Falcon-9 lança TESS para detectar novos exoplanetas



A SpaceX colocou em órbita o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) após um lançamento bem sucedido a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS.

O foguetão Falcon-9 (B1045), o último modelo Block 4 antes da introdução dos Block 5, foi lançado às 2251:31UTC do dia 18 de Abril de 2018. O TESS ficará numa órbita de ressonância com a Lua para levar a cabo um varrimento total do céu para detectar e categorizar o número e o tipo de exoplanetas num raio de 300 anos-luz.

O primeiro estágio foi recuperado com sucesso com uma aterragem às 2301UTC.

A missão TESS

A ideia original para a missão TESS data de 2005 quando George Ricker era o Investigador Principal da missão High Energy Transient Explorer (HETE) – a primeira missão dedicada ao estudo das explosões de raios gama. Lentamente, a ideia evoluiu em 2008 e 2009 como um projecto com financiamento privado que então chamou a atenção da Google. Posteriormente, uma colaboração com o Ames Research Center da NASA criou uma proposta para uma missão de pequena classe para detectar exoplanetas, mas que acabou por não ser seleccionada. Mas tarde, uma colaboração entre a Orbital ATK e o Centro de Voo Espacial Goddard, levou a uma revisão em 2011 e 2012.

A missão seria então seleccionada pela NASA para o seu programa Medium Explorer a 5 de Abril de 2013.

Sendo geralmente vista como a continuação da missão Kepler, a TESS irá levar a cabo uma missão muito distinta daquela efectuada pela Kepler. Enquanto que a Kepler foi um observatório que levou a cabo uma observação prolongada e contínua de estrelas específicas num quarto de 1% do céu a uma distância de 2.000 a 3.000 anos-luz, o TESS irá levar a cabo um varrimento de 85% do céu a uma distância de 300 anos-luz.

O TESS irá levar a cabo a sua missão utilizando um único instrumento a bordo: um conjunto de quatro câmaras CCD de 16,8 Mpixel de grande angular com um detector de baixo ruído e de baixa potência. Cada câmara tem um campo de observação de 24º x 24º com uma pupila de 100 mm de diâmetro, uma montagem de lentes dom sete elementos ópticos e um alcance de 600 a 1.000 nm. Funcionando em conjunto, as câmaras têm um campo de visão de 24º x 96º.

O satélite é baseado na plataforma LEOStar-2 desenvolvida pela Orbital ATK e é capaz de estar estabilizada nos seus três eixos espaciais utilizando quatro motores de hidrazina bem como giroscópios. Assim, as câmaras têm uma precisão de três segundos de arco – necessária para as sensíveis observações uma vez colocado na órbita operacional. Os dados recolhidos durante as campanhas de observação e bem como as comunicações gerais do veículo, serão feitas através de uma antena de banda-Ku com uma capacidade de downlink de 100Mbits/s. A energia é fornecida por duas asas solares capazes de gerar 400 watts.

Lançamento e órbita

Após o lançamento o TESS irá ficar colocado numa órbita de transferência lunar, com o Falcon-9 a enviar o satélite a um ponto específico no qual a gravidade da Lua irá «apanhar» o TESS e levando-o para uma órbita mais afastada da qual é inicialmente colocada.

Com uma massa de 350 kg, o TESS é a carga mais leve que alguma vez foi lançada pelo Falcon-9. Após deixar o complexo de lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS, o Falcon-9 irá voar em direcção a Este. A ignição do primeiro estágio tem uma duração de 2 minutos e 29 segundos, separando-se após 2 minutos e 32 segundos de voo, iniciando o regresso à Terra para aterrar na plataforma flutuante Of Course I Still Love You colocada no Oceano Atlântico. A SpaceX irá também tentar recuperar a carenagem de protecção que irá amarar no Atlântico com a ajuda de pára-quedas.

Após a separação do primeiro estágio, o segundo estágio irá continuar a fase propulsiva da missão utilizando o seu motor MVac (vacuum optimized Merlin engine) que entra em ignição a T+2m 39s e decorre até 8 minutos e 20 segundos, altura em que ocorre a fase SECO-1 (Stage Engine Cut Off -1). Segue-se uma fase não propulsionada com a duração de 34 minutos e 50 segundos, até à reignição do segundo estágio (T+43m 10s) para colocar o TESS numa órbita de transferência lunar. Logo após a fase SECO-2 (T+44m 3s), o TESS separa-se a 49 minutos e 35 segundos de voo, sendo colocado numa órbita super sincronizada com um perigeu a 200 km de altitude e apogeu a 270.000 km de altitude.

