Космическая инфраструктура – ​​строительство лестниц в небеса

Новая космическая эра

С изобретением надежных многоразовых ракет компанией SpaceX Илона Маска началась новая космическая гонка. Это связано с тем, что это сократило затраты на выход на орбиту почти в 10 раз, а от массивного звездолета ожидается еще большее сокращение затрат.

Источник: Арк Инвест

Это привело к нынешней ситуации, когда в 2023 году подавляющее большинство того, что было отправлено на орбиту, как по массе, так и по количеству спутников, было запущено компанией SpaceX.

В конечном итоге Starship сможет отправлять на низкую околоземную орбиту (НОО) от 50 до 200 тонн груза за один запуск, в зависимости от оценок. Это станет важным шагом вперёд, который, вероятно, позволит достичь новых высот в истории человечества, включая:

• Постоянные базы на Луне.
• Первая человеческая экспедиция на Марс.

Если вы хотите узнать больше о том, как будет выглядеть мир там, где это уже произошло, и как можно создать самоподдерживающуюся космическую экономику, вы можете прочитать больше в наших статьях».Будущая космическая экономика(Основной ключ) и Будущая марсианская экономика».

Starlink и подобные спутниковые группировки представляют собой массивную космическую инфраструктуру, которая уже строится. Они делают возможным доступ к высокоскоростному Интернету повсюду на Земле и, как ожидается, станут основным источником денежных потоков для таких компаний, как SpaceX, у которой уже есть миллионы платных подписчиков.

Источник: Арк Инвест

Тем не менее, запуски в космос с помощью ракет в конечном итоге ограничены физическими законами, лежащими в основе технологии. Одним из ключевых факторов является то, что для взлёта ракетам необходимо выбросить невероятно большое количество топлива. Например, Falcon Heavy от SpaceX весит 22.2 тонны, а масса заправленного топлива — 433 тонны. Это означает, что в конечном итоге большая часть топлива тратится только на то, чтобы поднять ещё больше топлива.

Чтобы выйти за планку в $100/кг стоимости запуска, потребуются совершенно иные методы, чем ракета.

Если затраты на выход из-под земной гравитации снизятся, в космосе можно будет построить много вещей.

Великие достижения требуют инфраструктуры

Полагаться исключительно на ракеты для достижения космоса — это то же самое, как если бы мы осуществляли все перевозки и торговлю на Земле, используя только самолеты и вертолеты. Хотя технически это не невозможно, но это было бы абсурдно дорого, если бы строительство инфраструктуры, такой как гавани, дороги и железные дороги, позволило бы нам использовать гораздо более дешевые альтернативы.

Когда дело касается космоса, это может стать проблемой курицы и яйца. Пока что крупномасштабную инфраструктуру строить не стоило, поскольку наши потребности в запуске сводились к отправке на орбиту лишь нескольких десятков спутников и дюжины астронавтов.

Когда станут доступны более совершенные системы запуска, мы, вероятно, увидим в ближайшие два десятилетия массовое расширение человеческой деятельности в космосе. Некоторые из них будут очень прибыльными или очень хорошо финансируемыми, в том числе:

• Научные мегапроекты, такие как building радиотелескоп на обратной стороне Луны.
• Лунные базы западных стран, Китая и России.
• Космический туризм: суборбитальный полет, орбитальные космические станции или Луна.

Это создаст достаточно огромный рынок, на котором станет выгодно инвестировать десятки или сотни миллиардов только для того, чтобы отобрать долю рынка у таких ракетных компаний, как SpaceX.

Массовые драйверы

Одна из таких инфраструктур, называемая драйвером массы, обещает резко сократить затраты на запуск. Скорее всего, это уже осуществимо с помощью имеющихся в настоящее время технологий. Ключевая идея массового двигателя заключается в том, что шаттл можно отправить на орбиту, разогнав его на земле настолько, что ему не понадобится бортовое топливо.

