Rymdinfrastruktur – Bygga trappor till himlen

En ny rymdålder

Med uppfinningen av pålitliga återanvändbara raketer av Elon Musks SpaceX har ett nytt rymdrace inletts. Detta beror på att den har minskat kostnaderna för att nå omloppsbana med nästan 10 gånger, med ännu mer kostnadsreduktion förväntad från den massiva Starship.

Källa: Ark Invest

Detta ledde till den nuvarande situationen, där under 2023 skickades den överväldigande majoriteten av det som skickades till omloppsbana, både i massa och antal satelliter, av SpaceX.

Starship kommer så småningom kunna skicka 50–200 ton material till låg jordbana (LEO) vid varje uppskjutning, beroende på uppskattningar. Detta blir ett stort steg framåt, som sannolikt möjliggör nya milstolpar i mänsklighetens historia, inklusive:

• Permanenta baser på månen.
• Den 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 “The Future Space-Based Economy” och “The Future Martian Economy”.

Starlink och liknande satellitkonstellationer är massiva rymdbaserade infrastrukturer som redan byggs. De möjliggör tillgång till hög hastighets‑Internet överallt på jorden och förväntas bli den största kassaflödeskällan för företag som SpaceX, som redan har miljontals betalande prenumeranter.

Källa: Ark Invest

Ändå är raketbaserade uppskjutningar till rymden i slutändan begränsade av den fysik som teknologin bygger på. En nyckeldel är att raketer måste skjuta ut en löjligt stor mängd bränsle för att lyfta. Till exempel är SpaceX:s Falcon Heavy en raket på 22,2 ton, med en bränslad massa på 433 ton. Detta innebär att i slutändan spenderas det mesta av bränslet bara för att lyfta mer bränsle.

För att komma under gränsen $100/kg i uppskjutningskostnader krävs helt andra metoder än raketer.

Om kostnaderna för att lämna jordens gravitation sjunker tillräckligt mycket, skulle många saker kunna byggas i rymden.

Stora prestationer kräver infrastruktur

Att enbart förlita sig på raketer för att nå rymden är likt om vi utförde all transport och handel på jorden enbart med flygplan och helikoptrar. Även om det tekniskt sett inte är omöjligt skulle det vara absurdt dyrt, medan byggandet av infrastruktur som hamnar, vägar och järnvägar gör det möjligt att använda mycket billigare alternativ.

Det kan vara ett lite höns‑och‑ägg‑problem när det gäller rymden. Hittills har storskalig infrastruktur inte varit värd att bygga, eftersom våra uppskjutningsbehov bara bestod av att skicka några tiotals satelliter och ett dussin astronauter till omloppsbanor.

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

• Vetenskapliga megaprojekt, som att bygga ett radioteleskop på månens mörka sida.
• Månbaser från västländer samt Kina och Ryssland.
• Rymdturism, antingen suborbital flygning, orbitalt rymdstationer eller på månen.

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

Massa‑drivrutiner

En sådan infrastruktur, kallad massdrivrutin, lovar att kraftigt minska uppskjutningskostnaderna. Den är troligen redan genomförbar med nuvarande teknik. Huvudidén med en massdrivrutin är att en shuttle kan skickas in i omloppsbana genom att accelerera den tillräckligt på marken så att den inte behöver någon ombordbränsle.

Det sätt som forskare och ingenjörer har föreställt sig för att göra detta är att skapa ett maglev‑tåg likt Hyperloop‑konceptet, som fungerar i vakuum. På så sätt skulle varken friktion med spåret eller med luftpartiklarna bromsa och värma upp uppskjutningsfordonet.

Källa: Acepedia

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

Om den lyckas kan den minska den redan kraftigt sänkta orbitala uppskjutningspriset med ytterligare 10 gånger, med uppskattningar som sätter kostnaden till $60/kg.

Som en sidonotering kan denna typ av system först användas med mindre modeller för att driva flygplan i en hastighet där hypersoniska scramjet‑motorer kan fungera, vilket möjliggör mycket snabba hypersoniska flygningar.

Ett riktigt megaprojekt

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

Uppskjutningsbanan måste också vara hundratals, om inte tusentals kilometer lång, där det mest lovande kandidatområdet är tibetanska högplatån.

Dock är massdrivrutiner fortfarande bland de minst ambitiösa föreslagna rymdinfrastrukturerna, eftersom de i huvudsak bara begränsas av tillgänglig finansiering och förmågan att konstruera dem med känd teknik.

Rymdlift

Ett annat känt sätt att transportera saker upp och ner med lägst möjliga energikostnad är att använda en motvikt, som i hissar. På så sätt är den enda energi som förbrukas att lyfta lastens vikt, och det behövs ingen extrem hastighet.