Nos primeiros cinco dias de missão, a equipa de controlo da missão TESS irá verificar o estado geral do satélite antes da activação dos instrumentos científicos. O satélite irá então levar a cabo uma manobra de flyby com a Lua a 16 de Maio para alterar a inclinação orbital do TESS e para o colocar numa órbita com um período orbital de 13,7 dias, perigeu a 108.000 km de altitude e apogeu a 373.000 km de altitude.

Esta órbita específica, conhecida como Órbita de Ressonância P/2, coloca o TESSno exterior da Cintura de Van Allen com o apogeu a cerca de 90º afastado da posição da Lua. Isto minimiza os potenciais efeitos de desestabilização da Lua no TESS e mantém uma órbita estável durante décadas, enquanto proporciona uma variação constante e consistente na temperatura das câmaras que é necessária para as operações de observação. Esta órbita fornece também uma visão de ambos os hemisférios terrestres. Durante a maior parte das suas órbitas, o TESS estará em modo de obtenção de dados, apenas transmitindo os seus dados armazenados para a Terra uma vez por órbita durante três horas na sua máxima aproximação ao nosso planeta.

Terminada a fase de verificação do TESS, este irá dar início à primeira das suas 26 campanhas de observação (13 para cada hemisfério) para observar 85% do céu em busca de exoplanetas em trânsito perto da Terra. As observações irão ter início do Hemisfério Sul e estas 13 observações irão ter a duração de cerca de um ano.

A cada 13,7 dias, na sua máxima aproximação à Terra, o satélite irá transmitir os dados observacionais para os cientistas do MIT que os irão processar e torná-los disponíveis para outros cientistas e para o público em geral.

O TESS irá focar-se nas 1.000 anãs vermelhas mais próximas da Terra, bem como nas estrelas de tipo G, K e M com magnitude aparente superior a 12.

Texto baseado no artigo “SpaceX scrubs first attempt to launch TESS on a mission to search for near-Earth exoplanets” de Chris Gebhardt.

O Falcon-9

Baptizado em nome da nave Millenium Falcon da saga cinematográfica “Guerra das Estrelas”, o foguetãfalcon9o Falcon-9 v1.1 era um lançador a dois estágios projectado e fabricado pela SpaceX para o transporte seguro e fiável de satélites e do veículo Dragon para a órbita terrestre. Sendo o primeiro foguetão completamente desenvolvido no Século XXI, o Falcon-9 foi projectado desde o início para ter a máxima fiabilidade. A sua simples configuração de dois estágios minimiza o número de eventos de separação (staging) e com nove motores no primeiro estágio, pode completar a sua missão em segurança mesmo na possibilidade de perda de um motor.

O Falcon-9 fez história em 2012 quando colocou a cápsula Dragon na órbita correcta para uma manobra de encontro com a estação espacial internacional, fazendo da SpaceX a primeira companhia comercial a visitar a ISS. Desde então, a SpaceX realizou um total de três missões para a ISS transportando e recolhendo carga para a NASA. O Falcon-9, bem como a cápsula Dragon, foram desenhados na base do desenvolvimento de um sistema de transporte de astronautas para o espaço e num acordo com a NASA, a SpaceX está activamente a trabalhar para atingir esse objectivo.

O foguetão Falcon-9 Upgrade (a seguir designado simplesmente como ‘Falcon-9’) representa a mais recente evolução deste lançador. De forma geral o Falcon-9 tem 68,4 metros de comprimento, 3,7 metros de diâmetro e uma massa de 541.300 kg. O veículo é capaz de colocar uma carga de 13.150 kg numa órbita terrestre baixa ou 4.850 kg numa órbita de transferência geossíncrona.

O primeiro estágio do Falcon-9 está equipado com nove motores Merlin (Merlin-1D) e tanque de liga de alumínio e lítio que contêm oxigénio líquido e querosene RP-1. Após a ignição, um sistema de segurança fixa o veículo na plataforma de lançamento e garante que todos os motores são verificados como estando na força máxima antes de libertar o foguetão para o seu voo. Então, com uma força superior a cinco aviões Boeing 747 em potência máxima, os motores Merlin lançam o foguetão para o espaço. Ao contrário dos aviões, a força de um foguetão vai aumentando com a altitude – o Falcon-9 gera 6.806 kN ao nível do mar mas atinge 7.426 kN no vácuo espacial. Os motores do primeiro estágio vão sendo aumentados em potência perto do final da queima do estágio para assim limitar a aceleração do veículo à medida que a massa do lançador vai diminuindo com a queima do combustível. O tempo total de queima do primeiro estágio é de 162 segundos.

