Rymdinfrastruktur – Bygga trappor till himlen

En ny rymdålder

Med uppfinningen av pålitliga återanvändbara raketer av Elon Musks SpaceX har en ny rymdkapplöpning startat. Detta beror på att det har sänkt kostnaderna för att nå omloppsbana med nästan 10x, med ännu mer kostnadsbesparingar som förväntas från det massiva Starship.

Källa: Ark Investering

Detta ledde till den nuvarande situationen, där den överväldigande majoriteten av det som skickades i omloppsbana, både med mass- och satellitnummer, 2023 lanserades av SpaceX.

Starship kommer slutligen att kunna skicka mellan 50 och 200 ton material i låg omloppsbana runt jorden varje uppskjutning, beroende på uppskattningar. Detta kommer att vara ett stort steg framåt, vilket förmodligen möjliggör nya milstolpar i mänsklighetens historia, inklusive:

• Permanenta baser på månen.
• Första mänskliga expeditionen till Mars.

Om du vill lära dig mer om hur en värld skulle se ut där dessa redan har ägt rum, och hur det skulle kunna skapa en självförsörjande rymdbaserad ekonomi, kan du läsa mer i våra artiklar "Framtidens rymdbaserade ekonomi"Och"Den framtida Mars-ekonomin".

Starlink och liknande satellitkonstellationer är enorma rymdbaserade infrastrukturer som redan är under uppbyggnad. De möjliggör tillgång till höghastighetsinternet överallt på jorden och förväntas bli den stora kassaflödeskällan för företag som SpaceX, som redan har miljontals betalande abonnenter.

Källa: Ark Investering

Ändå begränsas raketbaserade uppskjutningar ut i rymden i slutändan av den fysik som tekniken bygger på. En viktig del är att raketer behöver avge en löjligt stor mängd bränsle för att lyfta. Till exempel är SpaceX Falcon Heavy en raket på 22.2 ton, med en bränslemassa på 433 ton. Det betyder att i slutändan går det mesta av bränslet åt bara för att lyfta mer bränsle.

För att gå under ribban på 100 $/kg uppskjutningskostnader kommer det att krävas några helt andra metoder än raketen.

Om kostnaderna för att lämna jordens gravitation minskar tillräckligt mycket kan många saker byggas i rymden.

Stora prestationer kräver infrastruktur

Att enbart förlita sig på raketer för att nå rymden liknar om vi gjorde all transport och handel på jorden med enbart flygplan och helikoptrar. Även om det inte är tekniskt omöjligt, skulle det vara absurt dyrt när vi bygger infrastruktur som hamnar, vägar och järnvägar som gör att vi kan använda mycket billigare alternativ.

Det kan vara lite av ett kyckling-och-ägg-problem när det kommer till rymden. Hittills var storskalig infrastruktur inte värd att bygga, eftersom våra uppskjutningsbehov bara skickade några tiotals satelliter och ett dussin astronauter i omloppsbana.

Med bättre uppskjutningssystem som blir tillgängliga kommer vi sannolikt att se en massiv expansion av mänsklig aktivitet i rymden under de kommande två decennierna. Några av dessa kommer att vara mycket lönsamma eller mycket välfinansierade, inklusive:

• Science megaprojekt, som byggnad ett radioteleskop på bortre sidan av månen.
• Månbaser från västländer och Kina & Ryssland.
• Rymdturism, antingen suborbital flygning, orbitala rymdstationer eller på månen.

Detta kommer att skapa en tillräckligt stor marknad för att det kommer att bli lönsamt att investera tiotals eller hundratals miljarder bara för att ta marknadsandelar från raketföretag som SpaceX.

Massförare

En sådan infrastruktur, som kallas massförare, lovar att drastiskt minska lanseringskostnaderna. Det är med största sannolikhet redan genomförbart med för närvarande tillgänglig teknik. Den viktigaste idén med en massförare är att en skyttel kan skickas i omloppsbana genom att accelerera den tillräckligt mycket på marken för att den inte skulle behöva ett drivmedel ombord.

