SpaceX lança Dragon para a ISS



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O lançamento da Dragon SpX-8 (CRS8) teve lugar desde o Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS, às 20:43:31,000UTC do dia 8 de Abril e foi levado a cabo por um foguetão Falcon-9. Esta é a primeira missão da cápsula Dragon após o desaire sofrido a 28 de Junho de 2015 e que levou à perda da Dragon SpX-7 (CRS7) devido a um problema registado com o foguetão Falcon-9 v1.1R (F-19). A cápsula Dragon separou-se do último estágio do lançador às 20:54UTC

O primeiro estágio do foguetão Falcon-9 foi recuperado com sucesso após uma aterragem realizada às 20:52UTC na plataforma flutuante ASDS.

Aprendendo com o fracasso da sua anterior missão logística, a SpaceX inseriu códigos de comando no software da cápsula Dragon para que esta possa abrir os seus pára-quedas no caso de uma emergência catastrófica tal como ocorreu em Junho de 2015. A cápsula Dragon nunca foi projectada para sobreviver a este tipo de eventos, mas as imagens vídeo obtidas durante o desastre mostraram a Dragon a cair descontroladamente após o colapso do seu lançador. Com o novo código, a cápsula pode assim descartar o cone protector e iniciar a abertura do pára-quedas após algum problema registado na fase inicial do lançamento.

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A bordo da Dragon seguia uma carga variada para a tripulação a bordo da estação espacial internacional. A carga total atinge os 3.136 kg, num total de 1.723 kg na secção pressurizada (640 kg de equipamentos científicos; 547 kg de mantimentos e provisões para a tripulação; 108 kg de equipamentos informáticos; 12 kg de equipamentos para actividades extraveículares; 306 para o segmento norte-americano da ISS e 33 kg para o segmento russo da ISS). A secção não pressurizada transporta 1.413 kg (módulo insuflável BEAM).

DragonSpX-8 001514Outras experiências a bordo da cápsula Dragon incluem a Rodent Research-3-Eli LIlly, que foi financiada pela companhia farmacêutica Eli Lilly and Co e pelo Center for the Advancement of Science in Space (CASIS), para estudar os efeitos do voo espacial na estrutural muscular e do esqueleto de roedores por forma a testar medicamentos que possam auxiliar as tripulações nas futuras missões de longa duração.

A experiência Microchannel Diffusion irá estudar como é que as moléculas de fluídos se comportam ao nível microscópico na microgravidade como uma analogia da forma como se comportariam ao nível atómico na Terra.

O CASIS tem também a bordo da Dragon SpX-8 a experiência Protein Crystal Growth 4. Outras experiências são a Micro-10, a Micro-9, a Microbial Tracking-1C, e a WetLab-2.

Na secção de carga não pressurizada encontra-se o Bigelow Expandable Activity Module (BEAM). Este é um módulo insuflável que será acoplado à ISS durante dois anos para se atestar a forma como a tecnologia se comporta em conjunto com a estação espacial. O módulo não será regularmente utilizado pela tripulação. Porém, de quando em vez será visitado pelos astronautas.

DragonSpX8 1O BEAM foi desenvolvido pela Bigelow que se baseou na tecnologia demonstrada em duas missões de demonstração (Genesis-I e Genesis-II) colocadas em órbita em Julho de 2006 e Julho de 2007. Estas missões foram bem sucedidas e ambos os veículos ainda se mantêm em órbita.

Após a chegada à ISS, o BEAM será extraído da secção de carga não pressurizada e acoplado com o porto de acoplagem posterior do módulo Tranquility. A conexão entre os dois veículos será feita através de um mecanismo CBM (Common Berthing Mechanism). Após ser acoplado, o módulo será insuflado, aumentando de 2,16 metros para 4,01 metros de comprimento e de 2,36 metros para 3,23 metros de diâmetro. O volume total após a sua expansão será de 16 m3.

