SpaceX entra para os livros de História com o lançamento do SES-10



A empresa Norte-americana SpaceX assinou mais um capítulo da história espacial ao levar a cabo um lançamento orbital reutilizando o primeiro estágio de um foguetão que já havia sido anteriormente utilizado noutra missão.

Esta nova missão comercial da SpaceX foi lançada com sucesso às 2227UTC do dia 30 de Março de 2017 a partir do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy e colocou em órbita o satélite de comunicações SES-10.

O primeiro estágio do foguetão lançador foi novamente recuperado com sucesso após uma aterragem bem sucedida numa plataforma flutuante no Oceano Atlântico. Por outro lado, a SpaceX procedeu à recuperação da carenagem de protecção que estava equipada com um sistema de propulsão e um pára-quedas direccionável.

Denominado ‘Core 1021’, o primeiro estágio do Falcon-9 foi anteriormente utilizado no foguetão Falcon-9 (023) para colocar em órbita a missão logística Dragon SpX-8 (CRS-8) para a estação espacial internacional a 8 de Abril de 2016, sendo recuperado após uma aterragem bem sucedida na plataforma flutuante ASDS (Autonomous Spaceport Drone Ship) Of Course I Still Love You (OCISLY). 

O Core 1021 foi utilizado pela primeira vez a 5 de Fevereiro de 2016 quando foi accionado no local de testes da SpaceX em McGregor, Texas. Após este teste que envolveu uma ignição completa deste primeiro estágio, o veículo foi alvo de uma anomalia a 8 de Fevereiro, seno danificado devido a um problema no equipamento Ground Support Equipment (GSE). Neste incidente, todas as tubeiras sofreram danos o que levou a que tivesse de ser reparado no local e posteriormente transportado para o Cabo Canaveral AFS em Março. Após chegar ao Cabo Canaveral, o estágio foi transportado para as instalações de integração no Horizontal Integration Facility (HIF) e preparado para ser integrado com o segundo estágio para a missão CRS-8.

A 5 de Abril foi realizado o teste de ignição de 3,5 segundos no Complexo de Lançamento SLC-40 e a 8 de Abril era lançada a missão logística para a ISS. Após um voo de 2 minutos e 42 segundos, o primeiro estágio separava-se do segundo estágio que colocaria em órbita o veículo Dragon SpX-8. Após a separação, o primeiro estágio realizava a sua queima de regresso (Boostback Burn) para iniciar a reentrada atmosférica e colocando-o na trajectória ideal para aterrar na OCISLY. Após mais duas manobras, o primeiro estágio 1021 aterrava com sucesso na plataforma flutuante 8 minutos e 35 segundos após deixar o Complexo de Lançamento SLC-40. Esta foi a segunda vez que a SpaceX recuperava um primeiro estágio do lançador Falcon-9.

A plataforma regressaria a Port Canaveral onde o primeiro estágio seria removido da OCISLY. Antes de ser transportado de volta para o HIF, os engenheiros da SpaceX removiam as plataformas de aterragem do primeiro estágio. No HIF o Core 1021 seria submetido a meses de inspecções, processamento com a remoção dos motores e estudos. Este estágio estava originalmente destinado a ser utilizado para uma série de testes com o objectivo de se aprender o máximo possível a partir de um estágio já utilizado numa missão orbital antes de se decidir reutilizar algum estágio numa nova missão. Porém, havendo mais estágios a serem recuperados, a SpaceX decidiu que os estudos seriam levados a cabo com o Core 1022 que havia sido utilizado para colocar em órbita o satélite de comunicações JCSat-14.

A 16 de Julho a SpaceX anunciava que iria utilizar o Core 1021 para a primeira missão de um Falcon-9 com um primeiro estágio já utilizado numa missão anterior. Após um atraso nos planos da SpaceX devido ao acidente com o Falcon-9 a 1 de Setembro, o estágio 1021 era de novo testado em McGregor e posteriormente transportado para o Centro Espacial Kennedy, sendo alojado no HIF para a realização do processamento final antes da missão para colocar em órbita o SES-10.

O satélite SES-10

Construído pela Airbus Defence and Space, o SES-10 resulta de um contrato que foi anunciado pela SES World Skies em Fevereiro de 2014. O SES-10 tem como objectivo expandir as capacidades da SES na América Latina e nas Caraíbas, utilizando sinais de alta potência para fornecer serviços DTH (Direct-To-Home), além de serviços de conectividade para empresas e serviços de banda larga para toda a região.

O México, a América Central e a América do Sul, bem como as ilhas das Caraíbas irão beneficiar das capacidades do SES-10. Baseado na plataforma Eurostar-3000, o satélite está equipado com 50 repetidores de banda-Ku de alta potência e estará posicionado na órbita geossíncrona a 67º longitude Oeste.

