Max Arshavasky, medeoprichter en CEO van Zenno Astronautics – interviewreeks

Max Arshavsky, medeoprichter en CEO van Zenno Astronautics, is ondernemer en ingenieur en richt zich op de ontwikkeling van supergeleidende technologieën voor gebruik in de ruimte. Hij richtte Zenno in 2017 op, terwijl hij engineering studeerde aan de University of Auckland. Daar kreeg het bedrijf later een eerste impuls door de Velocity $100K Challenge van de universiteit te winnen. Onder zijn leiding heeft Zenno zich ontwikkeld van een onderzoeksconcept in een vroeg stadium tot een demonstratie van supergeleidende technologie in een baan om de aarde. Ook heeft het bedrijf relaties opgebouwd met grote organisaties in de lucht- en ruimtevaart en de technologiesector, waaronder Mitsubishi Electric. Arshavsky’s bredere visie draait om het creëren van schaalbare infrastructuur waarmee ruimtevaartuigen en toekomstige ruimtegebonden industrieën minder afhankelijk kunnen zijn van brandstof en andere hulpbronnen die vanaf de aarde worden aangevoerd.

Zenno Astronautics is een ruimtevaarttechnologiebedrijf uit Nieuw-Zeeland dat een elektromagnetisch platform ontwikkelt op basis van supergeleidende magnetische systemen. De technologie is bedoeld voor toepassingen zoals het positioneren en de standregeling van ruimtevaartuigen zonder brandstof, elektromagnetische versnelling en uiteindelijk stralingsafscherming en andere infrastructuur die nodig is voor langdurige activiteiten in de ruimte. Het vlaggenschipproduct, de Z01 Supertorquer, gebruikt een regelbaar magnetisch veld om in wisselwerking te treden met het aardmagnetisch veld en de oriëntatie van een satelliet aan te passen zonder stuwstof te verbruiken. Zenno heeft bovendien met succes supergeleidende technologie in een baan om de aarde gebruikt. Het bedrijf werkt nu toe naar commercialisering en bredere toepassing van zijn technologie. Daartoe werkt het samen met Mitsubishi Electric aan de evaluatie en simulatie van de Z01 voor toekomstige satellietmissies.

U hebt Zenno Astronautics in 2017 mede opgericht vanuit het idee om supergeleidende magnetische technologieën in de ruimte te gebruiken. Wat overtuigde u er aanvankelijk van dat magnetisme een praktische basis kon vormen voor infrastructuur voor ruimtevaartuigen, en hoe heeft die visie zich ontwikkeld nu het bedrijf de stap heeft gezet van concept naar hardware die in een baan om de aarde werkt?

Op een gegeven moment werd het me duidelijk dat de mensheid zich buiten de aarde uitbreidt. Dat geldt zowel voor onze technologische expansie als, uiteindelijk, voor een veel grotere menselijke aanwezigheid in de ruimte. Ik begon na te denken over hoe dat er op grote schaal uit zou zien en wat we nodig zouden hebben om het duurzaam te maken.

Ik kwam tot de conclusie dat we moeten leren de hulpbronnen te benutten die al in de ruimte beschikbaar zijn, in plaats van steeds afhankelijk te blijven van hulpbronnen die vanaf de aarde worden aangevoerd. Een van de meest overvloedige hulpbronnen is zonne-energie. De vraag is dan: hoe zet je die energie om in nuttige fysieke arbeid in de ruimte?

Het antwoord was elektromagnetisme, en uiteindelijk supergeleidend elektromagnetisme. Als we uiterst krachtige magnetische systemen kunnen maken die efficiënt in de ruimte werken, kunnen we energie gaan gebruiken om arbeid te verrichten zonder afhankelijk te zijn van veel van de verbruiks- en mechanische systemen waarvan ruimtevaartuigen tegenwoordig afhankelijk zijn.

Dat was het fundamentele idee achter Zenno. Sinds 2017 is er één ding veranderd: het is niet langer alleen een theoretisch idee. We hebben de technologie gebouwd, supergeleidende magnetische systemen in een baan om de aarde laten vliegen en werken nu aan veel bredere toepassingen. De onderliggende visie is echter nog altijd dezelfde: de energie en hulpbronnen benutten die al in de ruimte beschikbaar zijn, om de infrastructuur te bouwen die nodig is voor een veel grotere menselijke en technologische aanwezigheid buiten de aarde.

