cohete espacial saliendo de la atmosfera

Momentus: Versión espacial de la fiebre del oro

Mikhail Kokorich es el director ejecutivo de Momentus . La empresa es la primera empresa en proporcionar servicios de transporte espacial para satélites.

El mundo estaba entusiasmado con el lanzamiento de la nave espacial tripulada Dragon. Con este lanzamiento exitoso, quedó claro para todos, que los chorros rojos brillantes del cohete Falcon habían marcado el comienzo de una nueva era: la era de las empresas privadas que ingresaban a la industria espacial. Por primera vez en la historia de la humanidad, no estamos simplemente explorando un “nuevo continente” sino, como especie biológica, buscando nuevos elementos, en el universo.

La historia humana es también la historia de la lucha por el tiempo y el espacio. Conquistar nuevos territorios y llegar más lejos. En busca de mejores vidas y beneficios, o impulsados ​​por el miedo y la pura curiosidad, los humanos han encontrado formas de conquistar el universo más rápido, más fácil, más barato y más seguro. A principios del siglo XIX, Thomas Jefferson adquirió Luisiana de manos de Napoleón. En realidad, esto duplicó el territorio de los Estados Unidos en ese momento, pero Jefferson creía que los colonos tardarían miles de años en establecerse en todo el continente central.

Pero sólo décadas después, se descubrió oro en California. Esto ha creado una gran afluencia de trabajadores, ha creado motivos de capital y ha requerido nuevas tecnologías. Un sinnúmero de carros cubiertos que transportaban nuevos pobladores iban y venían, y el ferrocarril se extendía como un hilo desde la costa este hasta la costa oeste, creando ciudades y asentamientos. De esta manera, lo que Jefferson imaginó hace más de 200 años se hizo realidad en solo una generación.

Crecí en un pequeño pueblo de Mongolia. Está cerca del lugar donde Genghis Khan comenzó a unir las tribus en el siglo XIII, lo que eventualmente construiría el imperio terrestre más grande de la historia, el Imperio Mongol. Por esa razón, me interesé en la historia de la exploración y la exploración desde el principio. Durante los largos inviernos de Siberia, en la penumbra, a menudo leia libros sobre descubrimientos geológicos. Lamentó su destino de vivir en una época aburrida en la que se descubrieron todas las tierras y se registró en el mapa cada frontera.

No podía imaginar que unas pocas décadas más tarde viviría un momento emocionante en términos de exploración humana.

El futuro de la carrera espacial

En los últimos años, toda la industria espacial ha estado buscando y buscando con entusiasmo lo que se puede llamar una fiebre del oro de la versión espacial. ¿Cuánto tiempo lleva hablar sobre la importancia del universo para los humanos y cómo las tecnologías desarrolladas para las actividades espaciales pueden ayudar a resolver problemas terrestres como las imágenes de satélite, la información meteorológica, la televisión y las comunicaciones? Pero no es suficiente. Pero sin la llamada “fiebre espacial” -una enorme cantidad de dinero, emprendedores enérgicos e ingenieros talentosos que acuden en masa a la industria espacial a la vez- no se puede incendiar una nueva “carrera espacial”. ..

En la actualidad, el tamaño del mercado de la industria espacial, incluidos los cohetes, las comunicaciones, las imágenes, los satélites artificiales y los vuelos tripulados, es de menos de 100 mil millones de dólares, lo que representa menos del 0,1% de la economía mundial. En el momento de la burbuja de las puntocom a fines de la década de 1990, el capital total de las empresas en las industrias relevantes excedía el 5% del PIB total mundial. La fiebre del oro de California en la década de 1850 tuvo un impacto tremendo en la economía de los Estados Unidos, convirtiendo la costa oeste en un centro económico virtualmente nuevo.

El tamaño actual del mercado de la industria espacial sigue siendo insuficiente para provocar verdaderos movimientos de la corteza en la economía mundial. ¿Qué podría cambiar en el siglo XXI? Es bien sabido que Starlink de SpaceX, Kuiper de Amazon y algunas empresas más pequeñas están desplegando megaconstelaciones de Internet espacial. Ahi esta. Pero, ¿puede el tamaño actual del mercado desencadenar una verdadera fiebre del oro espacial? Por cierto, el tamaño del mercado mundial de las telecomunicaciones es de 1,5 billones de dólares , lo que representa casi el 1,5% de la economía mundial.

Si ocurren múltiples factores al mismo tiempo, como el rápido aumento en el uso de contenidos multimedia por parte de los pasajeros en vehículos autónomos no tripulados y el rápido crecimiento del campo “Internet de las cosas”, los servicios de comunicación por satélite costarán $1 billón a mediano plazo. Si esto sucede, este segmento podría ser la fuerza impulsora para un mayor crecimiento en el tamaño del mercado de la industria espacial. Por supuesto, es menos del 5% (número del período de la burbuja de las puntocom), pero si llega al 1% de la economía mundial, es un número maravilloso.