Sättet som forskare och ingenjörer har tittat på hur man gör det skulle vara att skapa ett maglevtåg som liknar Hyperloop-konceptet, som fungerar i ett vakuum. På så sätt skulle varken friktion med skenan eller med luftpartiklar sakta ner och värma upp bärraketen.

Källa: Acepedia

Kina tittar redan på att utveckla sådan teknik, så det kan vara närmare än vi förväntar oss.

Om den lyckas kan den sänka med ytterligare 10 gånger det orbitala lanseringspriset som redan sänkts mycket av SpaceX, med uppskattningar till kostnaderna på $60/kg.

En sidoanteckning kan den här typen av system först användas med mindre modeller för att driva flygplan i en hastighet där hypersoniska scramjetmotorer kan arbeta, vilket möjliggör mycket snabba hypersoniska flygningar.

Ett riktigt megaprojekt

Naturligtvis skulle en orbital massförare krävas för att nå extrem hastighet och vara absolut massiv och kraftfull för att bära och accelerera hundratals eller tusentals ton nyttolast för att konkurrera med Spaceship.

Lanseringsbanan kommer också att behöva vara hundratals, om inte tusentals kilometer lång, och det mest lovande kandidatområdet är den tibetanska platån.

Massförare är dock fortfarande bland de minst ambitiösa föreslagna rymdinfrastrukturerna, eftersom den för det mesta bara begränsas av tillgänglig finansiering och skickligheten att konstruera den med känd teknik.

Rymdhiss

Ett annat känt sätt att bära saker upp och ner till lägsta möjliga energikostnad är att använda en motvikt, som i hissar. På så sätt är den enda energin som går åt att lyfta nyttolastens vikt, och det finns inget behov av extrem hastighet.

Detta är idén bakom en rymdhiss, där tiotusentals kilometer långa tjuder används för att transportera massa upp och ner från jorden. I teorin kan ett sådant system göra det ännu billigare att nå omloppsbanan än vad det för närvarande kostar att ta ett plan.

Källa: ISEC

Den viktigaste begränsningen här är inte marknadens efterfrågan eller tillgängligt kapital (även om de kommer att räknas också) utan teknik. En sådan extremt lång kabel skulle kräva ultralätt material med draghållfasthet mycket över vanliga material som stål eller titan.

Detta kan komma att förändras, med supermaterial som grafen som verkar kunna passa de tekniska kraven, en typ av 2D-material som vi diskuterade i detalj i vår artikel "2D-material, som grafen, öppnar nya gränser inom materialvetenskap".

Detta skulle dock kräva massproduktion av högkvalitativ grafenkristall, något som hittills aldrig har uppnåtts. Med nuvarande pris på grafen skulle det vara absurt dyrt.

Det skulle dock vara den idealiska infrastrukturen för uthållig mänsklig närvaro i rymden, orbitalindustrier och interplanetär handel, med en kapacitet på 30,000 XNUMX ton per år till geosynkron bana, eller motsvarande tiotals uppskjutningar av Starship varje dag.

Du kan se mer om detta koncept i denna 1-timmes video från International Space Hiss Consortium:

Orbital Megastruktur

Om vi ​​någonsin lyckas bygga en rymdhiss eller sätta upp storskaliga tillverkningsanläggningar på månen med material från asteroider, skulle vi kunna föreställa oss en ännu större typ av infrastruktur.

Till exempel är en orbital ring idén att bygga en struktur som går runt hela jorden.

Källa: Isaac Arthur

Ett sådant system skulle hålla sig i omloppsbana tack vare centrifugalkraften som kompenserar för jordens gravitation. Det skulle tillhandahålla livsmiljöer i rymden, underhållsstationer, uppskjutningsplatser för rymduppdrag, ankarpunkter för kraftproduktion (solpaneler) och till och med potentiellt klimatskydd med solskydd.