Zenno heeft de Z01 Supertorquer met succes gebruikt aan boord van Mira, het ruimtevaartuig van Impulse Space. Wat heeft die eerste demonstratie in een baan om de aarde u geleerd over het gebruik van supergeleidende magnetische systemen in de ruimte, en welke resultaten waren het belangrijkst om de technologie te valideren?

Het belangrijkste resultaat was heel eenvoudig: het werkte. Het systeem functioneerde met succes in een baan om de aarde en toonde aan dat supergeleidende magnetische technologie betrouwbaar kan werken in de ruimte.

Dat was belangrijk omdat we een volledig nieuwe technologieklasse voor ruimtevaartuigen introduceerden. Je kunt op aarde uitgebreide modellen maken en testen, maar uiteindelijk moet je bewijzen dat de hardware de lancering kan doorstaan, autonoom kan werken en naar behoren functioneert zodra die zich in de ruimte bevindt.

De missie leverde die bevestiging op en gaf ons bovendien ervaring die we rechtstreeks konden inzetten bij de volgende generatie van de technologie. We hebben geleerd hoe we het systeem nog betrouwbaarder kunnen maken en hoe we de stap kunnen zetten van aantonen dat supergeleidende magnetische technologie in een baan om de aarde werkt naar het bouwen van producten die in operationele ruimtevaartuigen kunnen worden geïntegreerd.

De Z01 is nu geïntegreerd aan boord van de Starburst-1-satelliet van Portal Space Systems. Wat kan Zenno met deze missie aantonen dat tijdens de Mira-missie nog niet mogelijk was, en waaraan zou een geslaagde vlucht voor de Supertorquer te herkennen zijn?

De Starburst-1-missie betekent een aanzienlijke uitbreiding van de mogelijkheden ten opzichte van wat we eerder hebben aangetoond. De magneet aan boord van deze missie is aanzienlijk krachtiger dan het systeem dat we eerder hebben laten vliegen. Daardoor kunnen we toepassingen gaan testen die verder gaan dan de eerste demonstratie van de technologie.

Een van de belangrijkste toevoegingen is stralingsafscherming. Starburst-1 is uitgerust met een stralingssensor waarmee we kunnen gaan meten hoe effectief een krachtig supergeleidend magneetveld een ruimtevaartuig kan beschermen tegen straling van geladen deeltjes.

Voor ons betekent een geslaagde vlucht dat we aantonen dat het krachtigere systeem betrouwbaar werkt in een baan om de aarde, en tegelijkertijd bruikbare gegevens verzamelen over de stralingsomgeving en het effect van het magneetveld. Daarmee zetten we een volgende stap in het begrijpen van de manier waarop supergeleidende magneettechnologie meerdere functies kan vervullen aan boord van toekomstige ruimtevaartuigen.

Conventionele ruimtevaartuigen maken voor manoeuvres en houdingsregeling doorgaans gebruik van systemen op basis van stuwstof, reactiewielen of andere mechanische technologieën. Waar biedt de Supertorquer de grootste voordelen op het gebied van levensduur, massa, betrouwbaarheid of flexibiliteit van missies?

De grootste voordelen zijn betrouwbaarheid, een lange levensduur en betaalbaarheid.

Veel conventionele systemen voor ruimtevaartuigen zijn afhankelijk van mechanische onderdelen of verbruiksgoederen, en die kunnen uiteindelijk beperkingen stellen aan de gebruiksduur van een ruimtevaartuig. Het voordeel van elektromagnetische technologie is dat we sommige van deze functies op een andere manier kunnen uitvoeren, met behulp van magnetische krachten in plaats van volledig te vertrouwen op conventionele mechanische systemen of systemen op basis van stuwstof.

Voor operators is het uiteindelijke doel een ruimtevaartuig dat langer nuttig inzetbaar blijft, betrouwbaarder werkt en de kosten verlaagt die gepaard gaan met het behoud van deze mogelijkheden gedurende een missie. Dat wordt steeds belangrijker nu van ruimtevaartuigen wordt verwacht dat ze langer operationeel blijven en complexere missies uitvoeren

Zenno onderzoekt ook of krachtige supergeleidende magneetvelden ruimtevaartuigen kunnen helpen beschermen tegen straling van geladen deeltjes. Hoe kansrijk is stralingsafscherming als commerciële toepassing, en wat moet nog worden aangetoond voordat magnetische afscherming gevoelige elektronica of uiteindelijk bemanningen kan beschermen?

We staan nog aan het begin van de ontwikkeling van stralingsafscherming als commerciële toepassing. Daarom wil ik duidelijk maken dat Zenno momenteel geen product voor stralingsafscherming op de markt heeft.