Ученые и инженеры рассматривали возможность создания поезда на магнитной подвеске, аналогичного концепции Hyperloop, работающего в вакууме. Таким образом, ни трение о рельсу, ни о частицах воздуха не замедляло бы и не нагревало бы ракету-носитель.

Источник: Асепедия

Китай уже рассматривает возможность разработки такой технологии, так что это может быть ближе, чем мы ожидаем.

В случае успеха это может снизить еще в 10 раз цену орбитального запуска, уже значительно сниженную SpaceX, при этом, по оценкам, затраты составят 60 долларов за кг.

Кстати, этот тип системы может быть впервые использован с моделями меньшего размера для приведения самолетов в движение со скоростью, на которой могут работать гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели, что позволяет совершать очень быстрые гиперзвуковые полеты..

Настоящий мегапроект

Конечно, орбитальный массовый двигатель должен будет достигать экстремальной скорости и быть абсолютно массивным и мощным, чтобы нести и ускорять сотни или тысячи тонн полезной нагрузки, чтобы конкурировать с космическим кораблем.

Трасса запуска также должна будет иметь длину в сотни, если не тысячи километров, причем наиболее перспективным кандидатом станет Тибетское нагорье.

Тем не менее, массовые движущие силы по-прежнему относятся к наименее амбициозным предлагаемым космическим инфраструктурам, поскольку в основном они ограничены только имеющимся финансированием и умением проектировать их с использованием известных технологий.

Космический лифт

Другой известный способ переносить вещи вверх и вниз с наименьшими затратами энергии — использовать противовес, как в лифтах. Таким образом, единственная затрачиваемая энергия — это подъем полезного груза, и нет необходимости развивать чрезвычайную скорость.

В этом и заключается идея космического лифта, в котором трос длиной в десятки тысяч километров используется для перемещения вверх и вниз массы с Земли. Теоретически такая система могла бы сделать выход на орбиту даже дешевле, чем сейчас стоит полет на самолете.

Источник: МЭК

Ключевым ограничением здесь является не рыночный спрос или доступный капитал (хотя и они тоже будут учитываться), а технологии. Для такого чрезвычайно длинного кабеля потребуется сверхлегкий материал с прочностью на разрыв, намного превышающей прочность обычных материалов, таких как сталь или титан.

Ситуация может измениться, поскольку суперматериалы, такие как графен, по-видимому, могут соответствовать техническим требованиям, тип 2D-материала, который мы подробно обсуждали в нашей статье».2D-материалы, такие как графен, открывают новые горизонты в науках о материалах».

Однако для этого потребуется массовое производство высококачественных кристаллов графена, чего до сих пор никогда не было достигнуто. При нынешней цене графена это было бы абсурдно дорого.

Тем не менее, это была бы идеальная инфраструктура для устойчивого присутствия человека в космосе, орбитальной промышленности и межпланетной торговли с производительностью 30,000 XNUMX тонн в год на геостационарную орбиту, что эквивалентно десяткам запусков звездолетов каждый день.

Вы можете увидеть больше об этой концепции в этом часовом видео от Международный консорциум космических лифтов:

Орбитальная Мегаструктура

Если нам когда-нибудь удастся построить космический лифт или организовать крупномасштабные производственные мощности на Луне, используя материалы астероидов, мы сможем представить себе еще более грандиозный тип инфраструктуры.

Например, орбитальное кольцо — это идея построить структуру, охватывающую всю Землю.

Источник: Исаак Артур

Такая система удерживалась бы на орбите благодаря центробежной силе, компенсирующей земное притяжение. Она могла бы обеспечить обитаемые пространства в космосе, станции технического обслуживания, стартовые площадки для дальних космических миссий, опорные пункты для выработки электроэнергии (солнечные панели) и даже потенциальное смягчение последствий изменения климата с помощью солнцезащитных экранов.

