ao discutir infraestrutura, a maioria se concentrará nos projetos “chamativos” tecnologicamente desafiadores, como elevadores espaciais.

No entanto, haverá muita outra infraestrutura necessária no espaço, especialmente se estivermos construindo assentamentos permanentes, desde bases com acomodação para cientistas e turistas até cidades prósperas em Marte.

Isto inclui fazendas sob cúpula, produção de alimentos hidropônica e aquapônica indoor, telecomunicações, plataformas de lançamento, produção de combustível e estações de reabastecimento, etc., bem como usinas de energia, linhas de transmissão, hospitais, estradas, tubulações de água, etc., que são mundanas mas igualmente vitais.

Transportador / Ciclista Aldrin

As bases ou colônias na Lua serão “fáceis” de abastecer diretamente da Terra. Trazer e retirar pessoal ou turistas será feito em uma viagem curta, que levará no máximo alguns dias.

No entanto, ir a destinos mais distantes como Marte exigirá uma viagem que provavelmente levará quase um ano ou, no melhor dos casos, algumas semanas. Isso não é um problema para matérias‑primas e equipamentos, onde isso apenas complica um pouco a logística.

Isto é muito mais problemático para passageiros. O espaço além da magnetosfera da Terra está exposto a radiação intensa. E, em caso de uma tempestade solar imprevisível, passageiros a caminho de Marte podem ser expostos a ainda mais radiação. Portanto, além dos primeiros aventureiros corajosos que pisarem em Marte, viagens regulares de passageiros exigirão uma nave muito pesada e blindada.

E talvez com alguma produção de alimentos a bordo e forte reciclagem de água para limitar a quantidade de suprimentos que precisam ser transportados (discutimos em mais detalhes o tema de suprimento de alimentos no espaço em nosso artigo “Alimento Espacial – Como Alimentaremos a Próxima Onda de Pioneiros da Humanidade?”).

Isso pode ser feito com um foguete clássico. Mas isso seria um desperdício de combustível, tendo que acelerar e desacelerar todo o escudo, suporte de vida e suprimentos de alimentos a cada vez.

Em vez disso, o Ciclo Aldrin (proposto por Buzz Aldrin, o segundo homem na Lua), ou Ciclo Marte, poderia orbitar permanentemente de modo que chegasse regularmente nas proximidades da Terra e de Marte.

Fonte: Ethan MacDonald

Dessa forma, você poderia construir uma estação espacial permanente para as pessoas transitarem de e para Marte. Ela teria blindagem pesada contra radiação e produção de alimentos, além de quartos mais confortáveis e espaçosos e instalações esportivas para manter as pessoas em forma apesar da ausência de gravidade.

Fonte: Buzz Aldrin

Cilindro O’Neil & Colônias de Asteroides

Falando de habitats espaciais, conceitos mais ambiciosos do que o ponto de parada/hotel a caminho de Marte, como o Ciclo Aldrin, foram considerados. Este é o plano que Jeff Bezos está perseguindo, com “um trilhão de pessoas vivendo em gigantescas estações espaciais também conhecidas como cilindros O’Neil.”

São cilindros gigantescos cuja rotação criaria gravidade artificial no interior, suficientemente grandes para abrigar centenas de milhares ou milhões de habitantes.

Fonte: Blue Origin

Eles poderiam ser usados tanto para oferecer condições de vida ideais quanto para mover indústrias pesadas e poluentes para fora dos ecossistemas da Terra.

Tal infraestrutura proporcionaria essencialmente espaço habitável ilimitado para uma quantidade incalculável de pessoas em todo o sistema solar. Poderia até ser usada para colonizar outras estrelas, pois são essencialmente microplanetas autossustentáveis.

No entanto, tal infraestrutura provavelmente chegará ainda mais tarde na linha do tempo da colonização espacial do que os anéis orbitais, pois exigiria uma capacidade de fabricação espacial anual de trilhões de toneladas, bem como trânsito de ida e volta à Terra a quase nenhum custo.

Esfera de Dyson

No extremo do espectro de infraestruturas espaciais especulativas, está a Esfera de Dyson, ou enxame de Dyson.

