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 ocorre porque reduziu os custos de alcançar a órbita em quase 10 vezes, com ainda mais cortes de custos esperados da enorme nave estelar.

Fonte: Investir na Arca

Isto levou à situação atual, onde em 2023, a imensa maioria do que foi enviado para órbita, tanto em massa como em número de satélites, foi lançado pela SpaceX.

A Starship será capaz de enviar em órbita terrestre baixa (LEO) entre 50 e 200 toneladas de material a cada lançamento, dependendo das estimativas. Este 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 ocorreu e como ele poderia criar uma economia autossustentável baseada no espaço, você pode ler mais em nossos artigos “A futura economia baseada no espaçoeA futura economia marciana".

Starlink e constelações de satélites semelhantes são enormes infraestruturas espaciais já em construção. Tornam possível o acesso à Internet de alta velocidade em todo o planeta e espera-se que se tornem a principal fonte de fluxo de caixa de empresas como a SpaceX, que já tem milhões de assinantes pagantes.

Fonte: Investir na Arca

Ainda assim, os lançamentos espaciais baseados em foguetes são, em última análise, limitados pela física em que a tecnologia se baseia. Um fator fundamental é que os foguetes precisam expelir uma quantidade absurdamente 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 gasta apenas para transportar mais combustível.

Para atingir a barreira de US$ 100/kg de custos de lançamento, serão necessários alguns métodos completamente diferentes dos do foguete.

Se os custos de deixar a gravidade da Terra diminuírem o suficiente, muitas coisas poderão ser construídas no espaço.

Grandes conquistas exigem infraestrutura

Depender apenas de foguetes para chegar ao 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 quando a construção de infra-estruturas como portos, estradas e caminhos-de-ferro nos permite utilizar alternativas muito mais baratas.

Pode ser um problema do ovo e da galinha quando se trata de espaço. Até agora, não valia a pena construir infra-estruturas de grande escala, uma vez que as nossas necessidades de lançamento consistiam apenas em colocar em órbita algumas dezenas de satélites e uma dúzia de astronautas.

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

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

Isto criará um mercado suficientemente grande para que se torne lucrativo investir dezenas ou centenas de milhares de milhões apenas para capturar quota de mercado de empresas de foguetes como a SpaceX.

Drivers de massa

Uma dessas infra-estruturas, chamada mass driver, promete reduzir drasticamente os custos de lançamento. Provavelmente já é possível com a tecnologia atualmente disponível. A ideia principal de um driver de massa é que um ônibus espacial poderia ser colocado em órbita acelerando-o o suficiente no solo para que não precisasse de um propelente a bordo.

A maneira como os cientistas e engenheiros analisaram como fazer isso seria criar um trem maglev semelhante ao conceito Hyperloop, operando no vácuo. Dessa forma, nem o atrito com o trilho nem com as partículas de ar desaceleraria e aqueceria o veículo lançador.

Fonte: Acepédia

A China já está pensando em desenvolver essa tecnologia, então pode estar mais perto do que esperamos.

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

Por outro lado, este tipo de sistema poderia ser usado pela primeira vez com modelos de tamanho menor para impulsionar aviões a uma velocidade em que os motores scramjet hipersônicos possam funcionar, permitindo voos hipersônicos muito rápidos.

Um verdadeiro megaprojeto

É claro que seria necessário um driver de massa orbital para atingir velocidade extrema e ser absolutamente massivo e poderoso para transportar e acelerar centenas ou milhares de toneladas de carga útil para competir com a nave espacial.

A pista de lançamento também terá de ter centenas, senão milhares de quilómetros de comprimento, sendo a área candidata mais promissora o planalto tibetano.

No entanto, os drivers de massa ainda estão entre as infra-estruturas espaciais propostas menos ambiciosas, uma vez que são na sua maioria limitados apenas pelo financiamento disponível e pela capacidade de projectá-la com tecnologia conhecida.

Elevador espacial

Outra forma conhecida de transportar coisas para cima e para baixo com o menor custo de energia possível é utilizar um contrapeso, como nos 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 uma corda com dezenas de milhares de quilômetros de comprimento é usada para transportar massa da Terra para cima e para baixo. Em teoria, tal sistema poderia tornar o alcance da órbita ainda mais barato do que custa atualmente para pegar um avião.

