No primeiro lançamento de 2015, SpaceX envia missão logística para a ISS



Dragon CRS5 001268A SpaceX realizou o primeiro lançamento orbital de 2015 ao colocar em órbita uma nova missão logística para a estação espacial internacional. O lançamento da Dragon SpX-5 (CRS5) teve lugar desde o Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS, às 0947:10,119UTC do dia 10 de Janeiro e foi levado a cabo por um foguetão Falcon-9 v1.1.

A tentativa de recuperar o primeiro estágio do foguetão Falcon-9 v1.1 não correu como previsto, tendo impactado na plataforma flutuante que irá necessitar de reparações.

O lançamento estava inicialmente previsto para 9 de Dezembro de 2014, mas foi sendo sucessivamente adiado devido a problemas técnicos. Posteriormente agendado para 19 de Dezembro, o lançamento foi novamente adiado para proporcionar aos engenheiros da SpaceX mais tempo para investigar vários problemas que foram registados durante o teste de ignição estática realizado a 16 de Dezembro, evitando também as restrições impostas pelo denominados «ângulos beta» durante a acoplagem da Dragon com a ISS e que ocorrem até ao final do ano. O «ângulo beta» é a posição do Sol relativamente às estruturas mecânicas na estação espacial. Durante o período de ângulos beta elevados, que decorreu entre 27 de Dezembro e 7 de Janeiro, restrições térmicas e operacionais impedem a acoplagem da Dragon com a ISS.

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Agendado para as 1120:29UTC do dia 6 de Janeiro de 2015, o lançamento seria novamente adiado a T-1m 28s devido a um problema com o foguetão lançador Falcon-9 v1.1, nomeadamente devido a um problema com um actuador TVC (Thrust Vector Actuator) do segundo estágio. Um novo adiamento ocorreria a 9 de Janeiro. De recordar que a janela de lançamento para esta missão tinha a duração de um segundo de duração.

CRS5PatchaTodas as fases do lançamento decorreram sem problemas e a separação da cápsula Dragon SpX-5 teve lugar às 0958UTC.

A bordo da Dragon segue uma carga variada para a tripulação a bordo da estação espacial internacional, num total de 2.395 kg (490 kg de itens pessoais e provisões; 717 kg de equipamentos dos quais 678 kg para a secção Norte-americana e Japonesa e 39 kg para a secção Russa; 16 kg de equipamentos informáticos; e 23 kg de equipamentos para actividades extraveículares) . A carga a bordo da missão SpX-5/CRS5 está descrita de forma detalhada aqui (em inglês). Entre os elementos a bordo estão alimentos, provisões e outros itens para a tripulação.No regresso à Terra, a cápsula deverá trazer 1.662 kg de experiências e resultados.

Das cargas transportadas a bordo destacam-se as experiências CATS, Flatworm Regeneration, Fruit Fly Lab, Micro-5 e NanoRacks-SABOL.

Falcon-9 CRS5 02

A experiência CATS (Cloud-Aerosol Transport System) utiliza um sistema de detecção e seguimento de luz (LIDAR) para medir a localização, composição e distribuição da poluição, poeira, fumo, aerossóis e outras partículas na atmosfera. O CATS será colocado no dispositivo exterior de exposição do módulo japonês Kibo e será utilizado para estudar os constituintes atmosféricos que têm impacto no clima global. Ao se obter uma melhor compreensão da cobertura das nuvens e dos aerossóis, os cientistas podem criar melhores modelos dos processos climáticos da Terra.

A experiência Flatworm Regeneration irá estudar os mecanismos de sinalização que alguns vermes utilizam quando têm a necessidade de substituir as suas próprias células em microgravidade. Os resultados irão fornecer novas perspectivas sobre como a gravidade afecta a regeneração dos tecidos e a reconstituição de órgãos e nervos danificados, o que é importante para compreender a forma como as feridas se curam no espaço.

O Fruit Fly Lab-01 vai estudar o efeito combinado da alteração da imunidade de um hospedeiro com as alterações dos micróbios no espaço.

A experiência Micro-5 irá estudar e tentar compreender os riscos das infecções ocorridas durante o voo espacial durante missões de longa duração utilizando o microrganismo Caenorhabditis elegans com o micróbio Salmonella typhimurium.

