O magnífico regresso da SpaceX



Após uma caminhada no deserto devido ao acidente registado a 1 de Setembro de 2016, a SpaceX regressou com glória ao activo colocando em órbita os primeiros dez satélites Iridium NEXT numa missão sem problemas realizada a partir da Base Aérea de Vandenberg e que foi ainda coroada com a recuperação do primeiro estágio do foguetão Falcon-9 (030).

O lançamento teve lugar às 17:54:39UTC do dia 14 de Janeiro de 2017 a partir do Complexo de lançamento SLC-4E. Todas as fases do lançamento decorreram sem problemas e os dez satélites foram colocados nas órbitas previstas.

Em Junho de 2010 a Iridium Communications Inc. anunciava um plano para o financiamento, construção e colocação em órbita da próxima geração de satélites de comunicações móveis Iridium NEXT que irão substituir a constelação Iridium original. Na altura, a empresa anunciou que os satélites seriam construídos pela empresa Thales Alenia Space, num total de 72 satélites operacionais e suplentes em órbita além de nove satélites suplentes no solo.

Cada satélite utiliza uma antena de banda-L para a emissão de 48 sinais e um padrão circular com 4.700 km de diâmetro na superfície terrestre para a comunicação dos seus subscritores ou utilizadores. Os satélites também fornecem ligações em banda-Ka para a comunicação de portais no solo e ligações cruzadas com outros satélites em órbita. A constelação de 66 satélites formará uma rede global permitindo as comunicações a partir de um utilizador no solo ou em voo a partir de qualquer ponto na Terra.

Orbital Sciences Corporation é responsável pela montagem, integração e teste dos 81 satélites, incluindo as cargas primárias e secundárias, envio e serviços de integração dos satélites.

Os satélites são baseados na plataforma ELiTeBus-1000 e têm uma massa de 860 kg. O seu tempo de vida operacional é de 10 anos, podendo chegar aos 15 anos.

Lançamento e fase inicial de voo

O foguetão Falcon-9 é activado a T-10h 00m. 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-3h 45m, seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) a T-3h 00m.

O Director de Voo consulta os controladores a T-38m, determinando assim se tudo está pronto para o lançamento. A fase terminal da contagem decrescente inicia-se a T-13m e a T-10m iniciava-se a contagem decrescente final com os motores a serem condicionados termicamente para o lançamento. 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-1m 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 inicia uma série de manobras para se colocar na trajectória de voo correcta. A fase MaxQ, de máxima pressão dinâmica, é atingida a T+1m 19s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 24s, dando-se três segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 35s. A ejecção da carenagem de protecção ocorre a T+3m 15s. O final da primeira queima do segundo estágio ocorre a T+9m 9s. Após a finalização da primeira queima do segundo estágio, o lançador entra numa fase de voo não propulsionado com uma duração de 43 minutos e 21 segundos. No final desta fase, o segundo estágio entra de novo em ignição por 4 segundos, numa queima de circularização da órbita. A separação dos satélites Iridium NEXT-1 a Iridium NEXT-10 teve lugar durante um período de 15 minutos, iniciando-se a T+59m 16s, ou 6 minutos e 42 segundos após o final da segunda queima do segundo estágio. 

Após a separação entre o primeiro e o segundo estágio, o primeiro estágio inicia o seu regresso controlado à Terra. Este regresso é levado a cabo com a queima do motor central do primeiro estágio que vai diminuindo o seu movimento em relação ao local de lançamento e a sua velocidade à medida que reentra na atmosfera terrestre. À medida que se aproxima da plataforma flutuante onde iria aterrar, uma nova queima abranda o veículo, levando-o a uma aterragem suave.

A SpaceX possui duas plataformas flutuantes baptizadas de Just Read the InstructionsOf Course I Still Love You, que são os nomes de embarcações das histórias do autor Iain M. Banks. A plataforma utilizada nesta aterragem foi a segunda Just Read the Instructions – com a primeira de seu nome a ser convertida numa barcaça regular após ser utilizada nas tentativas de aterragem das missões CRS-5 e CRS-6 lançadas desde Cabo Canaveral AFS.

Falcon-9 Upgrade

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

SES-9Falcon 7

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.

SpaceX barge

Recuperação do primeiro estágio

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 desce. 

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 façam a viagem de regresso a Cabo Canaveral.

Este sistema inovador será também extremamente importante para o Falcon Heavy em meados de 2016.

Durante a sua descida para a Terra, o primeiro estágio realiza três queimas para reduzir a sua velocidade e manter-se na trajectória em direcção à ASDS. A primeira queima terá uma duração de 27,68 segundos, tendo inicio a T+4m 29s após o lançamento. Esta queima tem como função reduzir a distância que o primeiro estágio percorre em relação à plataforma flutuante. A T+6m 32s dá-se a abertura dos estabilizadores, iniciando-se a segunda queima 12,17 segundos mais tarde para reduzir a velocidade do veículo na reentrada. A terceira e última queima ocorre à medida que o estágio se aproxima do seu local de aterragem, iniciando-se a T+8m 0s. Cerca de 24 segundos mais tarde, as quatro pernas de descida serão colocadas em posição e a aterragem é esperada seis segundos mais tarde, a T+8m 30s após o lançamento.

Dragon CRS-6 $ 2

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 5601

– Lançamento orbital com sucesso: 5247

– Lançamento orbital SpaceX: 34

– Lançamento orbital SpaceX com sucesso: 30

– Lançamento orbital desde Vandenberg AFB: 682

– Lançamento orbital desde Vandenberg AFB com sucesso: 620

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.

Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo em 2017: 0,0% foram realizados pelos Estados Unidos, incluindo ULA – 0,0% e Orbital ATK – 0,0%; 66,7% (2) pela China; 0,0% pela Rússia; 0,0% pela Arianespace; 33,3% (1) pela SpaceX; 0,0% pela Índia e 0,0% pelo Japão.

 

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