Однако такая концепция настолько амбициозна с технологической и инфраструктурной точки зрения, что, скорее всего, она никогда не будет реализована до тех пор, пока сначала не будут построены хотя бы массовые двигатели и космический лифт.

Горнодобывающие станции и процессоры

Идея добычи сырья на астероидах и переработки руды в космосе гораздо более доступна и реалистична.

Многие астероиды очень богаты металлами; фактически, пояс астероидов в нашей Солнечной системе содержит около 8% астероидов, богатых металлами (М-типа).. Учитывая, что весь пояс астероидов весит 2.4 квинтиллиона тонн, это очень много металла.

Источник: ESA – Две области, где находится большинство астероидов в Солнечной системе: пояс астероидов между Марсом и Юпитером и трояны, две группы астероидов, движущиеся впереди и после Юпитера на его орбите вокруг Солнца.

На Земле в поисках золота или платины мы копаем на глубину 2–4 км. Но всего один астероид, 16 Психея, возможно, представляет собой кусок металла длиной 200 км, ожидающий добычи по цене (в текущих ценах) 10-700 долларов. нониллион.

Итак, есть 2 типа космической добычи, которые могут быть весьма прибыльными:

• Редкие материалы, такие как золото и платина, должны быть отправлены обратно на Землю.
• Базовые материалы, которые можно использовать на орбите для строительства космических кораблей, космических отелей и т. д. без необходимости платить непомерные затраты на подъем этих материалов с Земли.

Скорее всего, предприятие по добыче полезных ископаемых на астероидах будет зарабатывать деньги и на том, и на другом, захватывая и приближая к Земле астероиды с ценными минералами. А использовать хвосты добычи, изготовленные из углеродистого железа, никеля и т. д., для строительства космических станций, лунных баз, ракет и т. д.

Еще одним преимуществом является то, что после запуска горнодобывающего оборудования в космос оно может добывать астероиды в невесомости. Это может сделать добычу полезных ископаемых в космосе легче чем на Земле, где перемещение тысяч тонн горных пород является энергозатратным и рискованным занятием.

солнечные коллекторы

Еще одна предлагаемая космическая отрасль, которая могла бы стать движущей силой космической экономики, — это солнечная энергетика. На правой орбите Солнце светит круглосуточно и без выходных, причем с гораздо большей интенсивностью из-за отсутствия атмосферы, поглощающей свет.

Такие системы могут стать как поводом для создания космической инфраструктуры (снижение стоимости энергетических спутников), так и средством дальнейшего прогресса (например, обеспечение энергией нефтеперерабатывающих станций, добывающих астероиды).

Источник: Космос Солнечная

(Подробнее эту идею мы рассмотрим в нашей статье «Космические энергетические решения для бесконечной чистой энергии»).

Лазерные парусные гребные винты

Чтобы покинуть Землю, нужны либо ракеты, либо развитая инфраструктура. Но для перемещения в космосе, если вы находитесь далеко от гравитационного колодца, требуется совсем немного энергии. Настолько мало, что для этого достаточно одного лишь света.

Это физика, лежащая в основе концепции солнечного паруса. Это не умозрительная научно-фантастическая концепция, а реальная технология уже тестируется НАСА.

Такой парус мог бы приводиться в движение не только солнечными лучами, но и лазером. Таким образом, потенциально, вместо сжигания топлива, мы могли бы увидеть, как межпланетные путешествия будут осуществляться с помощью лазеров с орбиты или на Луне, которые сами будут питаться от местных спутников солнечной энергии.

Внеземные базы и колонии

Обсуждая инфраструктуру, большинство из них сосредоточится на «ярких» технологически сложных проектах, таких как космические лифты.

Однако в космосе потребуется множество другой инфраструктуры, особенно если мы будем строить постоянные поселения: от баз с жильем для ученых и туристов до процветающих городов на Марсе.

