Gjenbrukbare raketter og hypersoniske reiser: The Next Era of Space Innovation

Den gjenbrukbare revolusjonen

Siden de første satellittene ble satt i bane med Sputnik i 1957, til månelandingen i 1969, den første romstasjonen i 1971 og den første romturisten i 2001, ble all tilgang til verdensrommet gjort med engangsraketter.

kilde: Daglig Sabah

Det var gode tekniske grunner for engangsraketter, fra stress påført materialer ved å nå banen til vanskelighetene med å unngå skade med den ekstreme varmen ved gjeninntrengning og risikoen forbundet med landing. Likevel er dette ganske sprøtt fra et økonomisk synspunkt.

Tenk om hver gang et passasjer- eller lastefly lettet fra Paris til New York, ville hele flyet bli ødelagt for skrot. Dette vil gjøre flyreiser uoverkommelige, begrenset til de mest sjeldne omstendigheter. Og det var der romferden satt fast, kun brukbar for svært verdifulle kommersielle og militære satellitter, dyre vitenskapelige programmer og prosjekter som kun var rettferdiggjort av nasjonal stolthet.

Alt dette har endret seg med Elon Musks SpaceX, som klarte det som ble antatt umulig: pålitelige gjenbrukbare raketter.

Ved å bare måtte pusse opp små deler av raketten, amortiserer dette kostnadene for orbital rakettkasteren over dusinvis av oppskytinger, noe som bringer de totale kostnadene lavere enn noen gang.

kilde: ARK Research

Dette har også åpnet veien for mange andre selskaper til å gjenskape SpaceXs suksess, hver med sin egen tilpasning til SpaceXs formel. Den tok også opp igjen et nytt romkappløp mellom stormaktene, med Kina og Russland som går sammen mot USA og dets innovative selskaper.

Og til syvende og sist burde det åpne veien for menneskeheten til det en ekte rombasert global økonomi, med løfter om månebaser, kolonisering av mars og ubegrenset orbital solenergi.

Hvordan gjenbrukbare raketter fungerer

Grunnen til å gjøre en rakett gjenbrukbar er selvinnlysende. Gjenbruk av den flere ganger gjør de totale kostnadene til raketten mye lavere per utskyting og per kilo-til-bane. Alle andre ting som gjør raketten billigere eller enklere å bygge er selvfølgelig like velkomne.

Hvordan man gjør det er et vanskeligere spørsmål, man trodde lenge var umulig å svare ordentlig på med dagens teknologi. Mens andre selskaper kan bringe sin egen metode til blandingen, har SpaceXs metode virkelig ryddet veien for hvordan det kan gjøres, basert på noen få nøkkelideer som gjorde gjenbrukbare raketter til virkelighet.

Vertikal integrasjon

Den første viktige avgjørelsen SpaceX tok var å i hovedsak ikke stole på noen for rakettdesignet deres. Så i stedet for den vanlige metoden for å sette sammen teknologi fra forskjellige selskaper som hver spesialiserer seg på enten raketter, drivstofftanker, elektronikk, osv., bestemte SpaceX seg for å enten kjøpe hyllene og sette dem sammen i sitt eget design, eller til og med produsere dem fra bunnen av.

Selv om det var mer komplekst, ga dette et mye større kontrollnivå over det endelige designet og en dyp forståelse av hva som kan forbedres eller gå galt.

Dette fjernet også mange mellommenn fra den økonomiske ligningen, og økte marginene.

Tenker om "Space Grade"

I svært lang tid har romfartsselskaper holdt seg til kun å bruke "romkvalitets"-komponenter til rakettene sine. Dette betyr ofte tilpassede designdeler, ofte kun bygget i små kvanta, som ikke kunne dra nytte av stordriftsfordeler i verken design eller produksjon.

Som et resultat ble hver eneste del av en tradisjonell rakett grovt overpriset. Et godt eksempel er hvordan SpaceX bygde sitt eget radiosystem, og reduserte prisen med 10-20x.

"I tillegg til å bygge sine egne motorer, rakettkropper og kapsler, designer SpaceX sine egne hovedkort og kretser, sensorer for å oppdage vibrasjoner, flydatamaskiner og solcellepaneler.