Ett sådant koncept är dock så ambitiöst ur teknisk och infrastruktursynpunkt att det sannolikt aldrig kommer att uppnås förrän åtminstone massförare och en rymdhiss byggs först.

Gruvstationer och processorer

Idén att bryta asteroider för råvaror och bearbeta malmen i rymden är mycket mer tillgänglig och realistisk.

Många asteroider är mycket metallrika; faktiskt, asteroidbältet i vårt solsystem innehåller ~8% metallrika (M-typ) asteroider. Med hela asteroidbältet som väger 2.4 kvintiljoner ton är det mycket metall.

Källa: ESA – De två områden där de flesta av asteroiderna i solsystemet finns: asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, och trojanerna, två grupper av asteroider som rör sig före och efter Jupiter i dess omloppsbana runt solen.

På jorden gräver vi så djupt som 2-4 km efter guld eller platina. Men bara en asteroid, 16 Psyche, kan vara en 200 km lång bit av metall som väntar på att brytas till ett värde (till nuvarande priser) på $10-700 kvintiljon.

Så det finns två typer av rymdbrytning som kan vara mycket lönsamma:

• Sällsynta material som guld och platina ska skickas tillbaka ner till jorden.
• Basmaterial som kan användas i omloppsbana för att bygga rymdskepp, rymdhotell etc., utan att behöva betala den orimliga kostnaden för att lyfta dessa material från jorden.

Troligtvis kommer en asteroidgruvsatsning att tjäna pengar på båda, fånga och föra nära jorden asteroider med högvärdiga mineraler. Och att använda gruvavfallet, gjord av koljärn, nickel, etc. för att bygga rymdstationer, månbaser, raketer, etc.

En annan fördel är att när gruvutrustning väl har placerats i rymden kan den bryta asteroiderna i en viktlös miljö. Detta kan göra gruvdrift i rymden lättare än på jorden, där att flytta tusentals ton stenar är en energikrävande och riskfylld aktivitet.

solfångare

En annan föreslagen rymdindustri som kan bli drivkraften för en rymdbaserad ekonomi är solenergi. I rätt omloppsbana lyser solen dygnet runt och med en mycket högre intensitet på grund av att det saknas en atmosfär för att absorbera ljuset.

Sådana system kan vara både en anledning att bygga rymdinfrastruktur (att minska kostnaderna för kraftsatelliterna) och möjliggöra ytterligare framsteg (som att driva raffineringsstationer som bryter asteroider).

Källa: Space Solar

(Vi utforskar denna idé mer i detalj i vår artikel "Rymdbaserade energilösningar för oändlig ren energi").

Lasersegelpropellrar

För att ta sig av jorden krävs antingen raketer eller avancerad infrastruktur. Men för att röra sig i rymden behövs faktiskt bara lite energi när man är långt ifrån en gravitationsbrunn. Så lite, faktiskt, att bara ljus kan ge tillräckligt med kraft för att göra det.

Detta är fysiken bakom konceptet med ett solsegel. Detta är inte ett spekulativt science fiction-koncept, men en riktig teknik som redan testas av NASA.

Ett sådant segel skulle kunna drivas fram av solens strålar men också kunna drivas med laser. Så potentiellt, istället för att bränna bränsle, kunde vi se interplanetära resor drivas av lasrar från omloppsbana eller på månen, själva drivna av lokala solenergisatelliter.

Baser och kolonier utanför världen

Medan de diskuterar infrastruktur kommer de flesta att fokusera på de "flaskiga" tekniskt utmanande projekten, som rymdhissar.

Det kommer dock att finnas massor av annan infrastruktur som krävs i rymden, särskilt om vi bygger permanenta bosättningar, från baser med boende för forskare och turister till blomstrande städer på Mars.