Fonte: ISEC

A principal limitação aqui não é a procura do mercado ou o capital disponível (embora estes também contem), mas sim a tecnologia. Um cabo tão longo exigiria material ultraleve com resistência à tração muito superior a 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".

Isto, no entanto, exigiria a produção em massa de cristal de grafeno de alta qualidade, algo que nunca foi alcançado até agora. Ao preço atual do grafeno, seria absurdamente caro.

No entanto, seria a infra-estrutura ideal para a presença humana sustentada no espaço, nas indústrias orbitais e no comércio interplanetário, com uma capacidade de 30,000 toneladas por ano em órbita geossíncrona, ou o equivalente a dezenas de lançamentos de naves estelares todos os dias.

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

Megaestrutura orbital

Se algum dia conseguirmos construir um elevador espacial ou instalar instalações de produção em grande escala na Lua utilizando material de asteróides, poderemos imaginar um tipo de infra-estrutura ainda maior.

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

Fonte: Isaque Artur

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 no espaço profundo, pontos de ancoragem para geração de energia (painéis solares) e, potencialmente, até mesmo mitigação climática com persianas solares.

No entanto, tal conceito é tão ambicioso do ponto de vista tecnológico e de infra-estruturas que provavelmente nunca será alcançado até que pelo menos os motores de massa e um elevador espacial sejam construídos primeiro.

Estações e processadores de mineração

A ideia de minerar asteróides em busca de matéria-prima e processar o minério no espaço é muito mais acessível e realista.

Muitos asteróides são muito ricos em metais; na verdade, o cinturão de asteróides em nosso sistema solar contém aproximadamente 8% de asteróides ricos em metais (tipo M). Com todo o cinturão de asteróides pesando 2.4 quintilhões de toneladas, isso é muito metal.

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

Na Terra, estamos escavando de 2 a 4 km de profundidade em busca de ouro ou platina. Mas apenas um asteróide, 16 Psyche, pode ser um pedaço de metal de 200 km esperando para ser extraído por um valor (a preços atuais) de US$ 10-700 quintilhão.

Portanto, existem 2 tipos de mineração espacial que podem ser altamente lucrativas:

• Materiais raros como ouro e platina serão enviados de volta à Terra.
• Materiais básicos que podem ser usados ​​em órbita para construir naves espaciais, hotéis espaciais, etc., sem ter que pagar o custo exorbitante de retirar esses materiais da Terra.

Muito provavelmente, um empreendimento de mineração de asteróides ganhará dinheiro com ambos, capturando e trazendo para perto da Terra asteróides com minerais de alto valor. E utilizando o rejeito de mineração, feito de ferro carbono, níquel, etc. para construir estações espaciais, bases lunares, foguetes, etc.

Outra vantagem é que, uma vez que o equipamento de mineração tenha sido colocado no espaço, ele poderá extrair os asteróides em um ambiente sem gravidade. Isso pode tornar a mineração no espaço mais fácil do que na Terra, onde mover milhares de toneladas de rochas é uma atividade arriscada e que consome muita energia.

Coletores solares

Outra proposta de indústria espacial que poderia se tornar o motor de uma economia baseada no espaço é a energia solar. Na órbita certa, o Sol brilha 24 horas por dia, 7 dias por semana e com uma intensidade muito maior devido à falta de atmosfera para absorver a luz.

Tais sistemas poderiam ser tanto uma razão para construir infra-estruturas espaciais (reduzindo o custo dos satélites de energia) como um facilitador de novos progressos (como fornecer energia a estações de refinação para a mineração de asteróides).

Fonte: Espaço Solar

(Exploramos essa ideia com mais detalhes em nosso artigo “Soluções energéticas baseadas no espaço para energia limpa sem fim").

Hélices de vela a laser

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

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

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

Bases e colônias fora do mundo

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

No entanto, serão necessárias muitas outras infra-estruturas no espaço, especialmente se estivermos a construir assentamentos permanentes, desde bases com alojamento para cientistas e turistas até cidades prósperas em Marte.

Isto inclui fazendas em cúpula, produção de alimentos hidropônicos e aquapônicos internos, telecomunicações, plataformas de lançamento, produção de combustível e estações de reabastecimento, etc., bem como usinas de energia mundanas, mas igualmente vitais, linhas de energia, hospitais, estradas, tubulações de água, etc.

