SpaceX lança primeiro GPS III para a Força Aérea Americana

Texto de Salomé T. Fagundes / Rui C. Barbosa

A SpaceX levou a cabo com sucesso o lançamento do primeiro satélite da terceira geração de satélites de posicionamento global para a Força Aérea dos Estados Unidos. O lançamento teve lugar numa janela de lançamento de vinte e seis minutos às 1351UTC do dia 23 de Dezembro de 2018 a partir do Complexo de Lançamento Espacial SLC-40 do Cabo Canaveral AFS, Florida. Todas as fases do lançamento decorreram sem problemas e o satélite foi colocado na órbita prevista, mais precisamente na Órbita Terrestre Média (Medium Earth Orbit).


Nesta missão a SpaceX utilizou o primeiro estagio Falcon 9 v1.2 Block V (B1054.1) que devido as exigências desta missão não irá ser recuperado, pois foi necessário toda a sua capacidade para colocar o satélite em órbita.

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) Americano, oferece o posicionamento, navegação e serviços temporais suportando operações vitais nos Estados Unidos e aliadas no mundo. Tais operações compreendem suporte financeiro, transportes e infraestruturas agrícolas que biliões de utilizadores têm de depender diariamente.

O primeiro satélite GPS III dos Estados Unidos aumentará a actual constelação de 31 satélites GPS operacionais. Esta nova geração de satélites GPS é projectada e construída para para oferecer posicionamento, navegação e serviços de informação temporal com o triplo de precisão, e oito vezes a melhoria da capacidade de anti-bloqueio. O GPS é usado por mais de quatro biliões de utilizadores e dá suporte a missões criticas em todo mundo.

O GPS é uma missão da Segurança Espacial Nacional (NSS) critica para a defesa nacional. Em Abril de 2016, a SpaceX foi nomeada com a primeira missão da NSS, GPS III SV01. A SpaceX, no momento tem mais quatro missões adicionais GPS III no contracto, todas irão ser lançadas num Falcon-9.

Lançamento

O foguetão Falcon-9 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. O Director de Voo consulta os controladores a T-38m, determinando assim se tudo está pronto para o lançamento. O processo de abastecimento inicia-se a T-35m no primeiro estagio,seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) ao mesmo tempo e no segundo estagio a T – 16m.

A fase terminal da contagem decrescente inicia-se com os motores a serem condicionados termicamente para o lançamento a T-7m. 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. Por esta altura os tanques de propolente também são pressurizados A T-45s 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 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 04s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 44s, dando-se quatro segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 50s. A ejecção da carenagem de protecção ocorre a T+3m 22s.

O final da primeira queima do segundo estágio ocorre a T+8m 16s. Após o final da primeira queima, o segundo estagio entra numa fase não propulsionada de cerca de 1 hora. Seguido desta fase a segunda queima decorre entre T+01 h 08m 51s e T+01h 09m 37s. Haverá outra fase não propulsionada de cerca de 45 minutos dando-se a separação do satélite GPS III SV01 pelos T+ 1h 56m 17s.

O Complexo de Lançamento SLC-40

O lançamento da missão CRS-13 teve lugar a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 (Space Launch Complex-40) do Cabo Canaveral AFS (Air Force Station), Florida.

Localizado na parte Norte do Cabo Canaveral AFS, o complexo de lançamento foi utilizado durante muitos anos para o lançamento dos foguetões Titan nas suas mais variadas versões. As instalações foram cedidas à SpaceX em Maio de 2008.

O centro do complexo de lançamento é composto por uma plataforma de cimento e um sistema de diversão de chamas. A plataforma está rodeada por quatro torres de protecção contra relâmpagos, tanques de armazenamento de prepolentes e o hangar de integração do lançador que alberga os diferentes estágios antes de cada missão. A cápsula Dragon é acoplada ao segundo estágio do lançador enquanto que este já se encontra no sistema de transporte e erecção no interior deste hangar. O foguetão é depois transportado para a plataforma de lançamento numa posição horizontal e depois colocado na posição vertical sobre o fosso das chamas.

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.

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 5801

– Lançamento orbital SpaceX: 72 (1,24%)

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral AFS: 753 (12,98%)

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

24 Dez (1700:00) – CZ-3C Chang Zheng-3C/G2 – Xichang, LC3 – TJSW-3 Tongxin Jishu Shiyan Weixing-3

27 Dez (0207:00) – 14A14-1A Soyuz-2.1a/Fregat-M (Ya15000-003/122-06) – Vostochniy, LS-1 – Kanopus-V n.º 5, Kanopus-V n.º 6, GRUS, Flock-w (1) a Flock-w (12), Lemus-2 (x8), UWE-4, ZACube-2, LUME-1, D-Star ONE (Sparrow)

29 Dez (????:??) – CZ-2D Chang Zheng-2D/YZ-3 – Jiuquan, LC43/94 – Hongyan-1

30 Dez (????:??) – Delta IV-Heavy (D381) – Vandenberg AFB, SLC-6 – NROL-71 (KH-11 17)

?? Dez (????:??) – CZ-4B Chang Zheng-4B – Taiyuan, LC9 – ZY-2D Ziyuan-2D, Tianyi MV-1, BNU-1

 

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