Сюда входят куполообразные фермы, крытые гидропонные и аквапонные производства продуктов питания, телекоммуникации, стартовые площадки, станции производства топлива и заправки и т. д., а также обыденные, но одинаково важные электростанции, линии электропередач, больницы, дороги, водопроводы и т. д.

Олдрин Конвейер/Циклер

Базы или колонии на Луне будет «легко» снабжать прямо с Земли. Привоз и выезд персонала или туристов будет осуществляться в рамках короткой поездки, которая займет максимум несколько дней.

Однако поездка в более отдаленные места, такие как Марс, потребует поездки, которая, вероятно, займет в лучшем случае почти год или недели. Это не проблема для сырья и оборудования, поскольку это лишь немного усложняет логистику.

Это гораздо более проблематично для пассажиров. Пространство за пределами магнитосферы Земли подвергается сильной радиации. А в случае труднопрогнозируемой солнечной бури пассажиры на пути к Марсу могут подвергнуться еще большему воздействию радиации. Итак, от первых смелых искателей приключений до первого шага на Марсе для обычного пассажирского путешествия потребуется очень тяжелый и экранированный корабль.

И, возможно, с некоторым производством продуктов питания на борту и мощной переработкой воды, чтобы ограничить количество грузов, которые необходимо транспортировать. (более подробно тему снабжения продовольствием в космосе мы рассматривали в нашей статье «Космическая еда – как мы будем кормить следующую волну первопроходцев человечества?»).

Это можно сделать в классической ракете. Но это будет пустая трата топлива, ведь придется каждый раз ускорять и замедлять весь щит, жизнеобеспечение и запасы продовольствия.

Вместо этого, Цикл Олдрина (предложенный Баззом Олдрином, вторым человеком на Луне), или Марс Циклер может находиться на постоянной орбите, поэтому регулярно приближается к Земле и Марсу.

Источник: Итан Макдональд

Таким образом, вы могли бы построить постоянную космическую станцию ​​для транзита людей на Марс и обратно. Там будет мощная радиационная защита и производство продуктов питания, а также более удобные и просторные помещения и спортивные сооружения, чтобы люди могли поддерживать форму, несмотря на отсутствие гравитации.

Источник: Базз Олдрин

Цилиндр О'Нила и колонии астероидов

Говоря о космических средах обитания, рассматривались и более амбициозные концепции, чем пит-стоп/отель на пути к Марсу, такие как Aldrin Cycler. Это план, который преследует Джефф Безос, согласно которому «триллион человек будет жить на гигантских космических станциях, также известных как цилиндры О'Нила».

Это гигантские цилиндры, вращение которых создаст внутри искусственную гравитацию, достаточно большие, чтобы в них могли проживать сотни тысяч или миллионы жителей.

Источник: Синее происхождение

Их можно было бы использовать либо для создания идеальных условий жизни, либо для выведения из экосистем Земли тяжелых и загрязняющих окружающую среду производств.

Такая инфраструктура обеспечит практически неограниченное жизненное пространство для бесчисленного количества людей по всей Солнечной системе. Его даже можно использовать для колонизации других звезд, поскольку они, по сути, являются самоподдерживающимися микропланетами.

Однако такая инфраструктура, вероятно, появится даже позже на временной шкале космической колонизации, чем орбитальные кольца, поскольку для нее потребуются ежегодные космические производственные мощности в триллионы тонн, а также транзит туда и обратно на Землю практически без затрат.

Сфера Дайсона

На самом конце спектра спекулятивной космической инфраструктуры находится Сфера Дайсона или рой Дайсона.

Идея, впервые предложенная Фрименом Дайсоном, заключается в использовании всех имеющихся камней и металлов в Солнечной системе и строительстве множества космических сред обитания, еще больших, чем цилиндры О'Нила, потенциально с такой же площадью поверхности, как Земля, каждая, чтобы улавливать как можно больше энергии, вырабатываемой Солнцем.

Источник: Википедия.