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Recuperação do primeiro estágio

Sendo que o objectivo principal da missão é o lançamento do veículo de carga Dragon, esta missão da SpaceX levantou de novo um inusitado interesse pela tentativa de recuperação do primeiro estágio do lançador Falcon-9. A SpaceX tem vindo a testar as capacidades de um regresso propulsivo para o primeiro estágio do Falcon-9 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, e tal como aconteceu com a missão CRS5 e CRS6, a missão CRS8 leva a cabo uma nova tentativa de recuperação do primeiro estágio numa plataforma 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 sucesso.

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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.

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Lançamento e fase inicial de voo

A cápsula Dragon é activada 26 horas antes do lançamento. Por seu lado, o foguetão Falcon-9 é activado a T-10h. 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-4h, seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) a T-3h 20m. Os dois processos de abastecimento terminam a T-3h 15m.

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A fase terminal da contagem decrescente inicia-se a T-10m, com o acondicionamento térmico dos motores. A T-7m a cápsula Dragon começa a utilizar as suas baterias internas para o fornecimento de energia 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 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 com um azimute de voo de cerca de 46º. A fase MaxQ é atingida a T+1m 11s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 30s, dando-se quatro segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 41s. 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 30s. A Dragon deverá ficar colocada numa órbita com um perigeu a 199,43 km, apogeu a 363,92 km e inclinação orbital de 56,16º.

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Enquanto que o segundo estágio continua a sua ascensão orbital, o primeiro estágio regressa à Terra realizando uma queima a T+4m para iniciar a sua descida controlada. A T+7m ocorre a queima de entrada e a T+8m inicia-se a queima de aterragem.

Dragon SpX-4 02A 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+12m é iniciada a sequência de abertura dos painéis solares.  A T+2h20m 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. Por volta de T+5h é realizada a queima coelíptica que circulariza a órbita da cápsula Dragon após a injecção orbital por parte do foguetão Falcon-9.

A Dragon SpX-8 (CRS8) deverá acoplar com a ISS cerca de dois dias após o lançamento. Até lá, a cápsula teria de realizar um conjunto de manobras para elevar a sua órbita. Estas manobras seriam 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.

Próximo da Dragon SpX-4 03estação, a Dragon iniciaria uma série de queimas que a colocariam 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 é 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.

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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 inferior da cápsula. O seu desenvolvimento demorou quatro anos e a SpaceX planeia reutilizar o escudo térmico em várias missões.

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.

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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: 5537

– Lançamento orbital com sucesso: 5185

– Lançamento orbital SpaceX: 28

– Lançamento orbital SpaceX com sucesso: 24

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS: 718

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS com sucesso: 661

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 (como foi o caso do lançamento do Progress M-27M).

A seguinte tabela mostra os totais de lançamentos executados este ano em relação aos previstos para cada polígono à data deste lançamento.

2016-024 1

2016-024 2

Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo: 33,3% foram realizados pela Rússia; 25,0% pelos Estados Unidos (incluindo ULA (50,0%), SpaceX (50,0%) e Orbital SC); 16,7% pela China; 8,3% pela Arianespace; 8,3% pela Índia, 4,2% pelo Japão e 4,2% pela Coreia do Norte.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC): 

22 Abr (21:02:23) – Soyuz-STB/Fregat-MT (VS14) – CSG Kourou (Sinnamary), ELS – Sentinel-1B; MICROSCOPE; Norsat-1; AAUSAT-4; [email protected]; OUFTI-1

27 Abr (02:01:00) – 372RN16 Soyuz-2-1A/Volga (R15000-001/???) – Vostochniy, LC-1S; Mikhailo Lomonosov (Ломоносов); Aist-2D (Аист-2Д); SamSat-218/D ‘Kontact-Nanosputnik’ (Контакт-наноспутник)

28 Abr (??:??:??) – PSLV-C33 (PSLV-XL) – Satish Dawan SHAR, FLP – IRNSS-1G

28 Abr (??:??:??) – Falcon-9 – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – JCSat-14

?? Abr (??:??:??) – 14A15 Soyuz-2.1V/Volga – GIK-1 Plesetsk, LC43/4 – ‘Cosmos’

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