Nas doenças degenerativas do cérebro, tal como a doença de Alzheimer, as proteínas agregam-se no cérebro e formam placas fibrosas, conhecidas como amilóides. Esta estruturas são feitas de proteínas que normalmente se dissolvem em líquidos, mas tornam-se insolúveis quando se agrupam. A experiência NanoRacks-Self-Assembly in Biology and the Origin of Life (NanoRacks-SABOL) irá tentar agregar SpaceX bargefibras amilóides em microgravidade pela primeira vez, para assim as comparar com as fibras que se desenvolvem no solo.

Recuperação do primeiro estágio

Sendo que o objectivo principal da missão é o lançamento do veículo de carga Dragon, esta missão da SpaceX levantou um inusitado interesse pela tentativa de recuperação do primeiro estágio do lançador Falcon-9 v1.1. A SpaceX tem vindo a testar as capacidades de um regresso propulsivo para o primeiro estágio do Falcon-9 v1.1 em missões anteriores, tendo obtido um grande sucesso. Até esta missão, o primeiro estágio tem feito o seu regresso à Terra amarando no oceano. Porém, a missão CRS5 verá uma tentativa de recuperação do primeiro estágio numa ASDS 01plataforma localizada no Oceano Atlântico.

Denominada como Autonomous Spaceport Drone Ship (ASDS), a plataforma tem um ‘X’ pintado no seu centro marcando de forma literal o local onde o primeiro estágio deverá descer – apesar de a SpaceX ter vindo a menorizar as hipóteses de isso acontecer. Os engenheiros e especialistas da empresa Norte-americana têm vindo a trabalhar afincadamente para aumentarem as hipóteses de ter descida ser coroada de ASDS 02sucesso.

A ASDS é muito mais do que uma plataforma flutuante, estando equipada com motores aproveitados a partir de plataforma petrolíferas e que permitem que a plataforma mantenha a sua posição com uma precisão de três metros, mesmo em mares alterados. No futuro a ASDS terá a capacidade de reabastecer estágios recuperados e permitindo assim que estes fins_extendedAfaçam a viagem de regresso a Cabo Canaveral.

Este sistema inovador será também extremamente importante para o Falcon Heavy em meados de 2015.

Após se separar do segundo estágio, o primeiro estágio iniciou o seu regresso à Terra. A descida em direcção à plataforma ASDS deu-se de forma nominal, mas a certa altura a velocidade do veículo encontrava-se demasiado elevada o que levou a que este impactasse com alguma violência na plataforma de recuperação. Em resultado, a plataforma terá de ser reparada antes de se proceder a uma nova tentativa de recuperação do primeiro estágio do Falcon-9 v1.1.

Apesar de não se bem sucedida, a tentativa de recuperação do primeiro estágio deve ser vista como um grande feito em si, pois o veículo conseguiu atingir a plataforma com certa precisão após a sua missão. Não foi possível obter imagens da recuperação devido à não existência de iluminação e de haver muito nevoeiro na área, porém os especialistas irão reunir os dados de telemetria (e possivelmente partes do primeiro estágio) para determinarem o que terá ocorrido e para melhorarem futuras tentativas de recuperação.

Lançamento e fase inicial de voo

A cápsula Dragon é activada 26 horas antes do lançamento. Por seu lado, o foguetão Falcon-9 v1.1 é activado a T-10h00m. Tanto o lançador como a sua carga são submetidos a uma série de verificações testes antes do início do abastecimento do querosene RP-1. Este processo inicia-se a T-4h00m, seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) a T-3h20m. Os dois processos de abastecimento terminam a T-3h15m.

Falcon-9 CRS5 01A fase terminal da contagem decrescente inicia-se a T-10m e a T-2m o Director de Lançamento da SpaceX verifica se todos os parâmetros estão prontos para o lançamento. Na mesma altura, é verificado que o espaço aéreo está pronto para o voo. A T-1m é enviado um comando para o computador de voo para iniciar as verificações pré-lançamento e o sistema de supressão sónica por água é activado na plataforma de lançamento. Os tanques de propolente são pressurizados a T-40s e a sequência de ignição é iniciada a T-3s. A T=0s o foguetão abandona a plataforma.