Transportador / Ciclador Aldrin

Bases ou colônias na Lua serão “fáceis” de abastecer direto da Terra. A entrada e saída de pessoal ou turistas será feita em uma viagem curta, que levará no máximo alguns dias.

No entanto, ir para destinos mais distantes como Marte exigirá uma viagem que provavelmente levará quase um ano ou semanas, na melhor das hipóteses. Isto não é um problema para matérias-primas e equipamentos, onde isso apenas complica um pouco a logística.

Isso é muito mais problemático para os passageiros. O espaço além da magnetosfera da Terra está exposto a fortes radiações. E no caso de uma tempestade solar difícil de prever, os passageiros a caminho de Marte poderão ficar expostos a ainda mais radiação. Assim, passando dos ousados ​​aventureiros iniciais até a primeira etapa em Marte, as 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 com mais detalhes o tema do abastecimento de alimentos no espaço em nosso artigo “Comida Espacial – Como Alimentaremos a Próxima Onda de Pioneiros da Humanidade?").

Isso pode ser feito em um foguete clássico. Mas isto será um desperdício de combustível, tendo de acelerar e desacelerar todo o escudo, o suporte de vida e o abastecimento de alimentos de cada vez.

Em vez disso, o Aldrin Cycler (proposto por Buzz Aldrin, o segundo homem na Lua), ou Ciclador de Marte poderia estar em órbita permanente, por isso vem 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. Teria forte proteção contra radiação e produção de alimentos, além de salas e instalações esportivas mais confortáveis ​​e espaçosas para manter as pessoas em forma, apesar da ausência de gravidade.

Fonte: Buzz Aldrin

Cilindro O'Neil e colônias de asteróides

Falando em habitats espaciais, foram considerados conceitos mais ambiciosos do que o pit-stop/hotel a caminho de Marte, como o Aldrin Cycler. Este é o plano que Jeff Bezos está a perseguir, com “um bilião de pessoas a viver em gigantescas estações espaciais, também conhecidas como cilindros O'Neil”.

São cilindros gigantescos cuja rotação criaria uma gravidade artificial em seu interior, grande o suficiente para abrigar centenas de milhares ou milhões de habitantes.

Fonte: Origem Azul

Eles poderiam ser usados ​​para oferecer condições de vida ideais ou para deslocar indústrias pesadas e poluentes para fora dos ecossistemas da Terra.

Tal infra-estrutura proporcionaria espaço vital essencialmente ilimitado para uma quantidade incontável de pessoas em todo o sistema solar. Poderia até ser usado para colonizar outras estrelas, já que são essencialmente microplanetas autossustentáveis.

No entanto, tal infra-estrutura provavelmente surge ainda mais tarde na linha do tempo da colonização espacial do que os anéis orbitais, uma vez que exigiria uma capacidade anual de produção espacial na ordem dos biliões de toneladas, bem como o trânsito de ida e volta para a Terra quase sem custos.

Esfera Dyson

Bem no final do espectro da infraestrutura espacial especulativa, a Esfera de Dyson, ou enxame de Dyson.

Proposta inicialmente por Freeman Dyson, a ideia é usar todas as rochas e metais disponíveis no sistema solar e construir um enxame de habitats espaciais ainda maiores que os cilindros de O'Neil, potencialmente com tanta superfície quanto a Terra cada um, para capturar o máximo possível da produção de energia do Sol.

Fonte: Wikipedia

Isso também é considerado uma espécie de "fim de jogo" para qualquer civilização espacial. É difícil imaginar algo mais tecnológico do que literalmente desmantelar planetas para otimizar o uso de sua matéria e da energia solar.

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

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

Você também pode encontrar muito mais belas artes conceituais e miniaturas sobre a colonização espacial e a infraestrutura que discutimos aqui no Spacehabs.

Investindo em infraestrutura espacial

O espaço é uma indústria muito estabelecida que está passando por um renascimento e um crescimento explosivo graças a foguetes reutilizáveis. Discutimos como isso criará oportunidades inteiras em nosso artigo “Foguetes reutilizáveis ​​para criar vários novos mercados, reduzindo drasticamente os custos".

