Uma nova Dragon a caminho da ISS



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A SpaceX colocou em órbita a missão logística CRS3 tendo como objectivo a estação espacial internacional. O lançamento teve lugar desde o Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS, às 1925:22UTC do dia 18 de Abril de 2014 e foi levado a cabo por um foguetão Falcon-9 v1.1.

Todas as fases do lançamento decorreram sem problemas e a separação da cápsula Dragon SpX-3 teve lugar às 1935:57UTC. A cápsula ficou colocada numa órbita com um perigeu a 313 km, apogeu a 332 km e inclinação orbital de 51,6º.

O lançamento fora anteriormente adiado devido a problema técnicos no foguetão lançador. O lançamento da cápsula Dragon na missão SpX-3/CRS-3 estava previsto para ter lugar às 2058:00UTC do dia 14 de Abril de 2014, mas foi adiado após o início do abastecimento de querosene líquido ao lançador, com o adiamento a ficar a dever-se a uma fuga de hélio líquido no primeiro estágio do Falcon-9 v1.1.

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Posteriormente, a SpaceX referiu que durante as verificações antes do lançamento, havia sido detectado que uma válvula de hélio no sistema pneumático não mantinha a pressão, o que significava que os pistões de separação teriam de estar dependentes de uma verificação suplente da pressão. A missão seria provavelmente executada com sucesso utilizando o sistema suplente, porém, sendo uma violação dos critérios de lançamento Launch Commit Criteria (LCC), este acabaria por ser adiado, com o veículo a ser drenado dos propolentes e ser levado a cabo os procedimentos para a substituição da válvula em questão.

1904097_789085587772437_186614457_nA 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; duas experiências científicas da Agência Espacial Europeia; sete experiência da agência espacial japonesa JAXA; quinze experiências da NASA (T-Cell Act in Aging, OPALS, VEGGIE, HDEV; CASIS ARK-1 e as pernas do Robonaut e kits de mobilidade); equipamento de comunicação e rastreio; equipamento para actividades extraveículares (EMU curto, conjuntos Snorkell e filtors, separador de bomba de ambientador); equipamentos vários; e recursos informáticos. Um sumário do manifesto de carga a transportar e que depois será transportado de volta para a Terra pode ser acedido aqui (em inglês).

Lançamento e fase inicial de voo

No dia do lançamento, a cápsula Dragon é activada a T-15h30n, enquanto que 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.

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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.

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A T+1h50m é realizada a queima co-elíptica que circulariza a órbita da cápsula Dragon após a injecção orbital por parte do foguetão Falcon-9 v1.1. A T+2h26m 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.

 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 foram colocados em órbita cinco pequenos satélites: ALL-STAR/THEIA, KockSat-1, SporeSat, TSAT (TestSat-Lite) e PhoneSat-2.5.

O satélite ALL-STAR/THEIA (Agile Low-cost Laboratory for Space Technology Acceleration and Research / Telescopic High Definition Earth Imaging Apparatus) é uma missão que tem como missão testar uma nova plataforma de CubeSat juntamente com uma carga experimental de obtenção de imagens.

O ALL-STAR foi desenvolvido por estudantes provenientes do Colorado Space Grant Consortium (COSGC) que formaram uma equipa com a Lockheed Martin para desenvolver um satélite em miniatura (CubeSat-3U). Este DragonCRS3_2014-04-13_17-52-25programa, projectado para inspirar e desenvolver a futura força de trabalho tecnológica para os Estados Unidos, proporciona aos estudantes uma experiência prática em ciência, tecnologia, engenharia e matemática para o desenvolvimento de sistemas espaciais operacionais. O conceito ALL-STAR tem como objectivo criar um pequeno modelo de satélite com parâmetros de performance aumentados.

