Histórias do Cosmos – A missão Soyuz TMA-15

A missão da Soyuz TMA-15 marcou um passo importante e histórico no desenvolvimento da estação espacial internacional e na Conquista do Espaço. Com a tripulação desta missão, teve-se pela primeira vez uma ocupação contínua por seis elementos a bordo de uma estação espacial em órbita. Com uma tripulação de seis elementos as potencialidades da ISS poderam ser exploradas ao seu máximo, dado que anteriormente a sua tripulação de três elementos via uma grande percentagem do seu tempo dedicado a tarefas de manutenção do posto espacial restando assim pouco tempo para a ciência e investigação.

Os principais objectivos desta missão foram:

Durante a fase de ocupação da Expedição 19:

  • Lançamento da tripulação da Expedição ISS-19/20 e do participante no voo espacial Charles Simonyi que opera de acordo com um programa da tripulação visitante nº 16 transportada pelo veículo Soyuz TMA-14 no voo 18S;
  • Acoplagem do veículo Soyuz TMA-14 com o módulo de serviço Zvezda;
  • Suporte operacional para carga e separação do veículo tripulado Soyuz TMA-13 do módulo Zarya;
  • Suporte operacional para a descarga e separação do veículo Progress M-66;
  • Suporte operacional para a acoplagem e descarga do veículo Progress M-02M;
  • Suporte da funcionalidade da ISS;
  • Realização do programa científico e experimental da missão;
  • Implementação do programa experimental no âmbito do projecto da tripulação visitante nº 16;
  • Transferência da ISS para a Expedição 19 e regresso à Terra dos dois elementos da Expedição 18 a bordo do veículo Soyuz TMA-13.

Durante a fase de ocupação da Expedição 20

  • Lançamento da tripulação da Expedição ISS-20/21 no veículo Soyuz TMA-15 no voo 19S;
  • Acoplagem do veículo Soyuz TMA-15 com o módulo de serviço Zarya;
  • Suporte operacional para a descarga e separação do veículo Progress M-02M do módulo Pirs;
  • Deslocação do veículo Soyuz TMA-14 entre portos de acoplagem no módulo Zvezda;
  • Suporte operacional para a acoplagem do vaivém espacial OV-105 Endeavour na missão ISS-2J/A. Rotação de um dos membros da tripulação permanente;
  • Suporte operacional para a acoplagem e descarga do veículo Progress M-67;
  • Rotação de um dos membros da tripulação permanente no decorrer da missão ISS-17A;
  • Suporte nas operações de acoplagem do veículo de carga japonês HTV com o segmento americano;
  • Realização de duas actividades extraveículares a partir do segmento russo da ISS;
  • Suporte da funcionalidade da ISS;
  • Implementação do programa experimental e científico.

A tripulação da Soyuz TMA-15

A tripulação principal da Soyuz TMA-15 foi composta pelo cosmonauta russo Roman Yurievich Romanenko (Comandante da Soyuz TMA-15 e Engenheiro de Voo da ISS), pelo astronauta belga Frank DeWinne (Engenheiro de Voo nº 1 da Soyuz TMA-15 e Engenheiro de Voo da Expedição 19 e Comandante da Expedição 20), e pelo astronauta canadiano Robert Brent Thirsk (Engenheiro de Voo nº 2 da Soyuz TMA-15 e Engenheiro de Voo da Expedição 20). Por seu lado, a tripulação suplente era composta pelo cosmonauta russo Dmitriy Yurievich Kondratiev, pelo astronauta canadiano Christopher Austin Hadfield e pelo astronauta holandês André Kuipers.