Detta inkluderar kupolformade gårdar, inomhusproduktion av hydroponisk och akvaponisk livsmedelsproduktion, telekommunikation, startramper, bränsleproduktion och tankstationer, etc., såväl som vardagliga men lika viktiga kraftverk, kraftledningar, sjukhus, vägar, vattenledningar etc.

Aldrin Transportör / Cycler

Baser eller kolonier på månen kommer att vara "enkla" att leverera direkt från jorden. Att ta in och ut personal eller turister kommer att göras på en kort resa, som max tar några dagar.

Men att åka till mer avlägsna destinationer som Mars kommer att kräva en resa som sannolikt kommer att ta nästan ett år eller veckor i bästa fall. Detta är inte en fråga för råvaror och utrustning, där detta bara komplicerar lite logistik.

Detta är mycket mer problematiskt för passagerare. Rymden bortom jordens magnetosfär utsätts för kraftig strålning. Och i händelse av en svårförutsägbar solstorm kan passagerare på väg till Mars utsättas för ännu mer strålning. Så, förbi de första vågade äventyrarna till det första steget på Mars, kommer regelbundna passagerarresor att kräva ett mycket tungt och avskärmat fartyg.

Och kanske med lite matproduktion ombord och stark vattenåtervinning för att begränsa mängden förnödenheter som behöver transporteras (vi diskuterade mer i detalj ämnet matförsörjning i rymden i vår artikel "Rymdmat – hur kommer vi att mata mänsklighetens nästa våg av pionjärer?").

Detta kan göras i en klassisk raket. Men detta kommer att vara ett slöseri med bränsle, att behöva accelerera och bromsa hela skölden, livsuppehållande och matförsörjning varje gång.

Istället, Aldrin Cycler (föreslagen av Buzz Aldrin, den andra mannen på månen), eller Mars Cycler kan vara permanent i omloppsbana så den kommer regelbundet i närheten av både Jorden och Mars.

Källa: Ethan MacDonald

På så sätt kan du bygga en permanent rymdstation för människor att transitera till och från Mars. Det skulle ha kraftig strålskärmning och livsmedelsproduktion, samt bekvämare och rymligare rum och idrottsanläggningar för att hålla människor i form trots frånvaron av gravitation.

Källa: Buzz Aldrin

O'Neil Cylinder & Asteroid Colonies

På tal om rymdhabitat har mer ambitiösa koncept än pit-stop/hotell på väg till Mars, som Aldrin Cycler, övervägts. Detta är planen som Jeff Bezos följer, med "en biljon människor som bor i gigantiska rymdstationer även kända som O'Neil-cylindrar."

Dessa är gigantiska cylindrar vars rotation skulle skapa en artificiell gravitation inuti, stor nog att ha hundratusentals eller miljoner invånare.

Källa: Blå Ursprung

De skulle antingen kunna användas för att erbjuda ideala levnadsförhållanden eller för att flytta tunga och förorenande industrier ut ur jordens ekosystem.

Sådan infrastruktur skulle ge i stort sett obegränsat livsutrymme för en oräknelig mängd människor i hela solsystemet. Det kan till och med användas för att kolonisera andra stjärnor, eftersom de i huvudsak är självförsörjande mikroplaneter.

Men sådan infrastruktur kommer förmodligen ännu senare i rymdkoloniseringens tidslinje än orbitalringar, eftersom det skulle kräva en årlig rymdtillverkningskapacitet på biljoner ton, samt transitering fram och tillbaka till jorden nästan utan kostnad.

Dyson Sphere

I slutet av spektrumet av spekulativ rymdinfrastruktur, Dyson-sfären eller Dyson-svärmen.

Idén, som först föreslogs av Freeman Dyson, går ut på att använda alla tillgängliga stenar och metaller i solsystemet och bygga en svärm av rymdhabitat ännu större än O'Neil-cylindrarna, potentiellt med lika stor yta som jorden vardera, för att fånga så mycket som möjligt av solens energiproduktion.

