Du forage des astéroïdes

Le Luxembourg a déclaré dernièrement vouloir se lancer dans le forage spatial – voir cet article du Monde. Cette annonce intervient plus de 5 ans après la création de Planetary Resources (Arkyd Technology à l’époque) aux États-Unis, avec une vocation similaire. Pourquoi un pays comme le Luxembourg se lance dans ce domaine et quelles sont les prospectives dans ce domaine ?

Un manque de ressources naturel prédictible

Tout d’abord, il convient de commencer par le commencement. L’objectif d’une telle entreprise est de récupérer des ressources naturelles, qu’il s’agisse de ressources matérielles comme les métaux ou de ressources immatérielles comme l’énergie solaire. Pour un pays comme le Luxembourg, relativement limité dans son expansion géographique, cela peut être une aubaine. De plus, nous atteignons au 21ème siècle les pics de production d’une bonne partie des ressources extractibles de la couche terrestre: le pic du pétrole a très probablement eu lieu en 2015, pour le cuivre c’est dans une quarantaine d’années, et pour le reste on a un poil plus de marge, même si cela dépend énormément des usages futurs. Et cette marge n’est qu’une ou deux génération, donc si ce n’est pas nos enfants qui voient le problème, ce seront nos petits-enfants ou nos arrières petits-enfants.

Et la puissance d’un pays – ou d’un individu soit dit en passant – se mesure à ses ressources. Derrière chaque conflit il est possible de voir cette composante: de besoins matériels primaires dans l’antiquité avec l’accès à l’eau et aux terres arables jusqu’aux besoins matériels… primaires au 20ème siècle en ce qui concerne le pétrole. A ce sujet je vous recommande vivement la lecture d’Or noir, un livre de Matthieu Auzanneau.

Il est donc dans l’ordre des choses que l’on s’intéresse à exploiter des ressources qui étaient jusqu’à présent réputée non accessible. Le sont-elles devenues et assistera-t-on à une ruée vers les astéroïdes tout comme nous avons vécus des ruées vers l’or noir ? La question mérite d’être posée et disons le franchement, c’est loin d’être gagné !

Le matériel du foreur d’astéroïdes

Mettons que demain vous décidiez de monter votre société d’exploitation astéroïdes : Astéoforage. La première chose à faire est de savoir pourquoi personne ne l’a fait jusqu’à présent. La réponse est assez simple : envoyer du matériel dans l’espace coûte extrêmement cher et il est beaucoup plus simple de creuser des trous. Mais alors pourquoi d’autres société se lancent dans ce domaine ? Sont-ils fous ?

Avec le constat que les matières premières vont être plus difficiles à exploiter, ce qui va entrainer une très grosse volatilité des prix et une augmentation du prix moyen (à moyenner sur 5/10 ans !), on peut se dire qu’il est bon d’investiguer les autres solutions aussi folles soient elles. On veut donc aller exploiter des cailloux dans l’espace et ça va impliquer d’envoyer pleins de machins en l’air. Même si SpaceX fait énormément de progrès dans ce domaine, il faut bien avoir conscience qu’à terme le coût pour envoyer un kilogramme dans l’espace restera important. Une Falcon 9 c’est actuellement $12 000/kg en orbite de transfert géostationnaire. Si tout va bien avec la réutilisation, on peut espérer réduire ce coût de 60% sur ce lanceur. Avec la future Falcon 9 Heavy, et là encore en tablant sur une récupération totale, on peut descendre à $1 500/kg. Il est difficilement envisageable d’avoir un coût inférieur à $1,000/kg en GTO dans un avenir proche. C’est beaucoup plus que du transport par avion et étant donné le poids du matériel de forage, il est rapide de voir qu’on ne va pas pouvoir tout transporter depuis la Terre. Il va falloir faire une exploitation qui soit autonome.

Et être autonome dans l’Espace c’est dur. Déjà, on va dire que les humains n’auront qu’une très faible présence physique : il faut leur fournir un environnement sous pression, tempéré, leur prévoir la bouffe, le couchage, des fenêtres, des allers-retours, etc… Ça tombe bien, on commence à avoir de l’intelligence artificielle qui fait des trucs sympas. C’est pas encore totalement autonome mais ça a le mérite de pouvoir réagir à pas mal de choses. Dans quelques années, un simple supervision à distance pourra suffire.