Это также считается своего рода «эндшпилем» для любой космической цивилизации. Трудно представить себе более высокотехнологичное дело, чем буквальное уничтожение планет для оптимизации использования их материи и энергии Солнца.

Это была «техносигнатура», которую астрономы интенсивно исследовали в поисках признаков потенциальных внеземных технологических цивилизаций.

Это, конечно, очень спорная тема, но кажется уже 60 звезд могут соответствовать этому профилю. Это до сих пор активно обсуждается среди астрономов, поскольку вполне возможно, что они просто нашли новый тип звезды. Тем не менее, это интригует людей, интересующихся исследованием космоса, и откроет совершенно новую перспективу того, как далеко могло бы зайти человечество, если бы достигло звезд.

Вы также можете найти намного больше красивых концепт-артов и миниатюр, касающихся колонизации космоса и инфраструктуры, которую мы обсуждали здесь, в Spacehabs..

Инвестирование в космическую инфраструктуру

Космическая отрасль – это давно устоявшаяся отрасль, переживающая возрождение и бурный рост благодаря многоразовым ракетам. О том, как это создаст целые возможности, мы обсудили в нашей статье «Многоразовые ракеты создадут множество новых рынков за счет резкого снижения затрат».

Текущий космический рынок составляет 443 миллиарда долларов. Даже если игнорировать более спекулятивные (но потенциально очень прибыльные) идеи, такие как добыча полезных ископаемых на астероидах, космический туризм и гиперзвуковые полеты, это может принести еще 350 миллиардов долларов дохода, к которым можно добавить еще прогноз спутникового Интернета стоимостью 17 миллиардов долларов, а также военное применение и субсидируемые лунные базы, научные проекты и т.д.

Вы можете инвестировать в космические компании через многих брокеров, и на этом сайте вы можете найти наши рекомендации для лучших брокеров в мире. США, Канада, Австралия, Великобритании, как и многие другие страны.

Если вы не заинтересованы в выборе конкретных компаний, связанных с космосом, вы также можете рассмотреть такие ETF, как ETF космических исследований и инноваций ARK (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) извлечь выгоду из роста космического сектора в целом.

Компании космической инфраструктуры

1. Ракетная лаборатория

Rocket Lab — один из самых серьезных конкурентов на рынке многоразовых ракет. Первоначально компания сосредоточилась на небольших ракетах с системой запуска «Электрон» (320 кг полезной нагрузки), которая постепенно превращается в частично многоразовая ракета. На данный момент Electron развернула 177 спутников в 44 запусках.

Позже Rocket Lab рассматривает возможность создания многоразовой ракеты среднего размера Neutron, сравнимой с Flacon 9 (8,000 кг на НОО в полностью многоразовом режиме, 1,500 кг на Марс или Венеру). «Нейтрон» будет оснащен ракетным двигателем, работающим на метане (например, Starship), что, похоже, станет тенденцией для ракет следующего поколения.

Компания примечательна своим полностью вертикально интегрированным процессом производства спутников, что позволяет оптимизировать затраты и скорость проектирования. В результате было заключено множество контрактов с НАСА и правительством США, в том числе контракт на военный спутник на сумму 515 миллионов долларов. и гражданский контракт на 143 миллиона долларов для Globalstar.

Rocket Lab также является крупным производителем солнечные панели для спутников после приобретения SolAero Technologies в 2022 году, с более чем 1000 спутниками, питаемыми этими панелями, и в общей сложности произведенными солнечными элементами мощностью 4 МВт.

Источник: Rocket Lab

На данный момент ее система запуска зависит от внешних поставщиков, но серия стратегических приобретений должна изменить это, воспроизведя в системе запуска вертикальную интеграцию, уже достигнутую при проектировании и производстве спутников.

Компания также рассматривает возможность создания телекоммуникационной группировки LEO для получения регулярных доходов. Он также вносит свой вклад в исследования космическое производство с Varda Space Industries и осмотр орбитального мусора.