Toch investeren we hierin, omdat we er veel potentie in zien. Straling vormt een fundamenteel probleem in de ruimte, zowel voor gevoelige elektronica als uiteindelijk voor mensen die buiten de bescherming opereren die we op aarde hebben. Als krachtige supergeleidende magneetvelden kunnen worden ingezet om geladen deeltjes af te buigen, ontstaat de mogelijkheid om ruimtevaartuigen op een andere manier te beschermen.

De volgende stap is aantonen dat deze mogelijkheid ook in de daadwerkelijke ruimteomgeving werkt. Dat is een van de redenen waarom de Starburst-1-missie belangrijk is: aan boord van het ruimtevaartuig bevindt zich een stralingssensor waarmee we gegevens kunnen gaan verzamelen over de wisselwerking tussen het magnetische systeem en de stralingsomgeving.

Mijn inschatting is dat stralingsafscherming zich mogelijk binnen ongeveer vijf jaar kan ontwikkelen tot een commerciële toepassing. Er is echter nog veel test- en ontwikkelingswerk nodig tussen het aantonen van de onderliggende natuurkundige principes en het leveren van een commercieel product.

Supergeleiders vanuit een laboratoriumomgeving naar een baan om de aarde brengen, brengt heel andere technische uitdagingen met zich mee. Wat waren de lastigste problemen om op te lossen op het gebied van thermisch beheer, betrouwbaarheid, energieverbruik en het behoud van supergeleidende eigenschappen in de ruimte?

Een technologie vanuit het laboratorium naar de ruimte brengen is lastig, omdat plotseling alles betrouwbaar moet samenwerken in een omgeving met zeer strenge beperkingen.

Het systeem moet de lancering doorstaan. Het moet autonoom werken. Het moet efficiënt en zelfvoorzienend zijn. Het moet in een zeer compacte behuizing passen, goed kunnen worden geïntegreerd met het ruimtevaartuig en voldoen aan de eisen van de klant. Bovendien moet al die hardware op tijd worden geleverd en geïntegreerd.

Er zijn eigenlijk meerdere technische overgangsfases. Eerst moet je van een laboratoriumsysteem overstappen op iets dat in de ruimte kan werken. Daarna moet je van een technologiedemonstratie in de ruimte overstappen op iets dat daadwerkelijk als commercieel product kan worden gebruikt. Die tweede overgang kan minstens zo lastig zijn, omdat de technologie moet voldoen aan de normen voor betrouwbaarheid, integratie en prestaties die een klant verwacht.

Voor ons betekent dit dat we het systeem voortdurend verbeteren, zodat supergeleidende technologie niet alleen iets is wat we in een baan om de aarde kunnen demonstreren, maar ook een praktisch onderdeel van de architectuur van ruimtevaartuigen kan worden.

Hoe gebruikt Zenno momenteel AI, bijvoorbeeld bij elektromagnetische modellering, simulatie, hardwareoptimalisatie, missieplanning, testen of het analyseren van gegevens die worden gegenereerd door systemen zoals de Z01?

Een van de interessantste gebieden waarop we Super Intelligence (SI) al inzetten, is de coördinatie van satellietzwermen.

We hebben een AI-gestuurd algoritme ontwikkeld dat is ontworpen om formaties van satellieten aan te sturen die via magnetische wisselwerkingen samenwerken. Je kunt het enigszins vergelijken met een school vissen of een zwerm vogels: er zijn veel afzonderlijke leden, maar samen bewegen en gedragen ze zich als één systeem.

Het idee is dat meerdere ruimtevaartuigen met behulp van magnetische velden hun onderlinge positie kunnen handhaven, terwijl SI de werking van de formatie als geheel coördineert. Daardoor wordt het mogelijk om in de ruimte zeer grote structuren of systemen op te bouwen uit vele kleinere ruimtevaartuigen, in plaats van te vertrouwen op één enorm voertuig.

Voor ons vullen SI en elektromagnetische technologie elkaar goed aan. De magnetische systemen bieden een nieuwe manier waarop ruimtevaartuigen fysiek met elkaar kunnen interageren en samenwerken, terwijl SI de intelligentie levert die nodig is om steeds complexere formaties autonoom te coördineren.

Naarmate ruimtevaartuigen steeds autonomer worden, hoe ziet u AI samenwerken met technologieën zoals de Supertorquer? Zou een door AI bestuurd ruimtevaartuig zijn magnetische systemen uiteindelijk dynamisch kunnen aanpassen op basis van de omstandigheden in de baan, de missiedoelen of ruimtevaartuigen in de buurt?