Deuxième problème : l’énergie. On ne fait rien sans énergie et miner des astéroïdes, faire de la transformation de métaux, c’est extrêmement demandeur en énergie. Pour information, l’un de métaux les plus précieux au 18ème siècle était l’aluminium. Oui, le truc dans lequel on emballe son déjeuner était plus précieux que l’or et l’argent à une époque ! Si vous avez une machine à voyager dans le temps, emportez plein de sandwich dans du papier alu, vous aurez de quoi manger et ferez fortune. La raison est qu’il faut une énorme quantité d’énergie pour transformer l’aluminium oxydé dans son état naturel en un métal pur. Et cette énergie, nous ne l’avions pas sans le charbon et surtout le pétrole. Il va donc falloir récupérer de l’énergie, ce qui va sans doute être de l’énergie solaire car on n’a pas vraiment mieux dans l’espace : l’autre solution c’est le nucléaire mais outre le fait que c’est extrêmement lourd, ça a le double inconvénient de nécessiter des combustibles et de devoir dégager énormément de chaleur.

Le solaire spatial peut faire mieux que le solaire terrestre de par son exposition permanente au soleil avec le meilleur angle possible, ainsi que l’absence de gravité qui permet d’économiser sur le structure. Par contre ça reste du solaire et il va falloir des quantités massives d’énergie. Je vous renvoie au site du CNRS pour les chiffres mais par exemple, il faut 17kWhr pour produire 1kg de cuivre, qui fait partie des moins chers (60kWhr pour l’aluminium, 86MWhr pour l’or). Au niveau de la planète Mars, on a environ 700W/m2 de soleil, et pour les astéroïdes on parle de 100 à 500W/m2. Avec un rendement de 10%, on a au mieux du 50W/m2 et il faudra donc 14m2 de panneaux solaires pour produire un petit kg de cuivre en une journée. 70 000m2 – 10 terrains de football – de panneaux pour produire un kg d’or par jour. Ce n’est pas extrêmement dégueulasse mais c’est quand même une grosse contrainte parce qu’il ne faut pas oublier qu’une fois qu’on a les métaux, il faut à nouveau de l’énergie pour les transformer en panneaux solaire ou autre matériel de forage.

Car enfin, troisième contrainte, la matériel ça s’use. Il va donc falloir prévoir d’en refabriquer à nouveau. Pour tout ce qui est structure, pas de problème car 1) la structure n’a pas besoin d’être massive du fait de l’absence de gravité, 2) ça s’use pas trop vite et 3) on mine des métaux, on peut très bien envisager d’en utiliser une partie pour fabriquer des éléments sur place, par impression 3D ou autre. Par contre pour le reste c’est plus compliqué. On ne va pas pouvoir se passer de la fabrication des panneaux solaires mais pour toute l’électronique, dans le meilleur des cas on aura une usine fabriquée sur Terre et lancée toute construite dans l’Espace. Pour fabriquer un microprocesseur, il faut énormément de matériaux et de produits pour le microprocesseur lui-même mais aussi pour l’usine qui le fabrique. Il faut bien comprendre qu’il ne s’agit pas de prendre en compte uniquement une étape de fabrication, mais bien toutes les étapes, depuis la ressource rocheuse jusqu’au produit final. Il est donc très probable quand dans un premier temps, les activités ne soient pas totalement autonome mais fassent appel à un certain nombre de produits finis venant de Terre.

Et tout ça pour quoi faire ?

Supposons maintenant que vous puissiez avoir un système relativement autonome, capable de grossir de lui même en captant plus d’énergie qu’il n’en consomme pour se reproduire. Première constat, vous avez créé une vie robotique ! On peut certes digresser sur le fait que sa reproduction peut avoir besoin d’éléments fournis par les humains mais cela ne fait qu’une relation symbiotique entre deux espèces.

Deuxième constat, vous avez accès à une production d’énergie et de matériaux extrêmement importante. Les transports ne vous coûtent rien car le carburant vient de l’eau des astéroïdes et l’énergie provient du soleil. Donc à partir de ce moment là, alors que la Terre s’englue dans une récession de longue durée du fait de l’accès de plus en plus compliqué aux ressources, vous avez à votre disposition de quoi faire tourner des usines, produire à volonté des biens, le tout sans polluer la Terre (mais en annihilant la ceinture d’astéroïdes, on ne peut pas tout avoir). Vus êtes le nouveau roi du pétrole car vous posséder quelque chose que tout le monde va rechercher : des possibilités de croissance énorme avec une masse totale équivalente à 1/25ème de la masse de la Lune.

Mais elle est où l’arnaque ?

Le problème d’une telle opération, c’est qu’elle est extrêmement capitalistique. Uniquement pour commencer l’exploration, on va parler en plusieurs dizaines de milliards d’euros. Et pour commencer l’exploitation, on va très sans doute taper dans les trilliards. Tout ceci pour une opération extrémement risquée et avec un retour sur investissement extrémement long du fait des temps de trajets (en années) et de la faible puissance d’énergie disponibles. Il ne faut pas compter sur une retour sur investissement à moins de 50 ans, ce qui est pire qu’une centrale nucléaire, domaine qui a beaucoup de mal à être pris en charge par les acteurs privés.