Proposta inicialmente por Freeman Dyson, é a ideia de usar todas as rochas e metais disponíveis no sistema solar, construindo um enxame de habitats espaciais ainda maior que os cilindros O’Neil, potencialmente com tanto superfície quanto a Terra cada um, a fim de capturar o máximo possível da energia emitida pelo Sol.

Fonte: Wikipedia

Isso também é considerado uma “fim de jogo” para qualquer civilização interestelar. É difícil imaginar algo mais avançado tecnologicamente do que literalmente desmontar planetas para otimizar o uso de sua matéria e da energia do Sol.

Tem sido uma “tecnossignatura” intensamente pesquisada por astrônomos para encontrar sinais de potenciais civilizações tecnológicas extraterrestres.

Este é obviamente um tópico altamente controverso, mas parece que já 60 estrelas poderiam corresponder a esse perfil. Ainda é fortemente debatido entre os astrônomos, pois pode simplesmente ser que tenham encontrado um novo tipo de estrela. No entanto, é intrigante para pessoas interessadas na exploração espacial e abriria uma nova perspectiva sobre até onde a humanidade poderia chegar ao alcançar as estrelas.

Você também pode encontrar muito mais belas artes conceituais e miniaturas sobre colonização espacial e a infraestrutura que discutimos aqui em Spacehabs.

Investindo em Infraestrutura Espacial

O espaço é uma indústria muito estabelecida que está passando por um renascimento e crescimento explosivo graças aos foguetes reutilizáveis. Discutimos como isso criará oportunidades inteiras em nosso artigo “Foguetes Reutilizáveis Para Criar Múltiplos Novos Mercados Ao Reduzir Drasticamente os Custos”.

O mercado espacial atual é de US$ 443 bi. Mesmo ignorando ideias mais especulativas (mas potencialmente muito lucrativas) como mineração de asteroides, turismo espacial e voo hipersônico, poderiam acrescentar outros US$ 350 bi em receitas, aos quais pode ser adicionado uma previsão de Internet baseada em satélite no valor de US$ 17 bi, bem como aplicações militares e bases lunares subsidiadas, projetos científicos, etc.

Você pode investir em empresas relacionadas ao espaço através de várias corretoras, e pode encontrar neste site nossas recomendações para as melhores corretoras nos EUA, Canadá, Austrália, Reino Unido, bem como em muitos outros países.

Se você não está interessado em escolher empresas específicas relacionadas ao espaço, também pode considerar ETFs como ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) ou VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) para capitalizar o crescimento do setor espacial como um todo.

Empresas de Infraestrutura Espacial

1. Rocket Lab

A Rocket Lab é um dos concorrentes mais sérios no mercado de foguetes reutilizáveis. A empresa inicialmente focou em foguetes pequenos, com o sistema de lançamento Electron (320 kg de carga útil), que está sendo progressivamente transformado em um foguete parcialmente reutilizável. Até agora, o Electron lançou 177 satélites em 44 lançamentos.

Posteriormente, a Rocket Lab está buscando criar um foguete reutilizável de tamanho médio, o Neutron, comparável ao Falcon 9 (8.000 kg para LEO em modo totalmente reutilizável, 1.500 kg para Marte ou Vênus). O Neutron será alimentado por um motor de foguete que queima metano (como o Starship), que parece se tornar a tendência para a próxima geração de foguetes.

A empresa se destaca por seu processo de fabricação de satélites totalmente verticalmente integrado, permitindo otimizar custos e velocidade de design. Isso resultou em múltiplos contratos com a NASA e o governo dos EUA, incluindo um contrato militar de US$ 515 mi. e um contrato civil de US$ 143 mi para a Globalstar.

A Rocket Lab também é um grande fabricante de painéis solares para satélites após suas aquisições de 2022 da SolAero Technologies, com mais de 1.000 satélites alimentados por esses painéis, e um total de 4 MW de células solares fabricadas.

Fonte: Rocket Lab

Por enquanto, seu sistema de lançamento depende de fornecedores externos, mas uma série de aquisições estratégicas deve mudar isso, replicando no sistema de lançamento a integração vertical já alcançada no design e fabricação de satélites.

