SpaceX lança missão logística CRS-12 para a ISS



O lançamento da Dragon SpX-12 teve lugar às 1631:37UTC do dia 14 de Agosto de 2017 e foi levado a cabo por um foguetão Falcon-9. A cápsula Dragon separou-se do último estágio do lançador às 1640UTC e o primeiro estágio do foguetão Falcon-9 foi recuperado com sucesso após uma aterragem realizada na plataforma LZ-1 (Landing Zone-1) do Cabo Canaveral AFS.

A Dragon SpX-12 deverá chegar à estação espacial internacional a 16 de Agosto.

A missão logística CRS-12

A missão logística CRS-12 é a 14ª missão da cápsula Dragon e a sua 13ª missão para a estação espacial internacional, incluindo a missão CRS-7 que foi perdida no lançamento. Após ser colocada em órbita, a cápsula irá necessitar de dois dias para chegar à ISS levando a cabo uma série de manobras à medida que se aproxima da estação espacial. Chegando à vizinhança da estação, a cápsula será capturada pelo sistema de manipulação remota da ISS, o Canadarm2, e ancorada (acoplada) com o porto nadir do módulo Harmony utilizando para tal um dos Common Berthing Mechanism (CBM). No dia da sua chegada a tripulação da ISS irá entrar no seu interior e iniciar o processo de descarga.

A cápsula Dragon transporta um total de 2.910 kg, incluindo 1.652 kg de carga pressurizada e 1.258 kg do instrumento ISS Cosmic Ray Energetics and Mass (ISS-CREAM) que é transportado na secção não pressurizada. O ISS-CREAM será colocado no módulo japonês JEM-EF para uma missão de três anos para monitorizar os raios cósmicos de alta energia, medindo a sua carga e energia.

A carga incluí 22 kg de provisões para a tripulação, 339 kg de equipamentos para a ISS, 53 kg de equipamento informático e 30 kg de equipamento para apoio às actividades extraveículares.

A bordo da Dragon SpX-11 seguem também vários pequenos satélites que serão colocados em órbita a partir da estação espacial internacional. Os satélites são: o Kestrel Eye-2M (também designado NanoRacks-KE IIM), o ASTERIA (Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics), o Dellingr, o OSIRIS-3U (Orbital Satellite for Investigating the Response of the Ionosphere to Stimulation and Space Weather) e o Overview-1A.

O Centro Espacial Kennedy é um dos dos locais de lançamento 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. 

A construção do Complexo de Lançamento 39 teve início em 1963, enquanto que muitos dos detalhes do Programa Apollo ainda se encontrava por finalizar. Originalmente, o complexo seria composto por três plataformas: A, B e C, designadas de Norte para Sul, com alguns planos a incluir uma possível quarta plataforma localizada mais a Norte e possivelmente uma quinta plataforma. Eventualmente, somente somente duas plataformas foram construídas: 39B e 39C, mais tarde redesignada Complexo de Lançamento 39A. Uma derivação da ligação entre o VAB e a plataforma 39B iria ligar à original plataforma 39A.

O primeiro lançamento a partir do Centro Espacial Kennedy, utilizando o Complexo de Lançamento LC-39A, teve lugar a 9 de Novembro de 1967 às 1200:01,263UTC, marcando também o primeiro lançamento de um foguetão Saturn-V (no caso em questão o Saturn-V (SA-501)). A missão Apollo-4 demonstrou a operacionalidade do Saturn-V e levou a cabo um teste da cápsula espacial Apollo em órbita terrestre, terminando com uma reentrada a alta velocidade para simular o regresso da Lua.

A Plataforma 39A foi a plataforma principalmente utilizada para o foguetão Saturn-V, que utilizou este complexo para todas as suas missões exceptuando apenas uma delas. A única missão Apollo a não utilizar a Plataforma A foi a missão Apollo-10, que foi lançada desde o Complexo de Lançamento LC-39B devido ao curto tempo de preparação entre as missões Apollo-9, Apollo-10 e Apollo-11.

Após a conclusão do Programa Apollo, um outro lançamento foi levado a cabo desde a Plataforma 39A, quando em Maio de 1973 o último foguetão Saturn-V colocou em órbita a estação espacial Skylab. Após este lançamento, o complexo iniciou a sua transição para o programa do vaivém espacial com a construção de estruturas fixas e rotativas para proceder à colocação de cargas no vaivém espacial e para permitir a preparação do novo veículo na plataforma de lançamento, substituindo as denominadas Launch Umbilical Towers (LUTs) utilizadas pelos foguetões Saturn.