Com os seus nove motores agrupados juntos na configuração ‘octaweb’, o Falcon-9 pode aguentar a falha de até dois motores durante o lançamento e mesmo assim conseguir atingir a órbita terrestre com sucesso. O Falcon-9 é o único lançador na sua classe com esta característica chave.

O motor Merlin foi desenvolvido internamente pela SpaceX mas vai encontrar as suas raízes aos motores das missões Apollo, nomeadamente o sistema de injecção baseado no motor do módulo lunar. O propolente é alimentado através de uma única conduta, com uma turbo-bomba de dupla pá que opera num ciclo de gerador a gás. A turbo-bomba também fornece o querosene a alta pressão para os actuadores hidráulicos, que depois recicla para a entrada a baixa pressão. Isto elimina a necessidade de um sistema hidráulico separado e significa que não é possível ocorrer uma falha no controlo de vector de força por falta de fluido hidráulico. Uma terceira utilização da turbo-bomba é o fornecimento de controlo de rotação ao actuar no escape da turbina de exaustão (no segundo estágio). Combinando-se estas características num só dispositivo aumenta-se assim de forma significativa o nível de fiabilidade do sistema.

O motor é capaz de desenvolver uma força de 654 kN ao nível do mar, 716 kN no vácuo, com um impulso específico de 282 segundos (nível do mar) e 311 segundos (vácuo).

A secção interestágio é uma estrutura compósita que liga o primeiro e o segundo estágio e alberga os sistemas de libertação e separação. O Falcon-9 utiliza um sistema de separação totalmente pneumático para uma separação de baixo impacto e altamente fiável que pode ser testado no solo, ao contrário dos sistemas pirotécnicos utilizados na maior parte dos lançadores.

O segundo estágio é propulsionado por um único motor Merlin de vácuo e coloca a carga a transportar na órbita desejada. O motor do segundo estágio entra em ignição poucos segundos após a separação entre o segundo e o primeiro estágio, e pode ser reiniciado várias vezes para colocar múltiplas cargas em diferentes órbitas. Para máxima fiabilidade, o segundo estágio está equipado com sistemas de ignição redundantes. Tal como o primeiro estágio, o segundo estágio é feito a partir de uma liga de alumínio e lítio.

O motor Merlin de vácuo (Merlin-1D de vácuo) desenvolve uma força de 934 kN e o seu tempo de queima é de 397 segundos.

SES-9Falcon 6

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A carenagem compósita é utilizada para proteger a carga durante a passagem do Falcon-9 pelas camadas mais densas da atmosfera. Quando a missão do Falcon-9 é o lançamento do veículo de carga Dragon, a carenagem não é utilizada pois a cápsula possui o seu próprio sistema de protecção.

A carenagem tem 13,1 metros de comprimento e 5,2 metros de diâmetro. Fabricada em fibra de carbono, separa-se em duas metades utilizando um sistema de separação de actuadores pneumáticos semelhantes aos que são utilizados para a separação entre o primeiro e o segundo estágio.

A sequência de lançamento para o Falcon-9 é um processo de precisão ditada pela janela de lançamento de cerca de uma hora tendo em conta a posição orbital a ser ocupada pelo satélite. Se a janela de lançamento de uma hora é perdida, a missão é então adiada para o dia seguinte.

Cerca de quatro horas antes do lançamento, inicia-se o processo de abastecimento – primeiro oxigénio líquido seguindo-se o querosene altamente refinado (RP-1). O vapor que se observa a sair do lançador durante a contagem decrescente é na realidade oxigénio a ser libertado dos tanques, sendo esta a razão pela qual o abastecimento de oxigénio líquido se mantém até quase ao final da contagem decrescente.

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 5739

– Lançamento orbital SpaceX: 59 (1,03%)

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS: 747 (13,02%)

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

25 Abr (1757:00) – 15A05 Rokot/Briz-KM – GIK-1 Plesetsk, LC133/3 – Sentinel-3B

02 Mai (????:??) – CZ-4C Chang Zheng-4C – Taiyuan, LC9 – GF-5 Gaofen-5

04 Mai (????:??) – Falcon-9 (B1046) – CE Kennedy, LC-39A – Bangabandhu-1

05 Mai (1110:00) – Atlas-V/401 (AV-078) – Vandenberg AFB, SLC-3E – InSight; MarCO-A; MarCO-B

06 Mai (????:??) – CZ-3B/G2 Chang Zheng-3B/G2 – Xichang, LC3 – APStar-6C

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