Källa: wikipedia

Detta anses också vara ett slags "slutspel" för alla rymdfärdiga civilisationer. Det är svårt att föreställa sig mer högteknologiskt än att bokstavligen demontera planeter för att optimera användningen av deras materia och solens energi.

Det har varit en "techno-signatur" intensivt undersökt av astronomer för att hitta tecken på potentiella utomjordiska tekniska civilisationer.

Detta är uppenbarligen ett mycket kontroversiellt ämne, men det verkar som att redan 60 stjärnor skulle kunna matcha den här profilen. Det diskuteras fortfarande starkt bland astronomer, eftersom det helt enkelt kan vara så att de hittat en ny typ av stjärna. Det är ändå spännande för människor som är intresserade av rymdutforskning och skulle öppna ett helt nytt perspektiv på hur långt mänskligheten skulle kunna gå om de sträckte sig mot stjärnorna.

Du kan också hitta mycket vackrare konceptkonst och miniatyr angående rymdkolonisering och infrastrukturen vi diskuterade här på Spacehabs.

Investera i rymdinfrastruktur

Rymd är en mycket etablerad industri som upplever en återfödelse och explosiv tillväxt på baksidan av återanvändbara raketer. Vi diskuterade hur detta kommer att skapa hela möjligheter i vår artikel "Återanvändbara raketer för att skapa flera nya marknader genom att drastiskt sänka kostnaderna".

Den nuvarande rymdmarknaden är 443 miljarder dollar. Även om man ignorerar mer spekulativa (men potentiellt mycket lukrativa) idéer som brytning av asteroider, rymdturism och hypersonisk flygning kan det ge ytterligare 350 miljarder dollar i intäkter, till vilket kan läggas en prognos för satellitbaserat internet värt 17 miljarder dollar, såväl som militära tillämpningar och subventionerade månbaser, vetenskapliga projekt, etc.

Du kan investera i rymdrelaterade företag genom många mäklare, och du kan på denna webbplats hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna inom USA, Kanada, Australien, Storbritannien, liksom många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika rymdrelaterade företag kan du också titta på ETF:er som ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) att dra nytta av tillväxten inom rymdsektorn som helhet.

Rymdinfrastrukturföretag

1. Rocket lab

Rocket Lab är en av de mest seriösa utmanarna på marknaden för återanvändbara raketer. Företaget har initialt fokuserat på små raketer, med Electron launch system (320 kg nyttolast), som successivt förvandlas till en delvis återanvändbar raket. Hittills har Electron distribuerat 177 satelliter i 44 uppskjutningar.

Senare tittar Rocket Lab på att skapa en medelstor återanvändbar raket, Neutronen, jämförbar med Flacon 9 (8,000 1,500 kg till LEO i fullt återanvändbart läge, XNUMX XNUMX kg till Mars eller Venus). Neutronen kommer att drivas av en metanbrännande raketmotor (som Starship), vilket verkar bli trenden för nästa generations raketer.

Företaget är anmärkningsvärt för sin helt vertikalt integrerade satellittillverkningsprocess, vilket gör att det kan optimera kostnader och designhastighet. Detta resulterade i flera kontrakt med NASA och den amerikanska regeringen, inklusive ett militärsatellitkontrakt på 515 miljoner dollar. och ett civilt kontrakt på 143 miljoner dollar för Globalstar.

Rocket Lab är också en stor tillverkare av solpaneler för satelliter efter 2022 års förvärv av SolAero Technologies, med 1000+ satelliter som drivs av dessa paneler, och 4MW solceller tillverkade totalt.

Källa: Rocket Lab

För närvarande är dess lanseringssystem beroende av externa leverantörer, men en rad strategiska förvärv borde ändra på det, genom att i uppskjutningssystemet replikera den vertikala integration som redan uppnåtts inom satellitdesign och tillverkning.

Företaget tittar också på möjligheten av en telekom LEO-konstellation för att generera återkommande intäkter. Det bidrar också till forskning för rymdtillverkning med Varda Space Industries och inspektion av orbital skräp.