A 12 de Abril de 1981, o vaivém espacial OV-102 Columbia era pela primeira vez lançado desde o Complexo de Lançamento LC-39A para uma missão de dois dias na qual participaram os astronautas John Young e Robert Crippen. Seis meses mais tarde, o vaivém espacial Columbia era de novo lançado a partir da mesma plataforma de lançamento na missão STS-2. As primeiras vinte e quatro missões do vaivém espacial foram todas lançadas a partir do Complexo de Lançamento LC-39A entre 1981 e Janeiro de 1986, incluindo os voos inaugurais dos quatro primeiros vaivéns espaciais: Columbia, OV-099 Challenger, OV-103 Discovery e OV-104 Atlantis. O primeiro lançamento a partir do Complexo de Lançamento LC-39B teve lugar a 28 de Janeiro de 1986, com o vaivém espacial Challenger a ser lançado para a missão STS-51L que terminaria 73 segundos mais tarde com a desintegração do veículo.

As missões do vaivém espacial seriam retomadas em Setembro de 1988 com o lançamento do vaivém espacial Discovery na missão STS-26, porém o próximo lançamento a partir da Plataforma 39A só teria lugar a 9 de Janeiro de 1990 com o vaivém espacial Columbia a ser lançado na missão STS-32. A última missão a partir da plataforma A do Complexo de Lançamento 39 teria lugar a 8 de Junho de 2011 com o vaivém espacial Atlantis a ser lançado para a missão STS-135.

Em 2014 a NASA anunciava que havia assinado um acordo com a SpaceX para o arrendamento do Complexo de Lançamento LC-39A durante vinte anos. Nos três anos que se seguiram partes da plataforma de lançamento foram desmontadas, enquanto que a SpaceX construía as instalações necessárias para suportar os lançamentos dos foguetões Falcon-9 e Falcon Heavy, incluindo um grande hangar na base da rampa de acesso à plataforma de lançamento. É aqui onde os foguetões são integrados e posteriormente são transportados horizontalmente para a plataforma de lançamento, onde posteriormente são colocados na posição vertical através de um sistema pneumático de erecção.

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-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 T-7m a cápsula Dragon começa a utilizar as suas baterias internas para o fornecimento de energia e a T-1m 30s 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. A fase MaxQ é atingida a T+1m 8s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 25s, dando-se três segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 36s. O final da queima do segundo estágio ocorre a T+9m 14s, seguindo-se a separação da cápsula Dragon a T+10m 14s, com a abertura dos painéis solares a ter lugar a T+11m 0s e a abertura das portas dos porão de orientação, navegação e controlo a ocorrer a T+2h 20m. 

Enquanto que o segundo estágio continua a sua ascensão orbital, o primeiro estágio regressa à Terra realizando uma queima a T+2m 41s para iniciar a sua descida controlada. O primeiro estágio tem 17 segundos para conseguir fazer uma rotação de 180º para executar esta manobra. Ao activar os seus motores, as chamas resultantes da ignição juntam-se às chamas resultantes da ignição do segundo estágio dando a sensação de uma explosão. A T+6m 9s ocorre a queima de reentrada que terá uma duração de cerca de 25 segundos. Cerca de dez segundos antes da aterragem, os suportes de descida na base do primeiro estágio são colocados em posição para equilibrar o veículo na Landing Zone-1 (LZ-1). A aterragem ocorre a T+7m 43s.

A LZ-1 ocupa agora a área que anteriormente fazia parte do Complexo de Lançamento 13 (LC-13) do Cabo Canaveral AFS. Foi aqui onde a SpaceX recuperou pela primeira vez com sucesso o primeiro estágio de um foguetão Falcon-9. Originalmente construído nos anos 50 do século XX, o LC-13 foi utilizada para o lançamento de ensaio dos mísseis Atlas e mais tarde para os lançamentos orbitais dos foguetões Atlas-Agena. O último lançamento desde este complexo teve lugar em Abril de 1978 e as estruturas de apoio do complexo de lançamento foram demolidas em 2005 após se tornarem instáveis.

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-9 (CRS9) 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: 5646

– Lançamento orbital SpaceX: 44

– Lançamento orbital desde CE Kennedy: 162

Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo em 2017: 8,9% foram realizados pelos Estados Unidos (incluindo ULA – 100,0% (4) e Orbital ATK – 0,0%); 15,6% (7) pela China; 17,8% (8) pela Rússia; 17,8% (8) pela Arianespace; 8,9% (4) pela Índia; 6,7% (3) pelo Japão e 24,4% (11) pela SpaceX.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

17 Ago (0300:00) – H-2A/204 (F35) – Tanegashima, Yoshinubo, LP1 – QZS-3 Michibiki-3

17 Ago (2207:00) – 8K82KM Proton-M/Briz-M – Baikonur, LC81 PU-24 – Blagovest n.º 11L

18 Ago (1204:00) – Atlas-V/401 (AV-074) – Cabo Canaveral AFS, SLC-41 – TDRS-M

24 Ago (1850:00) – Falcon-9 – Vandenberg AFB, SLC-4E – FORMOSAT-5

26 Ago (????:??) – Minotaur-4/Orion-38 – Cabo Canaveral AFS, SLC-46 – ORS-5 (SensorSat)

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