Detta är idén bakom ett rymdlift, där ett tiotusentals kilometer långt linor används för att transportera massa upp och ner från jorden. I teorin skulle ett sådant system kunna göra det ännu billigare att nå omloppsbana än vad det kostar att ta ett flygplan idag.

Källa: ISEC

Den viktigaste begränsningen här är inte marknadsefterfrågan eller tillgängligt kapital (även om dessa också räknas), utan tekniken. En så extremt lång kabel skulle kräva ultralätt material med draghållfasthet långt över vanliga material som stål eller titan.

Detta kan vara på väg att förändras, med supermaterial som grafen som tydligen kan uppfylla de tekniska kraven, en typ av 2D‑material som vi diskuterade i detalj i vår artikel “2D‑material, som grafen, öppnar nya fronter inom materialvetenskap”.

Det skulle dock kräva massproduktion av högkvalitativ grafen‑kristall, något som aldrig tidigare har uppnåtts. Till det nuvarande priset på grafen skulle det vara löjligt dyrt.

Det skulle dock vara den ideala infrastrukturen för en hållbar mänsklig närvaro i rymden, orbital industri och interplanetär handel, med en kapacitet på 30 000 ton per år till geostationär omloppsbana, eller motsvarande tiotals Starship‑uppskjutningar varje dag.

Du kan se mer om detta koncept i denna en timmes långa video från International Space Elevator Consortium:

Orbital megastruktur

Om vi någonsin lyckas bygga ett rymdlift eller etablera storskaliga tillverkningsanläggningar på månen med material från asteroider, skulle vi kunna föreställa oss en ännu storslagna 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 stanna i omloppsbana tack vare centrifugalkraften som kompenserar jordens gravitation. Det skulle erbjuda bostäder i rymden, underhållsstationer, startplatser för djuprymduppdrag, ankarnpunkter för kraftgenerering (solpaneler) och eventuellt klimatmitigering med solskuggor.

Dock är ett sådant koncept så ambitiöst ur ett teknologiskt och infrastrukturellt perspektiv att det sannolikt inte kommer att uppnås förrän åtminstone massdrivrutiner och ett rymdlift har byggts först.

Brytningsstationer & Processorer

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

Många asteroider är mycket metallrika; faktiskt innehåller asteroidbältet i vårt solsystem ~8 % metallrika (M-typ) asteroider. Med hela asteroidbältet som väger 2,4 kvintiljon ton är det mycket metall.

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

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

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

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

Troligen kommer ett asteroidbrytningsföretag att tjäna pengar på båda, genom att fånga och föra nära jorden asteroider med högvärdiga mineraler. Och genom att använda brytningsavfallet, bestående av koljärn, nickel etc., för att bygga rymdstationer, månbaser, raketer etc.

En annan fördel är att när brytningsutrustning har placerats i rymden kan den bryta asteroider i en viktlös miljö. Detta kan göra brytning i rymden enklare än på jorden, där förflyttning av tusentals ton sten är en energikrävande och riskfylld aktivitet.

Solarkollektorer

En annan föreslagen rymdindustri som kan bli drivkraften för en rymdbaserad ekonomi är solenergi. I rätt omloppsbana skiner solen 24/7 och med mycket högre intensitet på grund av avsaknaden av en atmosfär som absorberar ljuset.

Sådana system kan både vara en anledning att bygga rymdinfrastruktur (genom att minska kostnaden för kraftsatelliter) och en möjliggörare för vidare framsteg (som att driva raffinaderistationer som bryter asteroider).

Källa: Space Solar

(Vi utforskar denna idé mer i detalj i vår artikel “Space-Based Energy Solutions For Endless Clean Energy”).

Lasersegelpropellrar

För att lämna jorden krävs antingen raketer eller avancerad infrastruktur. Men för att röra sig i rymden behövs bara lite energi när du är långt från ett gravitationsfält. 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, utan en verklig teknik som redan testas av NASA.

Ett sådant segel kan drivas av solens strålar men också av laser. Så potentiellt, istället för att bränna bränsle, kan vi se interplanetära resor som drivs av laser från omloppsbana eller på månen, själva drivna av lokala solkraftsatelliter.

Basar & Kolonier Utanför Jorden

När man diskuterar infrastruktur kommer de flesta att fokusera på de “flashiga” teknologiskt utmanande projekten, som rymdlift.

Det kommer dock att finnas gott om 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.

Det inkluderar kupolformade jordbruk, inomhus hydroponisk och akvaponisk livsmedelsproduktion, telekommunikation, startplattor, bränsleproduktion och påfyllningsstationer etc., samt vardagliga men lika viktiga kraftverk, kraftledningar, sjukhus, vägar, vattenledningar etc.

Aldrin‑transportband / Cykler

Basar eller kolonier på månen kommer att vara ”lätta” att förse direkt från jorden. Att föra in och ut personal eller turister kommer att göras med en kort resa, som tar högst några dagar.