В то время как SpaceX использовала бизнес-таланты Илона Маска для разработки своей технологии с нуля, Rocket Lab использовала сочетание НИОКР и приобретений для вертикальной интеграции необходимой технологии. Этот подход оказался весьма успешным в производстве спутников, и теперь компания стремится применить эту стратегию для многоразовых ракет.

Учитывая существующий денежный поток от производства спутников и успехи Electron, Rocket Lab является хорошим кандидатом на то, чтобы догнать SpaceX, по крайней мере, до тех пор, пока через несколько десятилетий не будут созданы массовые двигатели и другая инфраструктура.

2. Virgin Galactic

Компания была основана Ричардом Брэнсоном и занимается космическим туризмом.

Билеты стоят в диапазоне от 250,000 450,000 до XNUMX XNUMX долларов, с длинной очередью ожидания.. Первые клиенты, похоже, в восторге от своих впечатлений:

«Я всегда знала, что это будет самый необыкновенный опыт в моей жизни. Я всегда это знала. И люди вроде как говорили мне, что так и будет. Но когда это происходит… и это совсем не похоже на то, что ты ожидал… тогда это очень сложно объяснить».

«Это был лучший день в моей жизни, самый сенсационный день в моей жизни. И вы не можете стать лучше этого. Это превзошло мои самые смелые мечты».

Virgin Galactic работает над улучшением экономики своего подразделения с помощью новой системы запуска «Дельта», способной перевозить 6 пассажиров вместо 4 и выполнять 8 рейсов в месяц вместо одного.

Вместе эти два улучшенных показателя должны увеличить доход на единицу продукции в 2 раз, при этом срок окупаемости каждого шаттла Delta составит менее 12 месяцев. Летные испытания Delta ожидаются в середине 6 года.

Источник: Virgin Galactic

Области применения: были обеспокоены, когда было объявлено, что Брэнсон не будет продолжать инвестировать в Virgin Galactic.. Особенно после увольнения 185 сотрудников и приостановки космических полетов в 2024 году, чтобы дождаться прибытия шаттла «Дельта» и снизить скорость сжигания денег.

Тем не менее, по прогнозам, у Virgin Galactic будет достаточно денег для работы до 2025 или 2026 года. Поэтому, если разработка полетной системы Delta пройдет гладко (рискованное предложение в аэрокосмической отрасли), компания сможет сосредоточиться на перезапуске и увеличении денежных средств. потока, с системой, которая прибыльна в расчете на единицу продукции. И довести денежный поток компании до положительного уровня в 2026 году.

Источник: Virgin Galactic

(Следует отметить, что Virgin Galactic отличается от Virgin Orbit. Virgin Orbit объявила о банкротстве в апреле 2023 года и предоставляла услуги по запуску малых спутников с Rocket Lab приобретает производственные мощности компании в Лонг-Бич, а также ее производственные и инструментальные активы.).

Недавнее банкротство Virgin Orbit и дистанцирование ее основателя Ричарда Брэнсона от Virgin Galactic нанесли ущерб имиджу компании в глазах инвесторов, что привело к резкому падению стоимости ее акций в 2023 и 2024 годах.

Настоятельно рекомендуется проявлять осторожность в отношении самой акции.

В то же время удовлетворенность предыдущих клиентов, четкий план прибыльной конструкции (шаттлы Delta) и длинный список ожидающих потенциальных клиентов показывают, что компания может быть жизнеспособной даже без привлечения дополнительных средств.

При условии, что он сможет достаточно скоро запустить шаттл класса «Дельта». До сих пор, Завод по производству Delta завершен, строительство должно начаться в первом квартале 1 года..

Многое будет зависеть от успеха разработки, производства и эксплуатации шаттла «Дельта» и достижения этой цели до конца 2025 года.

Если это так, то гораздо более низкая оценка предоставит инвесторам возможность приобрести акции компании со скидкой.