Kostnadsbesparelsene for en hjemmelaget radio er dramatiske, og faller fra mellom $50,000 til $100,000 for industrielt utstyr som brukes av luftfartsselskaper til $5,000 for SpaceXs enhet."

Ashlee Vance i sin nye biografi om Elon Musk

Mislykkes raskt, innoverer enda raskere

En annen endring var en svært uvanlig holdning til fiasko. Tradisjonelle romselskaper var notorisk konservative, uvillige til å ta risiko for ikke å sette viktig finansiering og omdømme i fare.

Med ingenting å tape, ville SpaceX være klar til å holde seg til en veldig rask test- og lanseringsplan, med fare for katastrofale feil til tider.

Denne Silicon Valley-importerte bedriftskulturen fremmet innovasjoner og kreativitet i teamet og bidro også til å tiltrekke topptalenter som var ivrige etter en sjanse til å gjøre mer med mindre byråkrati, selv for lavere lønn.

Denne viljen til å ta risiko har oversatt seg til rask behandlingstid for oppussing av rakettene etter en oppskyting, med gjennomsnittlig gjenbruk av Falcon 9, for tiden den viktigste SpaceX-raketten, falt under 50 dager i 2024 og treffer rekorden 14 dager for den raskeste.

kilde: ARK Research

Omfavner ny teknologi

Fra denne toleransen til fiasko kom også integreringen av nye konsepter og teknologier. For eksempel har 3D-printing blitt omfavnet tidlig av SpaceX, mens det kan ha tatt år med testing og diskusjon i et mer etablert romselskap.

kilde: Elon Musk

Ulike drivstoff har også blitt valgt, som den metanbrennende rakettmotoren på Starship, som vil være et perfekt valg for fremtidig tanking ved bruk av ressurser på stedet på Månen eller Mars.

Tilbake til det grunnleggende

Alternativt til risikabel ny teknologi, var det i noen tilfeller det riktige valget å gå tilbake til det grunnleggende. For eksempel er Starship-kroppen helt laget av rustfritt stål, i stedet for de mer "fancy" legeringene eller karbonfiber som vanligvis velges av romselskaper.

Dette var et valg som ble tatt fordi produksjon, lodding, reparasjon og vedlikehold av rustfritt stål er en velkjent teknologi som sannsynligvis vil øke påliteligheten til sluttproduktet.

På lignende måte har det enkle faktum at mer er bedre blitt omfavnet av SpaceX. Den største raketten noensinne, Starship, kan frakte mer i bane for en billigere pris, bare på grunn av sin store størrelse. Og den beste måten å få den til å fly på er ganske enkelt å bruke ikke mindre enn 33 motorer samtidig, i stedet for å prøve å designe en mer kompleks og kraftigere motor.

kilde: Space.com

Bygg din egen etterspørsel

Fordi romfart var så dyrt, var det ingen massiv etterspørsel etter mange påfølgende oppskytninger, hver med en massiv banelast. Dette kunne ha blitt et alvorlig problem for SpaceX, ettersom stordriftsfordeler bare slår inn hvis det er nok etterspørsel.

Løsningen var å skape sin egen etterspørsel, med etableringen av en Low-Earth Orbit (LEO) konstellasjon av telekomsatellitter, Starlink. Starlink tilbyr høyhastighets Internett til selv de mest avsidesliggende stedene.

Med lavere utskytningskostnader og seriell masseproduksjon av Starlink-satellittene, samt billigere og lettere komponenter (antenner, halvledere, solcellepaneler), har kostnadene for satellittbåndbredde sunket eksponentielt.

kilde: ARK Research

Imidlertid vil det til slutt trenge det tyngre og større stjerneskipet for å klare det endelige målet om en 42,000 5 satellitter-konstellasjon, ettersom forfallet av banene deres vil kreve en konstant strøm av relansering, med hver enkelt satellitt som har en levetid på XNUMX år.

I gjennomsnitt vil det kreve en Starship-oppskyting hver 2.3 dag, et realistisk mål ettersom det ligner den nåværende lanseringsfrekvensen til den mindre Falcon 9.

kilde: ARK Research

For øyeblikket er Starlink på vei til å nå 5 millioner brukere, et antall som i økende grad er tilpasset V3 Starlink satellittdesign, med 10 ganger båndbredden til forrige versjon.

