Авіаційно-космічний
Вирішення проблеми космічного сміття за допомогою кругової орбітальної економіки
Securities.io дотримується суворих редакційних стандартів і може отримувати винагороду за перевірені посилання. Ми не є зареєстрованим інвестиційним консультантом, і це не є інвестиційною порадою. Будь ласка, перегляньте наші розкриття партнерів.
TL, д-р
- Космічне сміття швидко зростає та загрожує супутникам, зв'язку та майбутнім космічним місіям.
- Циркулярна орбітальна економіка застосовує принципи скорочення, повторного використання та переробки до супутників та сміття.
- Дослідники з Університету Суррея пропонують використовувати покинуті супутники як матеріали на орбіті.
- Rocket Lab та інші компанії вдосконалюють багаторазові ракети та рішення для уламків.
Чому сталий розвиток космосу зараз вимагає циркулярної орбітальної економіки
Світанок нової космічної ери вже близько завдяки багаторазовим ракетам та різкому падінню витрат на досягнення орбіти. SpaceX, Blue Origin, Rocket Lab, Relativity Space, а також китайські ракети.
Але чим більше маси ми піднімаємо в космос, тим більше космічного сміття стає проблемою. Оскільки матеріал на орбіті може залишатися там десятиліттями, а на більш віддалених орбітах навіть століттями, це означає, що в небі все ще залишаються тонни старих супутників.
Що ще більш проблематично, ці супутники час від часу стикаються один з одним, розпадаючись на безліч кулеподібних фрагментів. І аналогія з кулями не передає суті справи, оскільки середня швидкість польоту космічного сміття становить 28 000 км/год (17 500 миль/год), що набагато, набагато швидше, ніж будь-яка гармата коли-небудь вистрілювала свої боєприпаси.
Тож навіть найменші уламки можуть мати катастрофічні наслідки, якщо вдаряться про працюючий супутник.
Це може мати ще гірші наслідки у випадку ланцюгової реакції, яку теоретично називають «синдромом Кесслера»: зіткнення між супутником і космічним сміттям призводить до утворення більшої кількості уламків, що, у свою чергу, спричиняє ще більше зіткнень і ще більше уламків, створюючи ланцюгову реакцію, яка знищує все на орбіті Землі.
Такі зіткнення вже є причиною приблизно 2/3rd космічного сміття, а іншим основним джерелом є виведені з експлуатації космічні апарати.
джерело: Хімічна циркулярність
Наразі синдром Кесслера був би дуже руйнівним, руйнуючи телекомунікації, космічні зображення та науку, а також системи раннього виявлення ядерної зброї.
Це пов'язано з цілком реальним ризиком, оскільки нових супутникових сузір'їв більше, ніж усіх супутників, запущених досі. комбінованийІ це ще до того, як ми почнемо будувати місячні бази, марсіанські колонії чи Орбітальні сонячні батареї масштабу гігават.
джерело: Наш світ у даних
Досі єдиним варіантом позбутися космічного сміття було падіння на Землю та згоряння в атмосфері або повне виведення з орбіти. Тому багато старих супутників переміщуються на «цвинтарні орбіти», а інші перетворюються на дрейфуюче орбітальне сміття, яке може порушити роботу активних систем.
«Оскільки космічна активність прискорюється, від мегасузір'їв супутників до майбутніх місій на Місяць і Марс, ми повинні переконатися, що дослідження не повторять помилок, зроблених на Землі.»
Дійсно стале космічне майбутнє починається зі спільної роботи технологій, матеріалів та систем.
Можливо, ситуація змінюється завдяки пропозиції дослідників з Університету Суррея переробляти всі супутники та космічне сміття. Вони опублікували свою роботу в науковому журналі Chem Circularity.1, під назвою «Ефективність використання ресурсів та матеріалів у циркулярній космічній економіці".
Побудова циркулярної космічної економіки
На перший погляд може здатися, що застосувати до космосу фундамент циркулярної економіки «3R»: скорочення, повторне використання та переробка, буде складно, оскільки нам ледве вдається застосовувати це на місцях.
джерело: Хімічна циркулярність
Але водночас, майбутня загроза синдрому Кесслера може бути чудовою мотивацією, оскільки вона зробить майже будь-які майбутні космічні подорожі неможливими.
Ще один фактор полягає в тому, що відправка будь-якої маси на орбіту коштує чимало грошей, тому матеріали, доступні на місці, повинні бути набагато дешевшими. Фактично, це зробило б космічне сміття та покинуті супутники найціннішим матеріалом для переробки.
Наразі ця вартість становить близько 2,500–10 000 доларів за кг маси, що виводиться на нижчу навколоземну орбіту (НОО) за допомогою найкращих багаторазових ракет, і ще вищі ціни для вищих орбіт або якщо її відправляють меншими ракетами.
За оцінками Європейського космічного агентства (ЄКА), на орбіті зараз знаходиться приблизно 6,000 метричних тонн викинутого матеріалу. Навіть не враховуючи перевагу зменшення ризиків, пов'язаних з космічним сміттям, це теоретично становить до 10 мільярдів доларів вартості запуску матеріалу, який вже знаходиться на орбіті.
