SpaceX lança nova Dragon para a ISS



Dragon CRS4 01A SpaceX colocou em órbita uma nova missão logística para a estação espacial internacional. O lançamento da Dragon SpX-4 (CRS4) teve lugar desde o Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS, às 0552:00UTC do dia 21 de Setembro de 2014 e foi levado a cabo pelo foguetão Falcon-9 v1.1 (F-8). O lançamento havia sido adiado por 24 horas devido às más condições atmosféricas, estando previsto para as 0616:00UTC do dia 20 de Setembro.

Todas as fases do lançamento decorreram sem problemas e a separação da cápsula Dragon SpX-3 teve lugar às 0625UTC.

Dragon SpX-4 01A bordo da Dragon segue uma carga variada para a tripulação a bordo da estação espacial internacional. A carga a bordo da missão SpX-3/CRS3 está descrita de forma detalhada aqui (em inglês). Entre os elementos a bordo estão alimentos, provisões e outros itens para a tripulação. Pela primeira vez a cápsula Dragon irá transportar mamíferos vivos – 20 roedores serão transportados no Rodent Research Facility que foi desenvolvido por cientistas e engenheiros do Centro de Investigação Ames da NASA. Este sistema permite aos investigadores estudar os efeitos a longo prazo da microgravidade na fisiologia do mamíferos.

Outras cargas científicas incluem o ISS-Rapid Scatterometer para monitorizar a velocidade e direcção do vento na superfície oceânica; um estudo de uma pequena planta de flor relacionada com o repolho que permite aos cientistas estudar o crescimento das plantas e a sua adaptação no espaço; e várias novas demonstrações tecnológicas, incluindo o Special Purpose Inexpensive Satellite (SpinSat) que irá testar como é que um pequeno satélite se move e se posiciona no espaço utilizando uma nova tecnologia de propulsão, e a experiência 3-D Printing In Zero-G Technology Demonstration, que será a primeira impressora 3-D no espaço.

Lançamento e fase inicial de voo

A cápsula Dragon é activada 26 horas antes do lançamento. Por seu lado, o foguetão Falcon-9 v1.1 é activado a T-10h00m. 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-4h00m, seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) a T-3h20m. Os dois processos de abastecimento terminam a T-3h15m.

A fase terminal da contagem decrescente inicia-se a T-10m 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 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 vai iniciar uma série de manobras para se colocar na trajectória de voo correcta. A velocidade do som a atingida a T+1m. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+3m, dando-se de seguida a separação entre o primeiro e o segundo estágio e a ignição deste. Ainda nesta fase dá-se a ejecção do cone aerodinâmico que se situa na parte frontal da cápsula Dragon. O final da queima do segundo estágio ocorre a T+9m, seguindo a separação da cápsula Dragon. A carga secundária é libertada a T+10m.

Dragon CRS4 02

A 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+11m é iniciada a sequência de abertura dos painéis solares.  A T+2h30m 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. A T+5h23m é realizada a queima coelíptica que circulariza a órbita da cápsula Dragon após a injecção orbital por parte do foguetão Falcon-9 v1.1.

A Dragon SpX-4 (CRS4) deverá acoplar com a ISS a 22 de Setembro. Até lá, a cápsula tem de realizar um conjunto de manobras para elevar a sua órbita. Estas manobras são 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.

Dragon SpX-4 02Próximo da estação, a Dragon inicia uma série de queimas que a colocam 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 Dragon SpX-4 03é 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.

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 DragonCRS3_2014-04-13_16-53-23inferior da cápsula. O seu desenvolvimento demorou quatro anos e a SpaceX planeia reutilizar o escudo térmico em várias missões.

Outras cargas

Juntamente com a cápsula Dragon foi lançado o satélite SpinSat. Este é um pequeno satélite de investigação construído pelo Naval Research Laboratory (NRL). O satélite tem um diâmetro de 0,56 metros e uma massa de 57 kg. A energia é fornecida através de baterias e a sua carga está equipada com retro-reflectores, antenas, motores ESP (Electrically-controlled Solid Propellant) colocados em pares ao longo da superfície esférica do satélite.

Os principais objectivos do SpinSat são a caracterização da performance dos motores ESP em órbita, testar a capacidade das redes de vigilância espacial para observar e caracterizar alterações de estado induzidas pelas ignições dos motores ESP, e proporcionar uma experiência de calibração de atSpinSatrito numa fase de maior actividade solar do que a que foi registada nas missões ANDE e ANDE-2.

O satélite será armazenado na ISS e colocado em órbita a partir da escotilha do módulo japonês Kibo. A NASA aprovou a missão porque o satélite irá queimas um combustível sólido inerte e somente quando uma carga eléctrica é actuada.

Falcon-9 v1.1

O foguetãfalcon9o Falcon-9 é 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

– Lançamento orbital: 5391

– Lançamento orbital com sucesso: 5043

– Lançamento orbital SpaceX: 18

– Lançamento orbital SpaceX com sucesso: 15

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS: 695

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS com sucesso: 639

A seguinte tabela mostra os totais de lançamentos executados este ano em relação aos previstos para cada polígono à data deste lançamento: 1ª coluna – lançamentos efectuados (lançamentos fracassados); 2ª coluna – lançamentos previstos à data; 3ª coluna – satélites lançados:

Baikonur – 12 (1) / 22 / 20

Plesetsk – 5 / 9 / 9

Dombarovskiy – 1 / 4 / 37

Cabo Canaveral AFS – 14 / 18 / 27

Wallops Island MARS – 2 / 3 / 64

Vandenberg AFB – 3 / 5 / 2

Kauai TF – 0 / 2 / 0

Jiuquan – 1 / 4* / 1

Xichang – 0 / 5* / 0

Taiyuan – 2 / 5* / 4

Tanegashima – 2 / 4 / 13

Kourou – 8 / 11 / 15

Satish Dawan, SHAR – 2 / 5 / 2

Odyssey – 1 / 1 / 1

Palmachim – 1 / 1 / 1

* Valores não precisos

Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo: 30,4% foram realizados pela Rússia; 33,9% pelos Estados Unidos (incluindo ULA, SpaceX e Orbital SC); 8,9% pela China; 14,3% pela Arianespace; 3,6% pelo Japão, 5,4 % pela Índia, 1,8% por Israel e 1,8% pela Sea Launch.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

25 Set (2022:00) – 11A511U-FG Soyuz-FG (050) – Baikonur, LC1 PU-5 – Soyuz TMA-14M (Союз ТМА-14М)

27 Set (2024:00) – 8K82KM Proton-M/Briz-M (93547/99549) – Baikonur, LC81 PU-24 – Luch (Луч) / Olymp (Олимп)

27 Set (????:??) – 14A14-1A Soyuz-2-1a/Fregat-M – GIK-1 Plesetes, LC43/4 – Meridian-17L

07 Out (0516:00) – H-2A/202 (F-25) – Tanegashima, Yoshinubo LP1 – Himawari-8

08 Out (????:??) – 15A18 Dnepr-1 – Dombarovskiy, LC370/13 – ASNARO-1; Hodoyoshi-1; ChubuSat (Kinshachi-1); TSUBAME; QSAT-EOS (TSUKUSHI)

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