Totalt kan det adresserbare markedet for satellitttilkobling være så stort som 130 milliarder dollar, hovedsakelig drevet av husholdninger med ingen eller dårlig tilgang til bredbånd og direkte-til-enhet-tilkobling, en teknologi som nå ble brakt til offentligheten av Starlink og T-Mobile.

kilde: ARK Research

Hypersonic Travels potensial

Et annet marked som lett når orbital og sub-orbital høyde kan opprettes fra bunnen av, er hypersonisk reise.

Når de reiser i luften, bruker fly både atmosfæren til å generere løft, men bremses også av friksjon, noe som begrenser maksimal hastighet og effektiviteten til supersonisk flyging.

Dette kan delvis løses med innovativ design, som f.eks. den supersoniske flyturen som ikke genererer en supersonisk bom på overflatenivå nylig testet av Boom Supersonic. Noen nye jetmotordesign, som Ram-Rotor Detonation Engine (RRDE), kan gjøre hypersoniske fly til en mulighet, som reiser med hastigheter over Mach 5 og mer.

Et annet alternativ er ganske enkelt å fly høyt nok til at luftfriksjon er et ikke-eksisterende problem.

I dette tilfellet kan Starship, med sine 100-200 tonn banelast, og mer for flyreiser i lavere høyde, være et interessant alternativ for å transportere relativt sett lette menneskelige passasjerer.

Point-to-Point Orbital Flight

Ved å gå i bane før de lander tilbake, kan raketter som Starship gjøre en 28-timers tur/retur, som en flytur over Stillehavet, til bare en 6-timers tur/retur, med sannsynligvis mer tid på flyplassen/romhavnen for å registrere bagasje og pass enn under flyturen.

Med et estimat på til slutt $200/kg til LEO med Starship, og en gjennomsnittlig passasjer + bagasjemasse på 110kg, ville dette bringe en tur-retur-reise til ethvert punkt på kloden til $44,000 XNUMX.

Selv om dette er en stor prislapp, kan det være nok å bare fange en liten del av globale flyreiser for å gjøre det økonomisk levedyktig.

For eksempel vil bare 5 % av passasjerene som flyr førsteklasses bytter til hypersonisk fly være et $35B-marked. Hvis halvparten gjorde det, ville det vært et marked på 35 milliarder dollar.

kilde: ARK Research

Samme type ultraraske flyvninger vurderes også for militære og humanitære søknader av Pentagon, gjennom Rakettlastprogram.

Investeringsmuligheter

SpaceX

Ved å være 10 år foran konkurrentene, er privatnoterte SpaceX elefanten i rommet til selskaper som ønsker å gripe markedet for orbital lansering.

Fra Falcon 1 til Falcon 9 og nå Starship, SpaceX har presset på hva som er mulig for romfartsindustrien, etterlater sittende konkurrenter som Boeing i støvet.

Selskapets ambisjon ser ut til å få det til å fokusere på den størst mulige raketten den har tilgjengelig, med den lille utskytningsrampen Falcon 1 nå i hovedsak forlatt, og rykter om samme skjebne for Falcon 9 når Starship har bevist sin pålitelighet.

Dette vil sannsynligvis skje relativt snart, ettersom Starship klarte flere fangster i luften ved landingstårnet "Mechazilla".

Likevel er det fortsatt noen problemer som skal løses, som illustrert av den nylige eksplosjonen av den andre delen av Starship, som førte til en "rask, uplanlagt demontering", med en ny test en måned etter å ha prøvd å fikse problemet som forårsaket det.

I det lange løp er ikke SpaceXs endelige mål jordens bane, men å bidra til Artemis Mission-målet om å bygge en månebase, og kanskje til og med før det et privat løp for å gjøre den første landingen på Mars, Musks sanne livsmål.

Dette fokuset på romoppdrag som krever tanking i bane, samt å bygge Starlink-konstellasjonen, kan gi plass til andre oppskytningsleverandører, ettersom disse ambisiøse målene sannsynligvis vil suge opp det meste av SpaceXs oppskytningsevne i flere år, eller til og med et tiår hvis Musk virkelig ønsker å bygge en by på Mars.

Rakettlab

Det desidert mest fremtredende børsnoterte rakettselskapet, Rocket Lab, er etter SpaceX, selskapet med flest oppskytinger per år, foran ikke bare private konkurrenter, men også Kina og Russland.