Por seu lado, THEIA é uma carga óptica de detecção remota compatível com o modelo ALL-STAR, que irá obter imagens da superfície terrestre a cores para verificar todas as capacidades do modelo ALL-STAR em órbita, proporcionando assim um conceito comercializável. O instrumento THEIA foi projectado e desenvolvido pela equipa THEIA na Universidade de Colorado e no COSGC. O sistema THEIA é composto por um refractor e por um sensor de imagem CMOS. O refractor que foi escolhido é um conjunto de lentes acromático que mede 50,8 mm de diâmetro e com uma distância focal de 150 mm. O conjunto de lentes é composto por dois tipos de vidros que são ligados com um adesivo óptico. No lançamento o ALL-STAR/THEIA tinha uma massa de 4 kg, estando equipado com células solares e baterias para o armazenamento de energia.

kicksat-1O satélite KickSat é uma missão de demonstração tecnológica de um Cubesat de rádio-amador que foi projectada para demonstrar a libertação em órbita e posterior operação de denominados femtossatélites Sprites (ou ‘Chipsats’) desenvolvidos na Universidade de Cornell. O KickSat é em si um CudeSat-3U que pode transportar até 128 Sprites. Um bloco 1U proporciona a energia eléctrica, comunicações e funções de comando e tratamento de dados. O resto do satélite é composto por um bloco 2U que foi desenvolvido para albergar os Sprites. Este módulo pode albergar até 128 Sprites, mas nesta missão são transportados somente 104 femtossatélites.

Os Sprite são pequenos veículos de 3,5 x 3,5 cm que foram desenvolvidos pela Zac Manchester e que possuem a bordo um micro-controlador, rádio e células solares, sendo também capazes de transportar sensores de um único chip. Estes podem incluir termómetros, magnetómetros, giroscópios, acelerómetros ou outros instrumentos kicksatlogo_600similares.

Os minúsculos satélites estão armazenados num sistema operado por molas e seguros por um cabo à base de nicrómio (uma liga de níquel, crómio e por vezes ferro). Após atingir a órbita terrestre, o KicSat irá levar a cabo uma manobra de estabilização e estabelecer comunicações com a estação terrestre da Universidade de Cornell. Após uma fase de verificação, o satélite será colocado numa determinada atitude em relação ao Sol e estabilizado para manter essa atitude. De seguida, um comando enviado pela estação terrestre irá activar o sistema de libertação e os Sprite serão libertados como veículos de voo livre. Após a separação dos satélites, cada um dos veículos irá enviar sinais de telemetria e medições dos seus sensores que serão recebidos no solo em Ithaca, Nova Iorque, bem como em várias outras localizações através da recepção por rádio-amadores.

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Os satélites deverão operar numa órbita entre 315 x 325 km com uma inclinação de 51,5º. Devido a esta órbita, o tempo de vida dos Sprite será muito baixo, acabando eventualmente por reentrarem de forma destrutiva na atmosfera terrestre. Na melhor das hipóteses alguns dos satélites poderão permanecer até seis semanas em órbita, dependendo no entanto das condições atmosféricas.

DragonCRS3_2014-04-13_18-08-55Com uma massa de 5,0 kg no lançamento, o SporeSat é um CubeSat-3U que será utilizado para realizar experiências científicas para se obter um maior conhecimento dos mecanismos do sistema sensorial gravitacional das células das plantas.  O satélite foi desenvolvido através de uma parceria entre o Centro de Investigação Ames da NASA e o Departamento de Agricultura e de Engenharia Biológica da Universidade de Pardue. O satélite está equipado com células solares e baterias para o armazenamento de energia.

 O TSAT (TestSat-Lite) é um pequeno satélite baseado no modelo Cubesat-2U com uma massa de 2 kg no lançamento. O satélite foi projectado e construído por estudantes de engenharia da Universidade de Taylor e tem como dupla missão a utilização dum modem de comunicações Globalstar para demonstrar a fiabilidade e a rede global de nanossatélites, além deDragonCRS3_2014-04-13_18-09-50 testar o modelo de um conceito de satélite meteorológico consistindo numa sonda de plasma, um magnetómetro triaxial e 3 fotodíodos ultravioletas.

O PhoneSat-2.5 é um Cubesat-U que irá executar uma missão de demonstração tecnológica com o objectivo de provar que um smartphone pode ser utilizado para levar a cabo muitas das funções requeridas por um satélite. O satélite está equipado com células solares e baterias para o armazenamento de energia. No lançamento tinha uma massa de 1 kg.

Recuperação do primeiro estágio do Falcon-9

Durante esta missão, a SpaceX irá tentar recuperar o primeiro estágio do foguetão Falcon-9 v1.1 num primeiro passo para a futura reutilização destes elementos noutras missões. O Boletim Em Órbita já referiu esta delicada operação que será levada a cabo nesta missão em “SpaceX define os planos para recuperar o primeiro estágio do Falcon-9“.