Sin embargo, aunque las comunicaciones, las imágenes de satélite y la navegación son importantes, se trata de aplicaciones espaciales tradicionales que se han utilizado durante décadas desde el inicio de la era espacial. Todas son tecnologías aplicadas de alto valor añadido y, en muchos casos, no hay alternativa sobre el terreno. Es difícil monitorear la tierra y realizar comunicaciones globales desde lugares distintos al espacio exterior.

Por lo tanto, en el pasado la tecnología aplicada al espacio, el alto costo de los activos espaciales ha sido un obstáculo importante. El costo de los activos espaciales se debe principalmente al alto costo de los lanzamientos y al costo de decenas de miles de dólares por kilogramo acumulado hasta ese momento. Revolucionar el costo del lanzamiento de carga al espacio para la realización de la verdadera industrialización del espacio y nuevos servicios y productos para el espacio, muchos de los cuales reemplazarán lo que se fabrica actualmente en la Tierra. 

Transporte espacial

El transporte es fundamental para conquistar nuevos territorios. La invención y difusión de nuevas formas de trasladar personas y mercancías, como ferrocarriles, aviones y contenedores, ha creado la economía moderna que conocemos. La exploración espacial no es una excepción. Sin embargo, existen enormes desafíos debido a las propiedades físicas del universo. En el suelo, estamos en el fondo de un enorme pozo de gravedad.

Para vencer la gravedad y poner la carga en órbita, es necesario acelerar a una velocidad asombrosa de 8 kilómetros por segundo. Esto es de 10 a 20 veces más rápido que una bala. Menos del 5% de la masa inicial del cohete alcanza la órbita. La clave está en la reutilización y la producción en masa. La fórmula de Ziolkowski, que gobierna la ciencia espacial, también ha contribuido a la necesidad de tamaños de cohetes más grandes. Es por eso que empresas como Space X y Blue Origin están desarrollando estratégicamente cohetes reutilizables grandes (o incluso gigantes) como Starship y New Glenn. Los costos de lanzamiento al espacio pronto caerán a menos de unos cientos de dólares por kilogramo.

Pero los cohetes sólo son efectivos para lanzar grandes masas a la órbita terrestre baja. Si desea colocar la carga en otra órbita, o en la parte superior del pozo de gravedad, como la órbita geoestacionaria, la órbita alta, el punto lagrangiano, la órbita lunar, debe agregar más boyas delta. Es necesario agregar más de 3 a 6 kilómetros por segundo. Cuando se utiliza un cohete convencional para esta aplicación, el porcentaje de masa perdida se reduce del 5% a menos del 1%. A menudo, cuando la masa inyectada en órbita está muy por debajo de la capacidad de los cohetes gigantes de bajo costo, aumenta la necesidad de lanzadores pequeños y medianos más costosos (por kilogramo de carga transportada). está ahí.

Esto requiere transporte multimodal. En ese caso, se utiliza un cohete gigante de bajo costo que coloca la carga en una órbita terrestre baja y etiquetas especiales para transportar la carga a la órbita objetivo, órbitas más altas, la luna y otros planetas del sistema solar. Es por eso que Momentus volará su primera misión comercial en diciembre de 2020 con un viaje compartido Falcon 9. Momentus, una empresa que se fusionó en 2017, está desarrollando etiquetas espaciales para su uso en el transporte multimodal al espacio de una manera “concentrada y radial”.

Las etiquetas espaciales pueden utilizar inicialmente propulsores transportados desde la tierra. Sin embargo, a medida que el transporte espacial se expande y la demanda de carga transportada más allá de la órbita terrestre baja de la Tierra proviene de la Luna, Marte y los asteroides (incluidos los asteroides cercanos a la Tierra), en lugar de la superficie de la Tierra.

Se requiere el uso de propulsor. Afortunadamente, están provocadas por el proceso evolutivo del sistema solar. Es agua. De las posibles opciones de combustible para cohetes, el agua es el candidato más distribuido en el sistema solar.

Se ha encontrado agua en la luna y hay un enorme hielo en los cráteres cerca de los polos. Hay un enorme mar de agua helada incluso en el suelo de Marte. Hay un vasto cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter. Al principio de la formación del sistema solar, la gravedad de Júpiter no formó un solo planeta y sus fragmentos se desmoronaron en forma de miles de millones de asteroides. La mayoría contienen agua. Las fuerzas gravitacionales de Júpiter periódicamente “arrojan” asteroides al interior del sistema solar, formando un grupo de asteroides cercanos a la Tierra. Se conocen decenas de miles de asteroides cercanos a la Tierra, de los cuales casi 1.000 tienen más de 1 kilómetro de diámetro.