Selskapet er for tiden avhengig av sin lille oppskytnings delvis gjenbrukbare rakett Electron, en rakett som omtrent tilsvarer SpaceXs Falcon 1, spesialisert på hurtigoppskytinger og sjeldne banebaner.

Den skal skyte opp sin nye tyngre rakett, Neutron, i det kommende året, som vil tilsvare omtrent SpaceXs Falcon 9.

kilde: erik engheim

Selskapet utvikler samtidig HASTE (Hypersonic Accelerator Suborbital Test Electron), en modifisert elektronrakett med en stor nyttelast på 700 kg til suborbital høyde for å hjelpe USA med å teste nye design for å ta igjen kinesisk og russisk hypersonisk missilteknologi.

kilde: Rakettlab

Rocket Lab er også en produsent av satellitter og satellittkomponenter, og er det første "ende-til-ende-romselskapet" for ikke-telekomsatellitter (hvor SpaceX kunne kreve kronen). Dette gjør det til en nøkkelpartner for forsvarsentreprenører og vitenskapelige og telekomselskaper.

kilde: Rakettlab

Rocket Lab har vært viktig i produksjon av solcellepaneler i rommet siden sine 2022-oppkjøp av SolAero Technologies. Den har 1000+ satellitter drevet av disse panelene og 500+ satellitter som er planlagt lansert i løpet av de neste årene med Rocket Lab-solenergimaskinvare, for totalt 4MW solceller produsert.

Satellittoperasjonen gir mye kontantstrøm til selskapet, i tillegg til en verdifull pipeline av oppskytningskontrakter.

På lang sikt vil Rocket Labs suksess sannsynligvis avhenge av nøytronrakettens evne til å fange opp nok kontrakter til å oppnå de nødvendige stordriftsfordelene for å konkurrere tå-til-tå med SpaceX.

Blå Opprinnelse

Et annet teknologimilliardær kjæledyrprosjekt, Blue Origins, ble opprettet av Amazon-grunnlegger Jeff Bezos. Til tross for mye større finansiering har den så langt ligget noe etter SpaceX når det gjelder utvikling.

Selv om dette kan tilskrives ulike teknologiske valg, er de viktigste faktorene et helt annet sluttmål og tilnærming til ingeniørarbeid.

Mens SpaceX har en "bryt ting og beveger seg raskt"-filosofi, har Blue Origin (og Amazon) noe av en "sakte og jevn" tilnærming, reflektert i mottoet "Gradatim Ferociter", som er latin for "Step by Step, Ferociously."

Dette gjør sammenligningen mellom de to selskapene til en potensiell påminnelse om historien om haren og skilpadden. Det er en sammenligning Blue Origin tydelig omfavner, opp til å ha en skilpadde i selskapets våpenskjold.

kilde: Ars Technica

Den etterlengtede New Glenn vellykkede flyturen i januar 2025, som gjorde selskapets første forsøk på baneoppskyting, har satt Blue Origin tilbake i løpet på en spektakulær måte. Denne suksessen kom etter et lederskifte, med Blue Origins administrerende direktør som kommer fra Amazon, Dave Limp, erstatter den forrige administrerende direktøren Bob Smith som opprinnelig kom fra Honeywell.

New Glenn er også en massiv rakett, større enn til og med Falcon Heavy og bare overskygget av Starship.

kilde: Technology.org

Nye Glenn skal kunne skyte ut 45 tonn i bane, en imponerende kapasitet, spesielt for en første baneoppskyting noensinne. Blue Origin er også fullstendig vertikalt integrert og øker nå produksjonen og både boosteren og andre trinn av New Glenn.

Et annet fremtidig prosjekt for Blue Origin er månelanderen, med Mark 1 som forventes å lanseres et sted i 2026, og Mark 2, to ganger større, allerede under forberedelse.

Til slutt, Blue Origins sluttmål er også unikt. Det er ikke Månen eller Mars, men ideen om å flytte all tung og forurensende industri bort fra Jorden, og kanskje til og med det meste av verdens befolkning også, inn i massive kunstige habitater.

kilde: Blå Opprinnelse

Utfordringer og risikoer

Sikkerhet

Romfartøyer er i sin natur farlige, de bærer 90 %+ av vekten i svært reaktivt og ustabilt drivstoff, og bruker det deretter til fremdrift ved høye temperaturer ved høy hastighet.