Abandonando a plataforma de lançamento, o Falcon-9 vai iniciar uma série de manobras para se colocar na trajectória de voo correcta. A velocidade do som a atingida a T+1m 10s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 37s, dando-se quatro segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 49s. A ejecção do cone aerodinâmico que se situa na parte frontal da cápsula Dragon ocorre a T+3m 29s. O final da queima do segundo estágio ocorre a T+9m 27s, seguindo-se a separação da cápsula Dragon a T+10m 2s.

A fase de operações orbitais e de aproximação à ISS, inicia-se logo após a separação da cápsula do segundo estágio do foguetão lançador. A T+11m é iniciada a sequência de abertura dos painéis solares.  A T+2h30m tem início a abertura da porta GNC (Guidance and Navigation Control), expondo o conjunto de sensores que serão necessários para as manobras de encontro com a estação espacial. A T+5h23m é realizada a queima coelíptica que circulariza a órbita da cápsula Dragon após a injecção orbital por parte do foguetão Falcon-9 v1.1.

A Dragon SpX-5 (CRS5) deverá acoplar com a ISS cerca de dois dias após o lançamento. Até lá, a cápsula tem de realizar um conjunto de manobras para elevar a sua órbita. Estas manobras são realizadas no segundo e terceiro dias da missão: as manobras começam a ajustar a altitude da Dragon em direcção à estação, e procede-se à configuração da unidade CUCU (COTS Ultra-High Frequency Communications Unit) e dos sistemas de comunicações UHF do veículo.

Dragon SpX-4 02Próximo da estação, a Dragon inicia uma série de queimas que a colocam a 2,5 km abaixo da ISS. Após ser tomada a decisão de prosseguir com a aproximação, a Dragon recebe e envia informações da unidade CUCU para a estação. Uma nova queima coloca o veículo a 1,2 km da ISS e após ser tomada uma nova decisão de se prosseguir com a aproximação, uma nova manobra coloca o veículo dentro do elipsóide de aproximação. Continuando a aproximação, o veículo vai ser colocado estacionário a 250 metros da ISS para confirmação de que os sensores de proximidade adquirem o alvo de aproximação. A partir desta fase, a Dragon vai iniciar uma aproximação ao longo do R-bar, isto é, seguindo uma trajectória ao longe de uma linha imaginária que liga a estação ao centro da Terra. Esta aproximação prossegue até atingir uma distância de 30 metros onde aguarda nova decisão de prosseguir com a manobra que a levará até 10 metros da estação, sendo este o ponto de captura que Dragon SpX-4 03é feito pela tripulação utilizando o braço robot da ISS. Finalmente, a cápsula é acoplada ao módulo Harmony com os astronautas a acederem ao seu interior no final do terceiro dia de missão.

 DragonCRS3_2014-04-13_16-53-09A cápsula Dragon

A cápsula Dragon foi desenvolvida pela SpaceX com o objectivo de transportar carga para a estação espacial internacional. Em Junho de 2006 foi seleccionada pela NASA, juntamente com o veículo K-1 da Kistler, para ser desenvolvida ao abrigo do programa COTS. Em Outubro de 2007 o contrato com a Kistler seria cancelado após a empresa não ser capaz de atingir os objectivos propostos, sendo atribuído um outro contrato à Orbital Sciences Corporation em Fevereiro de 2008 para o desenvolvimento do veículo Cygnus.

O desenvolvimento da Dragon teve início em 2006 e em Março de 2006 o seu projecto era submetido para o programa COTS. A cápsula foi desenhada para ser capaz de no futuro transportar tripulações, bem como carga.

O seu módulo de carga pressurizado tem um volume de 10 m3, DragonCRS3_2014-04-13_16-53-36enquanto que a sua secção não pressurizada, que pode ser utilizada para o transporte de carga ou de pequenos satélites, tem um volume de 14 m3. Em cada secção podem ser transportados até 3.310 kg de carga (lançamento) ou 2.500 kg (regresso). Excluindo a secção não pressurizada, a Dragon tem um comprimento de 2,9 metros (5,1 metros com a secção não pressurizada) e um diâmetro de 3,66 metros. Transporta um total de 1.290 kg de propolente para um perfil de missão nominal com uma inserção sub-orbital e subsequente voo até à ISS.

Para a acoplagem com a ISS, a cápsula está equipada com um mecanismo de captura e acoplagem CMB (Common Berthing Mechanism) que permite que seja «agarrada» pelo Canadarm2 numa maneira muito semelhante com o que acontece com o veículo de carga japonês HTV.