Att resa till mer avlägsna destinationer som Mars kommer dock att kräva en resa som sannolikt tar nästan ett år eller högst veckor. Detta är inte ett problem för råmaterial och utrustning, där det bara komplicerar logistiken något.

Det är mycket mer problematiskt för passagerare. Rymden bortom jordens magnetosfär är utsatt för stark strålning. Och vid en svårförutsägbar solstorm kan passagerare på väg till Mars utsättas för ännu mer strålning. Så, bortom de första djärva äventyrarna som tar det första steget på Mars, kommer regelbunden passagerartrafik att kräva ett mycket tungt och skärmt fartyg.

Och kanske med viss ombordproducerad mat och stark vattenåtervinning för att begränsa mängden förnödenheter som måste transporteras (vi diskuterade mer i detalj ämnet livsmedelsförsörjning i rymden i vår artikel “Space Food – How Will We Feed Humanity’s Next Wave of Pioneers?”).

Detta kan göras med en klassisk raket. Men det blir ett slöseri med bränsle att varje gång accelerera och bromsa hela skölden, livsstödet och matförsörjningen.

Istället kan Aldrin‑cykeln (föreslagen av Buzz Aldrin, den andra mannen på månen), eller Mars‑cykeln, vara permanent i omloppsbana så att den regelbundet befinner sig i närheten av både jorden och Mars.

Källa: Ethan MacDonald

På så sätt skulle du kunna bygga en permanent rymdstation för människor att transitera till och från Mars. Den skulle ha tung strålskyddning och matproduktion, samt mer bekväma och rymliga rum och sportfaciliteter för att hålla folk i form trots avsaknad av gravitation.

Källa: Buzz Aldrin

O’Neil‑cylinder & Asteroidkolonier

När vi talar om rymdbostäder har mer ambitiösa koncept än en mellanlandning/hotell på vägen till Mars, som Aldrin‑cykeln, övervägts. Detta är planen som Jeff Bezos driver, med ”en biljon människor som lever i gigantiska rymdstationer även kända som O’Neil‑cylindrar.”

Detta är gigantiska cylindrar vars rotation skulle skapa artificiell gravitation inuti, tillräckligt stora för att ha hundratusentals eller miljoner invånare.

Källa: Blue Origin

De kan antingen användas för att erbjuda ideala levnadsförhållanden eller för att flytta tunga och förorenande industrier bort från jordens ekosystem.

En sådan infrastruktur skulle i princip erbjuda obegränsat boendeutrymme för ett otal människor i hela solsystemet. Den skulle till och med kunna användas för att kolonisera andra stjärnor, eftersom de i princip är självförsörjande mikroplaneter.

Dock kommer en sådan infrastruktur sannolikt ännu senare i tidslinjen för rymdkolonisation än orbitala ringar, eftersom den skulle kräva en årlig rymdtillverkningskapacitet på biljoner ton, samt transport fram och tillbaka till jorden till nästan inga kostnader.

Dyson‑sfär

Längst ute på spektrumet av spekulativ rymdinfrastruktur finns Dyson‑sfären, eller Dyson‑svärmen.

Först föreslagen av Freeman Dyson är idén att använda alla tillgängliga stenar och metaller i solsystemet, och bygga en svärm av rymdbostäder 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 en slags ”slutspel” för någon rymdfärdig civilisation. Det är svårt att föreställa sig något mer högteknologiskt än att bokstavligen demontera planeter för att optimera användningen av deras materia och solens energi.

Det har varit en ”teknosignatur” som astronomer intensivt har forskat på för att hitta tecken på potentiella utomjordiska teknologiska civilisationer.

Detta är uppenbarligen ett mycket kontroversiellt ämne, men det verkar som att redan 60 stjärnor kan matcha denna profil. Det diskuteras fortfarande intensivt bland astronomer, eftersom det helt enkelt kan vara att de har hittat en ny typ av stjärna. Det är ändå fascinerande för personer som är intresserade av rymdutforskning och skulle öppna ett helt nytt perspektiv på hur långt mänskligheten kan gå om vi sträcker oss efter stjärnorna.

Du kan också hitta mycket mer vacker konceptkonst och miniatyrer om rymdkolonisation och den infrastruktur vi diskuterat här på Spacehabs.

Investera i rymdinfrastruktur

Rymden är en mycket etablerad industri som upplever en återfödelse och explosiv tillväxt tack vare återanvändbara raketer. Vi diskuterade hur detta kommer att skapa hela möjligheter i vår artikel “Reusable Rockets To Create Multiple New Markets By Lowering Costs Drastically”.