Проведіть пальцем, щоб прокрутити →
| Підхід | Переваги | Виклики |
|---|---|---|
| Зменшити | Довговічніші супутники, менше запусків, безпечніші орбіти | Вимагає нових стандартів, заправних вузлів, модульних конструкцій |
| Повторне використання | Перепрофілювання обладнання, зниження витрат, розширення цінності місії | Радіаційне пошкодження обмежує довгострокове повторне використання |
| Переробка | Відновлюємо цінні матеріали, зменшуємо кількість сміття, забезпечуємо орбітальне виробництво | Складне розбирання, металургія мікрогравітації все ще експериментальна |
Як 3R застосовуються до космосу: Зменшення, Повторне використання, Переробка
Зменшити
Першим кроком більшості підходів до сталого розвитку є компонент скорочення, що означає зменшення попиту на ресурси або необхідні матеріали.
Цей крок можна вирішити, створивши супутники та космічні апарати, які служать довше та їх легше ремонтувати в космосі.
Важливим моментом тут є те, що термін служби більшості супутників визначається не їхньою поломкою, а вичерпанням палива для стабілізації їхньої орбіти.
Отже, більше паливного сховища, яке потребує маси (менш нагальне міркування, оскільки вартість орбітальних запусків зменшується), або система заправки з «космічного танкера» радикально зменшить виробництво космічного сміття та збільшить термін служби супутників.
Космічні станції можуть перейти від своєї нинішньої ролі людського житла до центру заправки, а також технічного обслуговування та ремонту.
Метод «Зменшення» також можна застосовувати для зменшення забруднення та вже наявних відходів. Місія RemoveDEBRIS, також частково розроблений Університетом Суррея, успішно продемонстрував кілька ключових технологій активного видалення сміття (ADR): захоплення сітками, гарпунні системи, навігацію на основі зору та розгортання гальмівних вітрил.
Безконтактні підходи, включаючи іонно-променеве керування та лазерні двигуни для повернення уламків на Землю, можуть допомогти зменшити кількість накопиченого космічного сміття.
Повторне використання
Звичайно, повністю повторно використовувані ракети є значним покращенням сталого розвитку космічної економіки, оскільки вони уникають руйнування придатних для використання матеріалів під час кожного запуску.
Подальшим кроком може бути виведення з експлуатації більшості багаторазових ракет ближче до кінця їхнього терміну служби, але не на Землі, а в космосі. Їх можна перетворити на орбітальний танкер, компоненти для космічних станцій, космічні середовища існування та платформу для компонентів супутників.
Також можна покращити повторне використання супутників, включаючи перепризначення супутників, що завершили термін їхньої місії, для виконання нових завдань або адаптацію технологій базових станцій для додаткових застосувань.
Частковий демонтаж, наприклад, збір оптики, електроніки або сонячних панелей для повторного використання в іншому пристрої, також може стати основою стратегії повторного використання та першим будівельним блоком орбітальної виробничої галузі.
Однак тривалий вплив космічного випромінювання, термічних циклів та ударів мікрометеороїдів призводить до незворотного погіршення характеристик космічних апаратів, що не є варіантом для такої вимогливої галузі, як космічні польоти.
Отже, зрештою, всі космічні пристрої потрібно буде або знищити, або переробити.
джерело: Хімічна циркулярність
Переробка
Оскільки супутники та космічні апарати є дуже передовими технологіями, вони багаті на дорогоцінні матеріали та рідкісні метали, окрім свого «дорогого» розташування на орбіті.
Серед того, що можна переробити, електронні компоненти та основні конструкційні матеріали, ймовірно, забезпечать найбільшу цінність завдяки великій кількості кремнію, алюмінію, міді, титану, вольфраму та нікелю.
джерело: Хімічна циркулярність
«Нам потрібні інновації на кожному рівні, від матеріалів, які можна повторно використовувати або переробляти на орбіті, та модульних космічних кораблів, які можна модернізувати, а не викидати, до систем даних, які відстежують старіння обладнання в космосі».
Однак переробка буде найбільш технічно складним завданням, оскільки процес обробки, демонтажу, фільтрації та переплавлення матеріалів у космосі ледве почав глибоко вивчатися. Наприклад, каркаси, ізоляція, електроніка та захисні матеріали часто скріплені таким чином, що це перешкоджає їх демонтажу або відновленню.
Допомога зі штучним інтелектом
Завдяки штучному інтелекту можна розробляти ефективніші космічні апарати. Це може включати в себе кращі матеріали, а також, наприклад, нижчі вимоги до пропускної здатності, як у випадку місії PhiSat-1 Європейського космічного агентства (ЄКА), яка використовує бортовий штучний інтелект для фільтрації зображень Землі, вкритих хмарами, щоб передавати на Землю лише корисні дані.
Штучний інтелект також може бути використаний для захоплення старих супутників та космічного сміття, завдання, яке вимагає блискавичної реакції, але, ймовірно, також занадто небезпечне для пілотованого космічного корабля.