O controlo de atitude da Dragon é possível utilizando 18 pequenos motores Draco que queima monometil hidrazina e tetróxido de azoto. Estes pequenos motores são também utilizados para o regresso à Terra, pois ao contrário do que acontece com os outros veículos de transporte de carga, a Dragon é recuperada após cada missão. Para tal, a cápsula está equipada com um escudo térmico fabricado num material denominado PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator). Este material pode suportar temperaturas até aos 2.200ºC. O escudo térmico tem um diâmetro de 3,66 metros e cobre a parte DragonCRS3_2014-04-13_16-53-23inferior da cápsula. O seu desenvolvimento demorou quatro anos e a SpaceX planeia reutilizar o escudo térmico em várias missões.

Outras cargas

A bordo da cápsula Dragon seguiram vários pequenos satélites que serão posteriormente colocados em órbita a partir da ISS: o Flock-1d’1 e Flock-1d’2, e o AESP-14 (algumas fontes indicam a presença também do satélite SERPENS).

Os satélites Flock-1 são CubeSats-3U destinados à observação da superfície terrestre. Sendo baseados nos satélites Dove, os satélites têm uma massa de 5 kg e operam numa órbita a uma altitude de 400 km com uma inclinação de 52º. Os satélites são operados pela PlanetLabs e são capazes de obter imagens da superfície terrestre com uma resolução de 2 a 5 metros. Os satélites recebem energia através de um painel solar que é depois armazenada em baterias internas. Os satélites Flock-1d’1 e Flock-1d’2 são satélites que irão substituir outros da mesma constelação que entretanto reentraram na atmosfera terrestre.

Também proveniente do Brasil, o CubeSat-1U AESP-14 foi desenvolvido como uma cooperação científica e tecnológica entre o ITA com o LIT-INPE e outros departamentos do INPE (Instituto Nacional de Pesqusias Espaciais). Com uma massa de 1 kg, o AESP-14 está equipado com uma sonda Langmuir para a medição da densidade de protões e temperatura do plasma da ionosfera.

Falcon-9 v1.1

O foguetãfalcon9o Falcon-9 é 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.

De forma geral o Falcon-9 v1.1 tem 68,4 metros de comprimento, 3,7 metros de diâmetro e uma massa de 505.846 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 5.885 kN ao nível do mar mas atinge 6.672 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 180 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 801 kN e o seu tempo de queima é de 375 segundos.

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: 5427

– Lançamento orbital com sucesso: 5078

– Lançamento orbital SpaceX: 19

– Lançamento orbital SpaceX com sucesso: 16

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS: 698

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS com sucesso: 642

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS em 2015 com sucesso: 1

Ao se referir a ‘lançamentos com sucesso’ significa um lançamento no qual algo atingiu a órbita terrestre, o que por si só pode não implicar o sucesso do lançamento ou da missão em causa.

A seguinte tabela mostra os totais de lançamentos executados este ano em relação aos previstos para cada polígono à data deste lançamento: 1ª coluna – lançamentos efectuados (lançamentos fracassados); 2ª coluna – lançamentos previstos à data; 3ª coluna – satélites lançados: (os valores referentes ao lançamentos por parte da China não são precisos, bem como por parte da Arianespace)

 

Lançamentos stats 001281

Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo: 0,0% foram realizados pela Rússia; 100,0% pelos Estados Unidos (incluindo ULA, SpaceX e Orbital SC); 0,0% pela China; 0,0% pela Arianespace; 0,0% pelo Japão, 0,0% pela Índia, e 0,0% pelo Irão.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

21 Jan (0042:00) – Atlas-V/551 – Cabo Canaveral AFS, SLC-41 – MUOS-3

22 Jan (????:??) – 15A38 Dnepr – Dombarovskiy, LC370/13 – KompSat-3A

29 Jan (0100:00) – H-2A – Tanegashima, Yoshinobu LP1 – IGS Radar-Spare

29 Jan (1420:42) – Delta-II 7320-10C – Vandenberg AFB, SLC-2W – SMAP, GRIFEX, ExoCube, FIREBIRD-C, FIREBIRD-D

29 Jan (2335:00) – Falcon-9 v1.1 – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – DSCOVR (Triana)

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