Mais qu’allait faire le Luxembourg dans cette galère ?

L’intérêt pour le Luxembourg de se lancer dans ce domaine via des aides aux startups, c’est de se positionner sur un domaine qui à des possibilités de croissance futures. Mais il est important de noter qu’ils ne vont pas financer les projets, ils se positionnent surtout pour être le point de départ de ces projets et s’assurer que toute la gestion du capital nécessaire à ces activités passe chez eux. Car c’est ce qu’ils font déjà dans le spatial : les acteurs des télécoms comme SES ou Eutelsat ont pour métier principal la gestion d’investissements dans des éléments très capitalistiques. Ils doivent s’assurer que ces éléments fournissent un retour sur investissement correct.

Starship Technologies

The London-based startup Starship announced today a new product for local delivery. With a such name I could not miss it. But contrary to the previous news about delivery robots, this one fits better how I see things going in the future.

In the past few years we have seen news report about drones flying around to deliver packages, and most of these ideas are dumb on a technical point of view. Sure, when Amazon said that they would deliver by drones they made a great media stunt, but that’s it. The only market where using drones beats the use of vehicles is for ultra fast delivery, but at what cost? And how often do you need something marginaly faster than what a car can do? The only

The reasons drones are not well suited for parcel delivery is that they use a lot of energy. A hell lot more than a vehicle. A drone will need to use energy in order to move from A to B, much like any vehicle, but needs also much more energy to hover. And therefore needs storage for this extra energy, which adds weight, which raise the energy use for the hovering…

Low-speed vehicles have always been more efficient: the drag increases with the square of the speed of your vehicle. The main reason they are not ubiquitous today is because you need a driver, and humans are expensive, heavy and need luxury like a seat, air-conditioning, a dashboard. But progress has been made in self-driving cars and even if we are still many years before a computer can fully drive a car like a human, they can now perform quite well in low-speed environment (and at high speed with a friendly road like a highway). This is ideal for the distribution of packages.

Space Apps Challenge 2015 – what a weekend!

During the last weekend, instead of enjoying a wonderful sunshine in London, I decided to spend my time working with other space geeks. Every year, NASA is organising the NASA Space Apps Challenge, a hackathon focused on space exploration and taking place all over the world. You can find more information on their website.

Different challenges where available, going from purely technical topics to communication. And we all know how space is not only about engineering. Whether you are doing commercial or scientific programmes, you need people to sell your project.

I had a quick look at the challenges beforehand and I was going to have a look at the thermal challenge or the deep space camsat. But my focus changed when SpaceKate presented her idea of an app taking the opportunity of Tim Peake’s next travel to space to make people exercise. Here was an idea that can appeal to people who usually do not care about space.

The pitch is quite simple: an app where people can log their exercise to earn points (sorry, rocket fuel) and compare themselves with the daily two-hour exercise Tim Peake will need to do while being on the ISS.

A team of six people soon formed. Among us, two graphic designers, an architect, a journalist, a software engineer from IBM and me. After a first meeting trying to define a bit more clearly what we want to achieve in the end, and what should be done, I ended being responsible for the linkage among the different parts (runkeeper API, the social networks, and the Bluemix microservice built by Steve). The good part is that there was no need to write a big ICD for it. The bad part is that all this shall be written in JavaScript and the last (a first) time I used this language was when I was at my previous Space Apps challenge. Web developers reading this may laugh, but for someone used to work on embedded software and shell scripts like me, dealing with REST services and web development is quite disorienting. Especially how to deal with cross domain queries, which is still unclear somehow.

At the end of the first day, I was able to recover some information from my Runkeeper account. It did only contain a handful of 0-meter walks as I do not use this app usually but hey, they have an API contrary to some of their competitors so, kudos guys! The next steps was to actually implement the login in the webapp and communicate with the Bluemix microservice. Easy? I thought so as well!

Next morning, after a short night in my bed contrary to some of the people at the hackathon, I started working on the oauth protocol used to recover the token from Runkeeper API. Everything seemed to be normal, including the headers that I had wrong at the beginning. But still no way to recover this damn’ token. And the clock was ticking: all the code was to be published at noon. I changed to focus on having a working demo, even if some elements underlying were not working as expected. I was able to implement a form, recover runkeeper data with a hard-coded token, and provide them to Steve’s microservices in order to recover some nice facts and the number of points.

More than this small work on coding, the presentation by Kate and Steve as well as the beautiful website created by Jean using wonderful graphic elements from Kate, Natasha and David seem to have impressed the jury. We were selected as winner of the London Space Apps challenge along the team of the SS Cornelius who worked on a cubesat taking selfies of its mothership!

What’s next? We now have to prepare a video and represent London at the global challenge. Of course, we will need a more complete website to go farther but with the energy given by this weekend, everything is possible. Even Tim Peake loves the idea!