Den nuvarande rymdmarknaden är $443 Mrd. Även om man bortser från mer spekulativa (men potentiellt mycket lönsamma) idéer som asteroidbrytning, rymdturism och hypersoniska flygningar kan lägga till ytterligare $350 Mrd i intäkter, samt en prognos för satellitbaserad internet värd $17 Mrd, liksom militära tillämpningar och subventionerade månbaser, vetenskapliga projekt etc.

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

Om du inte är intresserad av att välja specifika rymdrelaterade företag kan du även titta på ETF:er som ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) eller VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) för att kapitalisera på tillväxten i rymdsektorn som helhet.

Företag inom rymdinfrastruktur

1. Rocket Lab

Rocket Lab är en av de mest seriösa konkurrenterna på marknaden för återanvändbara raketer. Företaget har initialt fokuserat på små raketer, med Electron‑uppskjutningssystemet (320 kg nyttolast), som gradvis blir en delvis återanvändbar raket. Hittills har Electron satt upp 177 satelliter i 44 uppskjutningar.

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

Företaget är anmärkningsvärt för sin helt vertikalt integrerade satellittillverkningsprocess, vilket möjliggör optimering av kostnader och designhastighet. Detta har resulterat i flera kontrakt med NASA och den amerikanska regeringen, inklusive ett militärt satellitkontrakt på $515 M och ett civilt kontrakt på $143 M för Globalstar.

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

Källa: Rocket Lab

För närvarande är dess uppskjutningssystem beroende av externa leverantörer, men en serie strategiska förvärv bör förändra detta, genom att replikera den vertikala integrationen som redan uppnåtts i satellitdesign och -tillverkning i uppskjutningssystemet.

Företaget undersöker också möjligheten att skapa en telekom‑LEO‑konstellation för att generera återkommande intäkter. Det bidrar också till forskning för tillverkning i rymden med Varda Space Industries och för inspektion av orbitalt skräp.

Medan SpaceX hade Elon Musks affärstalang för att utveckla sin teknik från grunden, använde Rocket Lab en blandning av FoU och förvärv för att vertikalt integrera den nödvändiga tekniken. Detta har visat sig mycket framgångsrikt inom satellittillverkning, och de ser nu till att replikera denna strategi för återanvändbara raketer.

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

2. Virgin Galactic

Företaget grundades av Richard Branson och fokuserar på rymdturism.

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

“Jag visste alltid att det skulle bli den mest extraordinära upplevelsen i mitt liv. Jag visste det. Och folk sa åt mig att det skulle bli så. Men när det är… och det är på en annan nivå än den upplevelse du trodde att du skulle ha… så 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 få det bättre än så. Det överträffade mina vildaste drömmar.”

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

Tillsammans bör dessa två förbättrade mått öka intäkterna per enhet med 12 gånger, med en återbetalningstid på mindre än 6 månader för varje Delta‑shuttle. Delta‑flygtestet förväntas i mitten av 2025.

Källa: Virgin Galactic

Marknaderna var oroade när det meddelades att Branson inte skulle investera mer i Virgin Galactic. Särskilt efter nedskärningen av 185 anställda och en paus i rymdflygningar 2024, för att vänta på ankomsten av Delta‑shuttlen och minska kassaförbrukningstakten.

Ändå förväntas Virgin Galactic ha tillräckligt med kontanter för att driva verksamheten till 2025 eller 2026. Så om utvecklingen av Delta‑flygsystemet går smidigt (en riskfylld satsning inom rymdindustrin), bör företaget kunna fokusera på att återuppta och öka kassaflödet, med ett system som är lönsamt per enhet. Och få företaget att ha positivt kassaflöde 2026.

Källa: Virgin Galactic

(Det bör noteras att Virgin Galactic är annorlunda än Virgin Orbit. Virgin Orbit ansökte om konkurs i april 2023, och tillhandahöll uppskjutningstjänster för små satelliter, med Rocket Lab som förvärvade företagets anläggning i Long Beach, tillverkning och verktygsresurser).

Den senaste konkursen för Virgin Orbit och avståndstagandet från Virgin Galactic av grundaren Richard Branson har skadat företagets image hos investerare, vilket resulterade i ett fallande aktiepris 2023 och 2024.

Varning angående själva aktien rekommenderas starkt.

Samtidigt visar tidigare kundnöjdhet, en tydlig plan för en lönsam design (Delta‑shuttles) och en lång väntelista av potentiella kunder att företaget fortfarande kan vara livskraftigt även utan ytterligare kapital.

Så länge de kan flyga Delta‑klassen shuttle tillräckligt snart. Hittills är fabriken för att bygga Delta färdig, och byggandet bör starta Q1 2025.

Mycket kommer att bero på framgången med att utveckla, tillverka och driva Delta‑shuttlen och att uppnå detta innan slutet av 2025.

Om så är fallet skulle den mycket lägre värderingen skapa en möjlighet för investerare att köpa företagets aktier till ett rabatterat pris.