Så mens gjenbruk i seg selv nå er en utprøvd og utprøvd teknologi, vedvarer risikoen for å gå glipp av noe mekanisk stress eller skjult kritisk feil under overhalinger som varer i knapt noen uker.

Dette er allerede problematisk med satellitter, men mindre tålelig med astronauter; og helt ikke akseptabelt for vanlig hypersonisk flyvning med kommersielle passasjerer.

Jo større rakettene er, desto større er risikoen for bakkebaserte anlegg og befolkning i tilfelle feil.

Så totalt sett, mens fremtiden vår tydeligvis er i verdensrommet, og raskere enn håpet før SpaceX, kan vi forvente at sikkerhet og regulering kan bremse oss litt på veien for å tilfeldig bestille en flybillett til Månen eller Mars.

Offentlige kontrakter

Til nå har mange SpaceX og alle andre romselskaper vært sterkt knyttet til offentlige kontrakter, fra NASA-oppdrag til hemmelighetsfulle Pentagon-kontrakter eller nasjonale interesser og vitenskapelige og industrielle politikker til europeiske, russiske og kinesiske romfartsorganisasjoner.

For virkelig å bli en industri på egen hånd, trenger vi romselskaper for å vinne mesteparten av inntektene sine fra kommersiell aktivitet.

For øyeblikket er de to mest sannsynlige sektorene for å gi hundrevis av milliarder årlig for å opprettholde industriens fremgang rombasert Internett og hypersoniske flyvninger.

Kommersialiserings- og investeringsstrategi

En annen sannsynlig kandidat for kommersiell innen 2040-årene vil være rombasert solenergi, som til slutt kan gi Jorden en ubegrenset tilførsel av konstant produsert grønn energi, en idé vi utviklet i detalj i "Rombaserte energiløsninger for endeløs ren energi".

Før det kan romturisme bli en industri i seg selv, ettersom opplevelsen av vektløshet og kanskje et kort opphold på noen dager i bane ville være høyt verdsatt og ville konkurrere med andre former for "ekstrem luksuseventyr" som å bestige Mount Everest.

Et siste alternativ kan være asteroide gruvedrift, en fortsatt uutviklet teknologi, men som potensielt kan erstatte en stor del av gruveindustrien på $2.2T. Imidlertid vil alle disse alternativene sannsynligvis ta et tiår eller to før de genererer betydelige inntekter, noe som kan være dødelig for de fleste selskaper.

Så uansett veien til kommersialisering av plass, er det sannsynlig at bare noen få nøkkelleverandører vil lykkes. Historisk sett har små lanseringsleverandører hatt en høy feilrate, med bare 17 operative av de nesten 200 som ble opprettet siden 1996.

kilde: ARK Research

Med den allerede sterke posisjonen til private aktører som SpaceX og Blue Origin, og sannsynligvis nye sterke konkurrenter som kommer fra Kina med statlig støtte i fremtiden, kan dette bli et vanskelig landskap for investorer.

Potensielt kan andre former for romselskaper, som for eksempel å utvikle habitatmoduler eller autonome hydroponikkfarmer for fremtidige romhoteller og månebaser, være andre typer vinnende investeringer i fremtidens romøkonomi.

Konklusjon

De kollapsende kostnadene ved å nå banen endrer romindustrien fullstendig, og åpner en helt ny måte å tjene penger på å nå banen. Dette gjør at sektoren går fra en forsvars- og regjeringsdrevet industri til mer kommersielt fokuserte virksomheter.

I nær fremtid vil telekom sannsynligvis være den viktigste inntektsdriveren, etterfulgt av hypersoniske flyvninger og romturisme. På lengre sikt kan mye større industrier som energi- og gruvesektoren, eller til og med produksjon, begynne å flytte til verdensrommet også.

For nå har SpaceX vært den nesten ubestridte vinneren av dette nye romkappløpet, takket være Elon Musks ledelse. Dette kan imidlertid endre seg snart, med seriøse utfordrere som Rocket Lab og Blue Origin som fanger opp, så vel som fremtidige konkurrenter fra Kina.