Завдяки забезпеченню прийняття рішень у режимі реального часу, прогнозної аналітики та автономних операцій, штучний інтелект допомагає зменшити споживання ресурсів, мінімізувати відходи та покращити загальну стійкість.
Потрібні зміни політики
Для всіх принципів 3R, але особливо для частини переробки, необхідно впровадити нові стандарти у виробництві та дизайні.
Наприклад, чітке відстеження матеріалу, що міститься в супутнику, та його структури має бути задокументованим, архівованим та доступним протягом багатьох років або десятиліть у майбутньому, коли настане час для переробки.
Більш довговічні конструкції також слід заохочувати або навіть вимагати їх у новій політичній базі щодо аерокосмічного виробництва та ризиків, пов'язаних з космічним сміттям.
«Не менш важливо, що нам потрібна міжнародна співпраця та політичні рамки для заохочення повторного використання та відновлення за межами Землі».
Наступний етап стосується поєднання хімії, дизайну та управління, щоб перетворити сталий розвиток на модель за замовчуванням для космосу».
Зрештою, використання виробництва ресурсів in-situ у космосі (астероїди), на Місяці чи Марсі також набуватиме дедалі більшого значення в дискусії про переробку космічного простору, виробництво та забруднення.
Інвестиційний кут: компанії, що рухають космічний сталий розвиток
Ракетна лабораторія
(RKLB )
Rocket Lab — найбільша публічна ракетна компанія (з 2021 року) та один із найсерйозніших конкурентів SpaceX на ринку ракет багаторазового використання.
Спочатку компанія зосередилася на малих ракетах, зокрема на системі запуску Electron (320 кг корисного навантаження), яка поступово перетворюється на частково багаторазова ракета. Наразі Electron розгорнув 224 супутників у 70 запусках.
Пізніше Rocket Lab розробляє Neutron, багаторазову ракету середньої потужності, вантажопідйомність якої зараз оцінюється в 13 000 кг до низької навколоземної орбіти та ~1,500 кг до Марса/Венери, що позиціонує її прямо проти Falcon 9 для місій середнього класу.
Джерело: Ракетна лабораторія
«Нейтрон» буде оснащений ракетним двигуном, що спалює метан (як у «Зоряного корабля»), що, схоже, є трендом для наступного покоління ракет.
Він буде використовувати нещодавно відкритий Стартовий комплекс 3, А також спеціально побудований посадковий майданчик у морі, побудований верф'ю Bollinger Shipyards, найбільша приватна компанія з будівництва та ремонту нових судноплавних суден у Сполучених Штатах.
джерело: Ракетна лабораторія
Компанія також вирізняється повністю вертикально інтегрованим процесом виробництва супутників, що дозволяє їй оптимізувати витрати та швидкість проектування.
Це призвело до кількох контрактів з NASA та урядом США, в тому числі контракт на військовий супутник на суму 515 мільйонів доларів. І цивільний контракт на 143 мільйони доларів для Globalstar.
Rocket Lab також є великим виробником сонячних панелей для супутників після придбання SolAero Technologies у 2022 році, із понад 1000 супутниками, які живляться від цих панелей, і загалом виготовлено сонячні елементи потужністю 4 МВт.
Джерело: Ракетна лабораторія
Наразі його система запуску залежить від зовнішніх постачальників деталей, але ряд стратегічних придбань змінює це, відтворюючи для систем запуску стратегію вертикальної інтеграції, вже досягнуту в проектуванні та виробництві супутників.
Компанія також розглядає можливість створення телекомунікаційного угруповання LEO для отримання постійних доходів. Це також сприяє дослідженню для виробництво в космосі з Varda Space Industries та перевірка орбітального сміття.
Хоча SpaceX мала бізнес-талант (і гроші) Ілона Маска для розробки своєї технології з нуля, Rocket Lab використовувала поєднання досліджень і розробок та придбань для вертикальної інтеграції необхідної технології.
Він виявився дуже успішним у виробництві супутників, і тепер вони прагнуть відтворити цю стратегію для ракет багаторазового використання. Враховуючи існуючий грошовий потік від виробництва супутників та успіхи Electron, Rocket Lab є гарним кандидатом, щоб наздогнати SpaceX у стартовому ривку.
(Ви можете дізнатися більше про компанію у нашому спеціальному інвестиційному звіті про Rocket Lab.)
Інвестор на винос
- Орбітальне сміття стає трильйонною загрозою для світової космічної економіки.
- Компанії, які освоїли видалення уламків, переробку та багаторазові системи запуску, можуть отримати нові потоки доходів.
- Вертикальна інтеграція та багаторазова ракета Neutron від Rocket Lab дають їй змогу стати одним із головних переможців у сфері сталого розвитку.
Останні новини та події щодо акцій Rocket Lab (RKLB)
Список використаної літератури:
1. Ян, З., Лю, Л., Сін, Л., Амара, А., і Сюань, Дж. (2025). Ефективність використання ресурсів та матеріалів у циркулярній космічній економіці. Хімічна циркулярність, 100001. https://doi.org/10.1016/j.checir.2025.100001
