SpaceX lança Jason-3 para mapear os mares



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Uma missão internacional de investigação oceanográfica foi lançada pela SpaceX utilizando o último foguetão Falcon-9 v1.1. O lançamento foi levado a cabo a partir do Complexo de Lançamento SLC-4E da Base Aérea de Vandenberg, Califórnia, e teve lugar às 1842:18UTC do dia 17 de Janeiro de 2016.

A tentativa de recuperar o primeiro estágio do foguetão lançador com uma aterragem numa plataforma flutuante no Oceano Pacífico, não foi bem sucedida. O primeiro estágio desceu a 1,3 metros do centro da plataforma flutuante, mas o sistema de apoio n.º 3 não se fixou convenientemente fazendo com que o veículo tombasse sobre a plataforma.

O Jason-3

O satélite Jason-3 é uma missão internacional que constitui uma parceria entre a National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), NASA, a EUMETSAT e a agência espacial francesa CNES. 

O satélite foi construído pela Thales Alenia Space e tem uma massa de 510 kg, sendo baseado na plataforma Proteus. A sua principal missão, tal como os satélites Jason-1 e Jason-2, é a monitorizar a topografia dos mares a nível mundial, produzindo um mapa global dos níveis da superfície marítima.

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O conjunto de instrumentos a bordo do Jason-3 é semelhante aos instrumentos que foram lançados a bordo do Jason-2, com o instrumento Poseidon-3B a substituir o instrumento Poseidon-3. O Poseidon-3B é um radar altímetro que utiliza a reflexão dos sinais emitidos para determinar a distância entre o satélite e a superfície. Ao combinar estes sinais com medições precisas  da órbita do satélite, a diferença entre as medições e a altitude determinada do satélite sobre a superfície oceânica no seu nível médio, pode ser utilizado para mapear as diferenças na altura da superfície terrestre.

Outros instrumentos a bordo são o Advanced Microwave Radiometer 2 (AMR-2), que é um instrumento passivo que utiliza um radiómetro para medir a emissão em três comprimentos de onda importantes da superfície terrestre e da atmosfera; o Doppler Orbitography and Radio Positioning Integrated by Satellite (DORIS) DGXX-S, um receptor para captar transmissões de rádio emitidas a partir de uma rede de sessenta faróis de rádio na superfície e que auxilia na determinação na órbita do satélite ao comparar o desvio Doppler; o Global Positioning System Payload (GPSP), para auxiliar na localização do satélite; o Laser Retroreflector Array (LRA) para auxiliar em experiências de seguimento com lasers; além do Joint Radiation Experiment (JRE), que é composto pelo Characterisation and Modelling of Environment 3 (CARMEN-3) do CNES para detectar partículas carregadas e do Light Particle Telescope (LPT), fornecido pela Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), que irá contar partículas incidentes.

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Recuperação do primeiro estágio

Sendo que o objectivo principal da missão foi o lançamento do atélite Jason-3, esta missão da SpaceX levou a cabo uma 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 Atlântico, tentando descer sobre a plataforma ASDS e aterrando no Cabo Canaveral AFS. Porém, esta nova tentativa de recuperação do primeiro estágio foi levada a cabo numa plataforma localizada no Oceano Pacífico.

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.

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 2015.

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 tem uma duração de 27,68 segundos, tendo inicio a T+4m 25s 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 30s. 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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Infelizmente, um problema com um dos dispositivos de suporte impediu que a aterragem fosse bem sucedida. A falha de um dos tripés deveu-se à ondulação presente na altura da aterragem.

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Lançamento e fase inicial de voo

Jason-3 9O foguetão Falcon-9 v1.1 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.

A fase terminal da contagem decrescente inicia-se a T-13m e a T-10m iniciava-se a contagem decrescente final. 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 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 18s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 34s, dando-se três segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 45s. A ejecção da carenagem de protecção ocorre a T+3m 12s. O final da queima do segundo estágio ocorre a T+9m e a T+55m inicia-se a segunda queima do segundo estágio. A separação do Jason-3 ocorre a T+56m.

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Falcon-9 v1.1

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.

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: 5515

– Lançamento orbital com sucesso: 5163

– Lançamento orbital SpaceX: 26

– Lançamento orbital SpaceX com sucesso: 22

– Lançamento orbital desde Vandenberg AFB: 679

– Lançamento orbital desde Vandenberg AFB com sucesso: 617

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.

2016-002 1

2016-002 2

Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo: 0% foram realizados pela Rússia; 50% pela China; 50% pelos Estados Unidos (incluindo ULA, SpaceX (50%) e Orbital SC); 0% pela Arianespace; 0% pela Índia e 0% pelo Japão.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC): 

20 Jan (0401:00) – PSLV-C31 (PSLV-XL) – Satish Dawan SHAR, SLP – IRNSS-1E

27 Jan (2219:45) – Proton-M/Briz-M – Baikonur, LC200 PU-39 – Eutelsat-9B

27 Jan (2234:00) – Ariane-5ECA (VA228) – CSG Kourou, ELA3 – Intelsat-29E (EpicNG)

03 Fev (1347:00) – Atlas-V/401 (AV-057) – Cabo Canaveral AFS, SLC-41 – GPS IIF-12 (SV-9)

04 Fev (1757:31) – Rokot/Briz-KM – GIK-1 Plesetsk, LC133/3 – Sentinel-3A

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