A empresa também está avaliando a possibilidade de uma constelação de telecomunicações LEO para gerar receitas recorrentes. Também está contribuindo para pesquisas de manufatura no espaço com a Varda Space Industries e inspeção de detritos orbitais.

Enquanto a SpaceX contou com o talento empresarial de Elon Musk para desenvolver sua tecnologia do zero, a Rocket Lab usou uma combinação de P&D e aquisições para integrar verticalmente a tecnologia necessária. Isso tem se mostrado muito bem-sucedido na fabricação de satélites, e agora eles buscam replicar essa estratégia para foguetes reutilizáveis.

Considerando o fluxo de caixa existente da produção de satélites e os sucessos do Electron, a Rocket Lab é uma boa candidata a alcançar a SpaceX, pelo menos até que propulsores de massa e outras infraestruturas sejam construídas nas próximas décadas.

2. Virgin Galactic

A empresa foi fundada por Richard Branson e está focada no turismo espacial.

Os ingressos estão na faixa de US$ 250.000‑450.000, com uma longa lista de espera. Os primeiros clientes parecem estar extasiados com a experiência:

“Sempre soube que seria a experiência mais extraordinária da minha vida. Sempre soube disso. E as pessoas meio que me disseram que seria. Mas então, quando acontece… e está em outro nível da experiência que você achava que teria… então é muito difícil de explicar.”

“Este foi o melhor dia da minha vida, o dia mais sensacional da minha vida. E não há nada melhor que isso. Superou os meus sonhos mais ousados.”

A Virgin Galactic tem trabalhado na melhoria de sua economia unitária, com um novo sistema de lançamento, o “Delta”, capaz de transportar 6 passageiros em vez de 4, e de realizar 8 voos por mês em vez de apenas um.

Juntos, essas 2 métricas aprimoradas devem aumentar a receita por unidade em 12 vezes, com um tempo de retorno inferior a 6 meses para cada ônibus Delta. O teste de voo do Delta está previsto para meados de 2025.

Fonte: Virgin Galactic

Os mercados ficaram preocupados quando foi anunciado que Branson não investiria mais na Virgin Galactic. Especialmente após a demissão de 185 funcionários e a pausa nos voos espaciais em 2024, para aguardar a chegada do ônibus Delta e reduzir a velocidade de queima de caixa.

Ainda assim, prevê-se que a Virgin Galactic tenha caixa suficiente para operar até 2025 ou 2026. Portanto, se o desenvolvimento do sistema de voo Delta avançar sem problemas (uma proposta arriscada na indústria aeroespacial), a empresa deverá ser capaz de focar em reiniciar e crescer o fluxo de caixa, com um sistema lucrativo por unidade. E levar a empresa a ter fluxo de caixa positivo em 2026.

Fonte: Virgin Galactic

(Vale notar que a Virgin Galactic é diferente da Virgin Orbit. A Virgin Orbit entrou em falência em abril de 2023, e fornecia serviços de lançamento para pequenos satélites, com a Rocket Lab adquirindo as instalações de Long Beach da empresa, bem como seus ativos de fabricação e ferramentas).

A recente falência da Virgin Orbit e o distanciamento da Virgin Galactic pelo fundador Richard Branson prejudicaram a imagem da empresa perante os investidores, resultando em uma queda acentuada do preço das ações em 2023 e 2024.

É altamente recomendada cautela em relação à própria ação.

Ao mesmo tempo, a satisfação dos clientes anteriores, um plano claro para um design lucrativo (ônibus Delta) e uma longa lista de espera de clientes potenciais mostram que a empresa ainda pode ser viável mesmo sem captar mais recursos.

Contanto que consiga voar com o ônibus da classe Delta em tempo hábil. Até agora, a fábrica para construir o Delta está concluída, e a construção deve começar no primeiro trimestre de 2025.

Muito dependerá do sucesso no desenvolvimento, fabricação e operação do ônibus Delta e de sua realização antes do final de 2025.

Se for esse o caso, a avaliação muito mais baixa criaria uma oportunidade para os investidores adquirirem ações da empresa com desconto.