Absoluut. Ik denk dat SI uiteindelijk de meeste operationele beslissingen aan boord van ruimtevaartuigen zal nemen.

Naarmate missies complexer worden en ruimtevaartuigen verder van de aarde opereren, wordt het steeds minder praktisch om mensen vanaf de grond elke beslissing handmatig te laten nemen. Ruimtevaartuigen zullen hun omgeving moeten begrijpen, moeten bepalen wat er moet gebeuren en autonoom moeten handelen.

Dat sluit vanzelfsprekend aan bij elektromagnetische systemen. Een autonoom ruimtevaartuig zou mogelijk kunnen aanpassen hoe het zijn magnetische mogelijkheden inzet, afhankelijk van zijn omgeving, zijn missiedoelen en de manier waarop het met andere ruimtevaartuigen moet interageren.

Het zwermconcept is een voorbeeld van die ontwikkeling. In plaats van elk ruimtevaartuig afzonderlijk vanaf de aarde te besturen, kan SI coördineren hoe veel ruimtevaartuigen zich gezamenlijk gedragen. Naarmate zowel SI als de autonomie van ruimtevaartuigen zich verder ontwikkelen, denk ik dat we veel meer van die besluitvorming aan boord zullen zien plaatsvinden.

Z01 maakt gebruik van het aardmagnetisch veld, maar de bredere ambities van Zenno reiken tot transport, stralingsafscherming en elektromagnetische infrastructuur buiten de baan om de aarde. Hoe verandert de technologische routekaart wanneer u zich begeeft naar omgevingen waar het beschikbare magnetische veld zwakker of wezenlijk anders is?

We verwachten dat er steeds meer commerciële activiteiten zullen plaatsvinden in hogere banen om de aarde, en die omgevingen zijn voor ons bijzonder interessant.

Het aardmagnetisch veld wordt zwakker naarmate je verder weg komt, maar tegelijkertijd worden onze magnetische systemen aanzienlijk krachtiger. Daardoor kunnen we elektromagnetische toepassingen blijven ontwikkelen, ook wanneer de omringende omgeving verandert.

Hogere banen kunnen ook uitdagingen opleveren voor sommige conventionele technologieën voor ruimtevaartuigen, wat kansen schept voor alternatieve benaderingen. Onze routekaart beperkt zich daarom niet tot het gebruik van het aardmagnetisch veld voor stabilisatie. We ontwikkelen steeds krachtigere magnetische systemen die toepassingen kunnen ondersteunen zoals de mobiliteit van ruimtevaartuigen, stralingsafscherming en interacties tussen ruimtevaartuigen.

Uiteindelijk is het doel technologie te ontwikkelen die kan functioneren in steeds uitdagendere omgevingen, naarmate de activiteiten zich verder van de aarde uitbreiden.

Zenno omschrijft zijn langetermijndoel als het bouwen van elektromagnetische infrastructuur voor de ruimte. Welke toepassingen naast de Supertorquer zouden volgens u als volgende commercieel levensvatbaar kunnen worden, en hoe zou een volwassen ecosysteem van supergeleidende ruimte-infrastructuur er uiteindelijk uit kunnen zien?

Er zijn verschillende toepassingen waar ik bijzonder enthousiast over ben.

Stralingsafscherming is er daar een van. Een andere is elektromagnetische lancering in de ruimte: het idee dat je ladingen met behulp van magnetische systemen kunt versnellen in plaats van met brandstof. We werken al aan dat concept.

Ik zie ook mogelijkheden voor de Supertorquer die verder gaan dan het stabiliseren van satellieten. Naarmate de technologie volwassen wordt, kan die een sleuteltechnologie worden voor intelligente ruimtevaartuigzwermen, waarin veel afzonderlijke ruimtevaartuigen samenwerken als één veel groter systeem. Ook de mobiliteit van satellieten is een terrein dat we verder willen ontwikkelen.

Het grotere doel is niet simpelweg afzonderlijke producten te maken. We willen een geheel nieuwe technologielaag in de ruimte mogelijk maken en uiteindelijk infrastructuur bouwen die gebruikmaakt van de mogelijkheden die supergeleidend elektromagnetisme ontsluit.

Zo komen we terug bij het idee waarmee Zenno begon: de energie en hulpbronnen die al in de ruimte beschikbaar zijn gebruiken om nuttig werk te verrichten en infrastructuur buiten de aarde op te bouwen. De toekomst is elektromagnetisch.

Bedankt voor het geweldige interview. Lezers die meer willen weten, kunnen terecht bij Zenno Astronautics.