A tripulação principal da Soyuz TMA-15. Da esquerda para a direita: Robert Brent Thirsk (Canadá), Roman Yurievich Romanenko (Rússia) e Frank DeWinne (Bélgica). Imagem: NASA

A tripulação suplente da Soyuz TMA-15. Da esquerda para a direita: Christopher Austin Hadfield, Dmitriy Yurievich Kondratiev, e André Kuipers. Imagem: NASA

O voo da Soyuz TMA-15

Quando um astronauta é nomeado para um determinado voo espacial, é criada uma matriz de treino denominada CQRM (Crew Qualifications and Responsability Matrix). No fundo, este documento contém a informação acerca de qual membro da tripulação irá levar a cabo uma determinada tarefa na missão, isto é qual é o seu objectivo no voo que irá levar a cabo. As equipas de treino na Rússia e nos Estados Unidos utilizam este documento para determinar se um membro da tripulação será operador ou se será especialista para um determinado sistema da estação orbital. Um operador somente necessita saber como operar um determinado equipamento, tal como o computador da estação, ou saber como enviar um comando para um determinado sistema da estação: por exemplo, como elevar a temperatura num determinado módulo. Um especialista necessita de saber como reparar um determinado problema com o computador ou reparar o sistema de controla a temperatura da estação.

Geralmente o treino para uma missão a bordo da ISS tem uma duração de 18 meses durante os quais os astronautas e cosmonautas aprendem a trabalhar com os sistemas da estação.

Cada sistema na estação (eléctrico, aquecimento e arrefecimento, comunicações, etc.) possui um plano de treino separado para os operadores e para os especialistas. Todos os membros da tripulação devem saber o suficiente acerca de cada sistema da estação para serem pelo menos operadores. O treino de um especialista é mais demorado, logo um astronauta ou cosmonauta só será especialista em alguns sistemas, enquanto os restantes membros da tripulação serão especialistas em outros sistemas.

A toda a tripulação é designada uma equipa de treinadores. Estes treinadores são especialistas que ensinam a tripulação tudo o que é necessário para que a missão seja levada a cabo com sucesso. O denominado Station Training Lead (STL) está encarregue da equipa de treino. Esta pessoa é um instrutor com muitos anos de experiência no ensino dos astronautas e cosmonautas. A equipa possui um instrutor para cada um dos oito sistemas principais da estação espacial. A equipa também possui instrutores para as experiências científicas que são levadas a cabo a bordo da estação e outros instrutores que ensinam os membros da tripulação a levar a cabo saídas para o exterior em caso de necessidade.

Os membros da tripulação também se deslocam ao Canadá para aprenderem a operar com o braço robot da ISS, o Canadarm2. Outra parte do treino dos membros da ISS consiste em saber como tratar um outro membro da tripulação caso este adoeça em órbita.

Uma parte fundamental do treino dos membros das futuras tripulações da ISS é a sua preparação para levar a cabo várias experiências científicas em órbita. A ISS é uma área excepcional para a realização de experiências que não podem ser levadas a cabo na Terra e como tal os astronautas e cosmonautas em órbita devem tirar partido de todo o tempo disponível. Equipas de cientistas e instrutores ocupam centenas de horas para garantir que cada membro da tripulação possui o conhecimento e a perícia necessária para levar a cabo as experiências para as quais foi designado, pois os investigadores na Terra dependem muito dessas experiências.

A tripulação recebe formação específica em variadas áreas tal como já o haviam recebido tripulações anteriores. Estas tripulações levaram a cabo experiências com o cultivo de células humanas para estudar a forma como o cancro se desenvolve, trabalhando também com antibióticos para encontrar uma forma de os produzir mais rapidamente na Terra. Essas tripulações procederam também ao cultivo de plantas para produzir sementeiras resistentes a várias pragas e cristais para melhorar a produção de gasolina. O corpo humano foi também estudado em microgravidade, reunindo-se informação relativamente a situações patológicas humanas como por exemplo a formação de pedras nos rins e a análise da performance das células do fígado. Outras experiências tiram partido da reduzida gravidade na ISS para estudar os processos físicos. Ao eliminar a gravidade, os pesquisadores podem compreender melhor algumas das pequenas forças que ocorrem em processos tais como na produção de semicondutores.

Algumas das experiências levadas a cabo em órbita requerem que os membros das tripulações as activem e terminem (como o crescimento de cristais, por exemplo), enquanto que outras experiências requerem que os astronautas e cosmonautas sejam meros operadores. As experiências relacionadas com as Ciências da Vida são únicas pois os membros da tripulação servem muitas vezes como cobaias humanas e operadores ao mesmo tempo. Este tipo de experiências ajudam a melhor compreender a forma como o corpo humano se adapta a longos períodos em microgravidade, podendo também esta informação ajudar as pessoas na Terra.