Desde un punto de vista astronómico, es mucho más fácil transportar agua desde los asteroides y la luna que desde la tierra. Debido al fuerte campo gravitacional de la Tierra, la relación entre la carga útil y la masa inicial llevada a la parte superior del pozo de gravedad (órbita geosincrónica, punto lagrangiano, órbita lunar) es inferior al 1%. Por otro lado, puede transportar el 70% de la masa original desde la superficie de la luna y el 99% desde el asteroide.

Esta es una de las razones por las que Momentus utiliza agua como propulsor de etiquetas espaciales. Nuestro nuevo tipo de sistema de propulsión por microondas de plasma puede usar energía solar como fuente de energía y agua como propulsor (usado simplemente como producto de reacción) para propulsar vehículos en el espacio. El agua hace que los vehículos espaciales sean aún más simples y rentables.

La proliferación de cohetes a gran escala, reutilizables y de bajo costo que pueden llevarse a su destino final en el espacio crea oportunidades que no son posibles con el antiguo rango de precios de transporte. Se espera que el precio de transportar carga a casi cualquier punto entre la Tierra y la Luna, desde la órbita terrestre baja hasta la órbita lunar baja, esté muy por debajo de los 1000 dólares (unos 100.000 yenes) por kilogramo dentro de 5 a 10 años. .. Lo que me entusiasma es la oportunidad de presentar un tipo completamente nuevo de tecnología de aplicaciones espaciales más allá de la comunicación, la vigilancia y la navegación tradicionales. Comenzará la realización del universo y desencadenará el proceso de transición de la industria de la Tierra al espacio.

Aquí, quiero pensar en el futuro del universo. Y trataré de predecir qué es probable que cause la fiebre del oro de la versión espacial en los próximos 5 a 10 años. ¿Cuál es la próxima tecnología de aplicación de frontera que se puede realizar con transporte espacial de bajo costo? Hay algunas cosas que podrían convertirse en un negocio de la industria espacial de un billón de dólares.

Generacion de energia

La producción de energía es el primer candidato a la fiebre del oro que figura en primer lugar, con una participación energética de alrededor del 8,2% en la economía mundial. La generación de energía en el espacio tiene grandes beneficios. Primero, puede generar electricidad de forma continua. En el espacio, el sol será un gran reactor de fusión que estará abierto las 24 horas del día, los 7 días de la semana. No tiene que almacenar electricidad para las noches o el mal tiempo. Como resultado, la misma superficie puede recolectar 10 veces más energía que en el suelo en 24 horas.

Es difícil de notar, pero en un espacio donde no hay crepúsculo ni noche y no hay nubes, atmósfera o polvo acumulado, es posible crear un entorno de generación de energía único. La microgravedad puede reducir significativamente el peso de las estructuras de las centrales eléctricas espaciales y, en última instancia, costarles mucho menos que las centrales eléctricas terrestres. La energía se puede transmitir al suelo mediante microondas o láseres. Sin embargo, hay al menos dos desafíos importantes que deben resolverse al construir una planta de energía espacial. El primero es el costo de lanzamiento al espacio y el costo de transporte en el espacio.

Al combinar un cohete gigante con una etiqueta espacial reutilizable, el costo de transportar mercancías desde la Tierra a la órbita óptima se puede reducir hasta en varios cientos de dólares por kilogramo. Esto dará como resultado una parte del transporte de menos de 1 centavo por kilovatio hora. El segundo problema es la cantidad de propulsor necesaria para estabilizar los enormes paneles que son desplazados por la presión de la radiación solar. Se requieren de 500 a 1000 toneladas de propulsor por 1 GW de capacidad de generación de energía por año. Por lo tanto, para tener la misma capacidad de generación de energía que los Estados Unidos (1200 GW), se requerirán hasta 1 millón de toneladas de propulsor anualmente (8 Falcon 9 en 1 hora o 1 nave estelar en 1 hora). Una cierta cantidad).

Entre la Tierra y la Luna, la generación de energía es el factor que más combustible consume, pero transportar los propulsores desde la Tierra es económicamente ineficiente. La respuesta está en la luna. Cerca del Polo Norte de la Luna, hay 40 cráteres que están constantemente fuera de su alcance, con un estimado de 600 millones de toneladas de hielo. Eso por sí solo será suficiente para respaldar las operaciones de energía en el espacio durante cientos de años.