O SES-10 deverá estar operacional durante 15 anos e irá utilizar um sistema de propulsão eléctrica para a realização das suas manobras orbitais, além de um sistema de propulsão química para as manobras iniciais de inserção orbital. No lançamento a sua massa é de cerca de 5.300 kg. 

 

Este é o terceiro lançamento da SpaceX desde a Costa Oriental dos Estados Unidos desde a explosão registada a 1 de Setembro de 2016 e que levou à perda do satélite AMOS-6 durante um teste de abastecimento realizado no Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS. Com este complexo de lançamento ainda fora de serviço, a SpaceX viu-se na necessidade de proceder ao aumento do ritmo dos preparativos do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy que já se encontrava a ser preparada para o lançamento do foguetão Falcon Heavy.

O Centro Espacial Kennedy é um dos dos locais existentes na Florida, juntamente com o denominado “Cape Canaveral Air Force Station” localizado mais a Sul. Operado pela agência espacial Norte-americana, NASA, o Centro Espacial Kennedy tem sido o local de lançamento de todas as missões espaciais tripuladas dos Estados Unidos desde o Programa Apollo. Este será o primeiro lançamento da SpaceX a partir do LC-39A – uma plataforma a partir da qual foram lançadas muitas missões importantes da história do voo espacial, incluindo a missão Apollo-11 lançada pelo gigante Saturn-V, e posteriormente muitas missões do vaivém espacial.

O Complexo de Lançamento 39 é composto por duas plataformas de lançamento, A e B, com a integração dos veículos a ter lugar no Vehicle Assembly Building (VAB) situado a 5,2 km a Sudoeste da Plataforma A. Após a montagem dos veículos sobre um dos três Mobile Launcher Platforms (MLPs) – denominados Mobile Launchers (MLs) durante o Programa Apollo – os foguetões eram transportados para uma das plataforma de lançamento sobre o denominado Crawler Transporter, um grande veículo de transporte unicamente construído para esta função. A agência espacial Norte-americana irá continuar a utilizar este método de integração para o Space Launch System (SLS), que deverá começar as suas operações a partir do Complexo de Lançamento LC-39B em 2018.

No entanto, a SpaceX adoptou um sistema de integração horizontal na Plataforma de Lançamento A, continuando assim o processo já utilizado nos seus complexos de lançamento no Cabo Canaveral AFS e na Base Aérea de Vandenberg, Califórnia. 

Sequência de lançamento

A T-1h 18m, o Director de Voo leva a cabo a chamada a todas as estações de controlo para verificar se todos os postos estão prontos para o lançamento. 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-1h 10m, seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) a T-45m. 

A fase terminal da contagem decrescente inicia-se a T-10m, com o acondicionamento térmico dos motores a ser feito a T-7m. A T-2m é verificado que o espaço aéreo está pronto para o voo. A T-1m 30s o Director de Lançamento da SpaceX verifica que tudo está pronto para o lançamento e 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 nesta altura 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 é atingida a T+1m 22s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 38s, dando-se três segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 49s. A separação das duas metades da carenagem de protecção ocorre a T+3m 49s. O final da primeira queima do segundo estágio ocorre a T+8m 34, entrando o conjunto num voo balístico até T+26m 29s quando se dá início à segunda ignição do segundo estágio. Esta vai terminar a T+27m 2s e a separação do satélite SES-10 ocorre a T+32m 03s.

Entretanto, e após realizar a primeira manobra para regressar à Terra, a T+6m 19s ocorre a ignição de reentrada do primeiro estágio que irá aterrar na plataforma flutuante OCISLY a T+8m 32s.

O foguetão 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, este lançador 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, ou Falcon-9 FT, (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 nas sua futuras missões.

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: 5616

– Lançamento orbital com sucesso: 5261

– Lançamento orbital SpaceX: 37

– Lançamento orbital SpaceX com sucesso: 33

– Lançamento orbital desde Centro Espacial Kennedy: 156

– Lançamento orbital desde Centro Espacial Kennedy com sucesso: 155

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: 17,6% foram realizados pelos Estados Unidos (incluindo ULA – 100,0% (3) e Orbital ATK – 0,0%); 17,6% (3) pela China; 5,9% (1) pela Rússia; 17,6% (3) pela Arianespace; 5,9% (1) pela Índia; 11,8% (2) pelo Japão e 23,5% (4) pela SpaceX.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

15 Abr (????:??) – PSLV-C38 – Satish Dawan SHAR, FLP – Cartosat-2E e outros

16 Abr (1100:00) – Falcon-9 – Centro Espacial Kennedy, LC-39A – NROL-76

20 Abr (0713:00) – 11A511U-FG Soyuz-FG (R15000-058) – Soyuz MS-04

23 Abr (1020:00) – CZ-7 Chang Zheng-7 (Y2) – Wenchang, LC201 – TZ-1 Tianzhou-1, Silu-1

30 Abr (????:??) – Falcon-9 – Centro Espacial Kennedy, LC-39A – Inmarsat-5 F4

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