Medan SpaceX hade Elon Musks affärsförmåga att utveckla sin teknik från grunden, använde Rocket Lab en blandning av forskning och utveckling samt förvärv för att vertikalt integrera den teknik som krävdes. Detta har visat sig vara mycket framgångsrikt inom satellittillverkning, och de vill nu kopiera denna strategi för återanvändbara raketer.

Med tanke på det befintliga kassaflödet från satellitproduktion och Electron-framgångarna är Rocket Lab en bra kandidat för att komma ikapp SpaceX, åtminstone tills massförare och annan infrastruktur byggs om några decennier.

2. Virgin Galactic

Företaget grundades av Richard Branson och är inriktat på rymdturism.

Biljetterna är i intervallet $250,000 450,000-XNUMX XNUMX, med en lång väntelista. De första kunderna verkar vara extatiska över sin upplevelse:

"Jag har alltid vetat att det skulle bli den mest extraordinära upplevelsen i mitt liv. Jag har alltid vetat det. Och folk har liksom sagt till mig att det skulle bli det. Men när det väl är så... och det är på en annan nivå än den upplevelse man trodde man skulle få... då är det väldigt svårt att förklara."

"Det här har varit den bästa dagen i mitt liv, den mest sensationella dagen i mitt liv. Och du kan inte bli bättre än så. Det överträffade mina vildaste drömmar.”

Virgin Galactic har arbetat med att förbättra sin enhetsekonomi, med ett nytt uppskjutningssystem, "Delta", som kan ta 6 passagerare istället för 4 och utföra 8 flygningar/per månad istället för bara en.

Tillsammans bör dessa två förbättrade mätvärden öka intäkterna per enhet med 2x, med en återbetalningstid på mindre än 12 månader för varje Delta-skyttel. Delta-flygtestet väntas i mitten av 6.

Källa: Virgin Galactic

Marknader var oroliga när det tillkännagavs att Branson inte skulle investera ytterligare i Virgin Galactic. Särskilt efter uppsägningarna av 185 anställda och en paus med rymdflygningar 2024, för att vänta på ankomsten av Delta-skytteln och minska hastigheten på kontantförbränning.

Fortfarande förutspås Virgin Galactic ha tillräckligt med kontanter för att köras fram till 2025 eller 2026. Så om utvecklingen av Delta-flygsystemet går smidigt (ett riskabelt förslag inom flygindustrin), bör företaget kunna fokusera på att starta om och växa pengar. flöde, med ett system som är lönsamt på enhetsbasis. Och få företaget att vända kassaflödet positivt 2026.

Källa: Virgin Galactic

(Det bör noteras att Virgin Galactic skiljer sig från Virgin Orbit. Virgin Orbit ansökte om konkurs i april 2023 och tillhandahöll uppskjutningstjänster för små satelliter, med Rocket Lab förvärvar företagets anläggning, tillverkning och verktygstillgångar i Long Beach).

Virgin Orbits senaste konkurs och grundaren Richard Bransons distansering från Virgin Galactic har skadat företagets image hos investerare, vilket resulterat i ett kraftigt fallande aktiekurs under 2023 och 2024.

Försiktighet gällande själva beståndet rekommenderas starkt.

Samtidigt visar tidigare kunders nöjdhet, en tydlig plan för en lönsam design (Delta-shuttles) och en lång väntelista med potentiella kunder att företaget fortfarande kan vara lönsamt även utan att skaffa mer kapital.

Så länge den kan flyga Delta-klassens skyttel snart nog. Än så länge, Fabriken för att bygga Delta är klar och bygget bör starta under första kvartalet 1.

Mycket kommer att förlita sig på framgången med att utveckla, tillverka och driva Delta-skytteln och uppnå det före slutet av 2025.

Om så är fallet skulle den mycket lägre värderingen skapa en möjlighet för investerare att ta bolagsaktier med rabatt.