Procesamiento de datos

El centro de datos que calcula y procesa datos tiene el mayor consumo de energía sobre el terreno y su uso está aumentando rápidamente. La eficiencia ha mejorado durante la última década, pero solo ha aumentado la demanda de grandes granjas de servidores basados ​​en la nube. Los centros de datos de EE. UU. Consumen anualmente alrededor de 70 mil millones de kilovatios hora de electricidad. Además de la energía requerida para operar los sistemas que procesan y almacenan datos, existe un costo enorme asociado con el impacto energético y ambiental de enfriar esos sistemas. Y el costo lo pagarán el gobierno y las empresas privadas.

No importa cuán eficiente sea la operación, la expansión continua de los centros de datos y la demanda de energía cada vez mayor no es económica ni ambientalmente sostenible. En lugar de transmitir energía al suelo mediante microondas o láseres, la energía se puede utilizar para el procesamiento de datos en el espacio. Transmitir terabytes o petabytes de datos al suelo es mucho más fácil que enviar energía al suelo. Las aplicaciones que consumen mucha energía, como la inteligencia artificial, pueden pasar fácilmente al espacio porque son tolerantes a los retrasos.

Mina espacial

Cuando los humanos viven en el espacio, los asteroides y la luna eventualmente se convierten en los principales sitios de extracción de minerales. Además de metales preciosos y raros y materiales de construcción, el regolito se utilizará para construir y realizar nuevas economías espaciales, industrialización espacial y viviendas espaciales. Sin embargo, el primer recurso que se extrae de la luna o el asteroide es el agua. El agua se convertirá en “petróleo” en la economía espacial en el futuro.

Además de que el agua se distribuye sobre asteroides y otros cuerpos celestes, el agua tiene la ventaja de que se puede extraer con mucha facilidad desde su ubicación. Se puede calentar para derretir el hielo o se puede extraer agua del hidrato. El agua se puede almacenar sin un sistema de baja temperatura (como oxígeno líquido o hidrógeno). Además, no se requiere ningún tanque de alta presión (como el gas noble que es el propulsor de los motores de iones).

Al mismo tiempo, el agua es un propulsor único que se puede utilizar con diferentes tecnologías de propulsión. Se puede utilizar como agua en un motor de cohete electrotérmico (como el motor electrotérmico de microondas Momentus) o se puede separar en hidrógeno y oxígeno mediante un motor de cohete químico.

Fabricación

Si se produce una disrupción de precios en el costo del transporte en el espacio, el espacio podría convertirse en una nueva zona industrial para la humanidad. La microgravedad puede ayudar a crear nuevos materiales para usar en el suelo, como la fibra óptica. Incluso los pequeños arañazos que siempre ocurren al crear en un campo gravitacional fuerte no ocurren en el espacio. Estos rayones aumentan la pérdida de señal y hacen que la luz transmitida disminuya significativamente. Además, en la futura economía espacial, la microgravedad se puede utilizar para construir megaestructuras para la generación de energía, hoteles espaciales para viajeros y, en última instancia, asentamientos humanos. En el espacio, es fácil preparar un vacío que no se puede realizar en la tierra. Esta aspiradora es extremadamente útil para fabricar materiales de ultra alta pureza como cristales, obleas y materiales nuevos. Si la principal fuente de materias primas son los asteroides o la luna en lugar de la Tierra, y los productos son consumidos principalmente por la industria en el espacio, se puede decir que la producción espacial ya se ha vuelto dominante.

La alteración de los precios del transporte espacial creará enormes oportunidades comerciales en el mercado futuro. Incluso sin viajes espaciales, el mercado de habitación para el espacio crecerá a casi $ 2 billones (alrededor de 200 billones de yenes) en 10 a 15 años. No hay duda de que conducirá a la fiebre del oro de la versión espacial que promoverá el desarrollo de la civilización humana durante varias generaciones en el futuro.

Última frontera

Durante los últimos años de la Unión Soviética, estuve estudiando en la escuela secundaria. La economía soviética estaba colapsando. El interior de la casa solía ser insalubre y no podía usar electricidad. En una noche tan oscura, estaba leyendo y estudiando libros de física y matemáticas con la luz de una lámpara de aceite. Había una buena biblioteca en la zona y podía conseguir libros y revistas de las grandes bibliotecas de las grandes ciudades como Novosibirsk y Moscú. Fue una ventana para mí para ver el mundo. Creo que fue una gran experiencia.

Había leído libros sobre el vuelo de la nave espacial Voyager y la exploración del sistema solar y estaba pensando en mi futuro. Fue entonces cuando me di cuenta de que amaba las ciencias y las matemáticas y que era bueno en eso. Y decidí convertirme en ingeniero espacial. En una entrevista con un periódico local en 1993, les dije a los periodistas: “Me

gustaría estudiar tecnología de propulsión avanzada. Sueño con un futuro en el que pueda participar en la exploración espacial y volar a Marte”.

El futuro está a la vuelta de la esquina.




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