Segundo o porta-voz da SpaceX, Emily Shanklin, numa série de respostas às questões colocadas pelo portal NASASpaceflight.com, Durante este teste, a SpaceX irá tentar executar a primeira queima para a reentrada e de seguida uma queima de descida com o primeiro estágio do Falcon-9. Para a primeira queima, iremos reactivar três motores para executar uma queima de retro propulsão para abrandar o veículo e assim garantir que sobrevive à reentrada atmosférica,” adicionou Mueller. “Assumindo uma reentrada bem sucedida, a SpaceX irá reactivar o motor central para estabilizar o estágio e reduzir a velocidade do veículo antes do contacto com a água. Cerca de 10 segundos depois do início desta queima, a SpaceX irá tentar demonstrar a abertura bem sucedida do sistema de aterragem em preparação de futuras descidas.Z46

Enquanto que a execução bem sucedida dos referidos objectivos pode ainda resultar em que o primeiro estágio não seja recuperável da sua descida na água, a SpaceX está confiante que se encontram no caminho correcto para eventualmente ganharem a confiança que lhes permita fazer regressar um estágio para terra firme. “É importante notar que a probabilidade de recuperação do primeiro estágio é baixa, talvez entre 30% a 40%. A SpaceX está cada vez mais perto, mas não é provável que iremos recuperar o estágio nesta tentativa,” continuou Shanklin. “Com os dados das fases de recuperação do estágio e o agora finalizado programa Grasshopper, a SpaceX crê que temos as peças necessárias para conseguir uma recuperação total do primeiro estágio.”


Falcon-9 v1.1

O foguetão 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 transferênfalcon9cia 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.

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Os próximos lançamentos com o foguetão Falcon-9 v1.1 são:

30 de Abril (?) (????:??UTC) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – Orbcomm-G2 (x8)

?? de Maio (????:??UTC) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – AsiaSat-8

8 de Agosto (????:??UTC) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – Dragon SpX-4 (CRS4)

27 de Novembro (????:??UTC) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – Dragon SpX-5 (CRS5)

?? de Novembro (????:??UTC) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – Orbcomm-G2 (x11)

Estatísticas

– Lançamento orbital: 5356

– Lançamento orbital com sucesso: 5009

– Lançamento orbital SpaceX: 14

– Lançamento orbital SpaceX com sucesso: 11

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral: 686

– Lançamento orbital desde Cabo Canaveral com sucesso: 630

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; 2ª coluna – lançamentos previstos à data; 3ª coluna – satélites colocados em órbita:

Baikonur – 6 / 31 / 8

Plesetsk – 1 / 12 / 1

Dombarovskiy – 0 / 4 / 0

Cabo Canaveral AFS – 5 / 23 / 10

Wallops Island MARS – 1 / 3 / 34

Vandenberg AFB – 1 / 3 / 1

Kauai TF – 0 / 1 / 0

Jiuquan – 1 / 2* / 1

Xichang – 0 / 5* / 0

Taiyuan – 0 / 3* / 0

Tanegashima – 1 / 5 / 8

Kourou – 3 / 14 / 5

Satish Dawan, SHAR – 2 / 5 / 2

Odyssey – 0 / 1 / 0

Palmachin – 1 / 1 / 1

* Valores não precisos

Dos lançamentos bem sucedidos levados a cabo 31,8% foram realizados pela Rússia; 31,8% pelos Estados Unidos (incluindo ULA, SpaceX e Orbital SC); 4,5% pela China; 13,6% pela Arianespace; 4,5% pelo Japão, 9,1 % pela Índia e 4,5% por Israel.

Os próximos cinco lançamentos orbitais previstos são (horas UTC):

28 Abr (0425:00) – 8K82KM Proton-M/Briz-M (93546/99548) – Baikonur, LC81 PU-24 – Luch-5V; Kazsat-3

29 Abr (0235:00) – Vega (VV03) – CSG Kourou, ZLV – KazEOSat-2 (DZZ-HR/HRES)

04 Mai (????:??) – Zenit-3SL/DM-SL (37/36L) – Oc. Pacífico, Odyssey – Eutelsat-3B

07 Mai (????:??) – 14A14-1A Soyuz-2.1A (163) – GIK-1 Plesetsk, LC43/4 – Kobalt-M (11F695M n.º 564)

16 Mai (0007:00) – Delta-IV-M+(4,2) (D365) – Cabo Canaveral AFS, SLC-37B –  GPS-IIF SV-6

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