O mercado espacial atual é de US$ 443 bilhões. Mesmo ignorando ideias mais especulativas (mas potencialmente muito lucrativas), como a mineração de asteróides, o turismo espacial e os voos hipersónicos, poderiam acrescentar outros 350 mil milhões de dólares em receitas, aos quais se pode acrescentar um previsão de Internet via satélite no valor de US$ 17 bilhões, bem como aplicações militares e bases lunares subsidiadas, projetos científicos, etc.

Você pode investir em empresas relacionadas ao espaço através de vários corretores, e você pode encontrar neste site nossas recomendações para os melhores corretores em dos EUA, Canada, Australia, do Reino Unido, assim como muitos outros países.

Se não estiver interessado em escolher empresas específicas relacionadas ao espaço, você também pode procurar ETFs como ETF de exploração e inovação espacial ARK (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) capitalizar o crescimento do sector espacial como um todo.

Empresas de infraestrutura espacial

1. Rocket Lab

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

Mais tarde, o Rocket Lab pretende criar um foguete reutilizável de tamanho médio, o Neutron, comparável ao Flacon 9 (8,000 kg para LEO em modo totalmente reutilizável, 1,500 kg para Marte ou Vênus). O Neutron será movido 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 integrado verticalmente, permitindo otimizar custos e velocidade de projeto. Isso resultou em vários contratos com a NASA e o governo dos EUA, incluindo um contrato de satélite militar de US$ 515 milhões. e um contrato civil de US$ 143 milhões para a Globalstar.

Rocket Lab também é um grande fabricante de painéis solares para satélites após as aquisições da SolAero Technologies em 2022, com mais de 1000 satélites alimentados por esses painéis e células solares de 4 MW fabricadas no total.

Fonte: Rocket Lab

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

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

Enquanto a SpaceX contava com o talento empresarial de Elon Musk para desenvolver sua tecnologia do zero, a Rocket Lab utilizou uma combinação de P&D e aquisições para integrar verticalmente a tecnologia necessária. Isso se mostrou 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, o Rocket Lab é um bom candidato para alcançar a SpaceX, pelo menos até que drivers de massa e outras infraestruturas sejam construídos em algumas décadas.

2. Virgin Galactic

A empresa foi fundada por Richard Branson e tem como foco o turismo espacial.

Os ingressos estão na faixa de US$ 250,000 mil a US$ 450,000 mil, com uma longa lista de espera. Os primeiros clientes parecem extasiados com a experiência:

“Eu sempre soube que seria a experiência mais extraordinária da minha vida. Eu sempre soube disso. E as pessoas meio que me disseram que seria. Mas quando é... e é em outro nível da experiência que você imaginava que teria... aí é muito difícil de explicar.”

“Este foi o melhor dia da minha vida, o dia mais sensacional da minha vida. E você não pode ficar melhor do que isso. Superou meus sonhos mais loucos.”

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

Juntas, essas duas métricas aprimoradas deverão aumentar a receita por unidade em 2 vezes, com um tempo de retorno de menos de 12 meses para cada ônibus Delta. O teste de voo da Delta está previsto para meados de 6.

Fonte: Virgin Galactic

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

Ainda assim, prevê-se que a Virgin Galactic tenha dinheiro suficiente para operar até 2025 ou 2026. Portanto, se o desenvolvimento do sistema de voo Delta correr bem (uma proposta arriscada na indústria aeroespacial), a empresa deverá ser capaz de se concentrar em reiniciar e aumentar o caixa. fluxo, com um sistema que é rentável por unidade. E fazer com que a empresa torne o fluxo de caixa positivo em 2026.

Fonte: Virgin Galactic

(Deve-se notar que a Virgin Galactic é diferente da Virgin Orbit. A Virgin Orbit entrou com pedido de falência em abril de 2023 e forneceu serviços de lançamento para pequenos satélites, com Rocket Lab adquire as instalações, a fabricação e os ativos de ferramentas da empresa em Long Beach).

A recente falência da Virgin Orbit e o distanciamento do fundador Richard Branson da Virgin Galactic prejudicaram a imagem da empresa com os investidores, resultando em uma queda acentuada no preço das ações em 2023 e 2024.

Cuidado com o estoque em si é altamente recomendado.

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

Contanto que possa voar no ônibus da classe Delta em breve. Até aqui, a fábrica para construir a Delta está concluída e a construção deve começar no primeiro trimestre de 1.

Muito dependerá do sucesso do desenvolvimento, fabricação e operação do ônibus espacial Delta e de sua obtenção antes do final de 2025.

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