Tal como aconteceu com as anteriores tripulações, os instrutores tiveram de determinar a forma de como os cosmonautas e astronautas seriam treinados para cada experiência e quantas horas de treino seriam necessárias, além de definir quem iria levar a cabo o treino, quais os procedimentos, software e equipamento seria necessário. Os planos de treino individual para cada experiência são combinados num único plano que inclui todas as experiências de uma disciplina científica.

O Centro Espacial Marshall em Huntsville, Alabama, é responsável pela orientação do plano de treino de cada membro da tripulação para todas as experiências levadas a cabo nos módulos americanos. As áreas de pesquisa incluem as Ciências da Vida, Ciências Físicas, Biologia Espacial Fundamental, Desenvolvimento de Produtos Espaciais e Ciências da Terra / Voo Espacial.

Como o tempo da tripulação, quer seja antes, durante ou depois do voo, é um bem muito precioso, cada detalhe de uma dada sessão de treino para uma dada experiência deve ser planeado, praticado e coordenado com muita precisão. Frequentemente o cientista ou o investigador principal para uma determinada experiência, instruí os membros da tripulação na forma de como operar a sua experiência. As sessões auxiliadas por computador (CBT – Computer Based Training) são também desenvolvidas por especialistas para proporcionar sessões de treino no solo e em órbita. Estas sessões podem ser utilizadas pela tripulação para treino de proficiência, para manter as suas aptidões e conhecimentos sobre uma experiência específica ou para treino inicial.

Nos meses que antecederam o seu voo, os dois cosmonautas tornaram-se especialistas em cada experiência que realizam em órbita, prontos para proporcionar aos cientistas os dados que necessitam para melhorar a vida no nosso planeta.

Um treino internacional

O treino dos membros da expedições permanentes na ISS decorre em várias partes do planeta, nomeadamente no Centro Espacial Johnson, Houston – Texas, no Centro Espacial Kennedy, Florida, na Sede da Agência Espacial do Canadá, Saint-Hubert – Quebec, no Centro de Treino de Cosmonautas Yuri A. Gagarin, Cidade das Estrelas – Moscovo, e no Cosmódromo GIK-5 Baikonur, Tyura Tan – Cazaquistão.

O Centro Espacial Johnson é a base dos astronautas da NASA e uma casa longe de casa para os astronautas e cosmonautas visitantes, e membros das expedições permanentes de outros países. Sendo o principal local de treino para as tripulações, o centro espacial possui equipas de instrutores profissionais, instalações de treino, salas com ambientes de simulação integrada e laboratórios para auxiliar os astronautas e cosmonautas a se prepararem para a sua missão.

O Centro Espacial Kennedy, junto à costa atlântica, é o local de lançamento dos vaivéns espaciais. Os astronautas obtêm a prática fundamental nas instalações de processamento da estação espacial com os elementos com os quais irão lidar durante a sua missão antes de serem lançados para o espaço.

Sendo um participante essencial no projecto da ISS ao fornecer o Canadarm2, o Canadá treina os astronautas nas suas instalações que possuem simuladores do denominado MSS (Mobile Servicing System) que inclui o Canadarm2 e o MBS (Mobile Base System). Os membros das diversas tripulações recebem formação em robótica para os preparar para as complexas operações com o braço-robot da ISS. Os astronautas treinam no VOTE (Virtual Operations Training Environment) que proporciona um ambiente tridimensional de realidade virtual no qual os astronautas praticam a manipulação do MSS compreendendo assim os seus movimentos em relação às estruturas externas da estação.

O Centro de Treino de Cosmonautas Yuri A. Gagarin está situado nos arredores de Moscovo na chamada Cidade das Estrelas (Звездный) – Zvyozdny Gorodok. Este é o principal local de treino para os cosmonautas russos contendo instrutores profissionais, salas de aula, simuladores e modelo em escala real dos elementos tripulados em órbita. Os cosmonautas recebem todo o ensinamento necessário para conhecerem a fundo os módulos que compõe a secção russa da ISS. O centro de treino contém também o denominado Hydrolab que oferece um ambiente realista para o treino das actividades extraveículares levadas a cabo a partir do módulo Pirs e utilizando fatos extraveículares Orlan-DM.

O Cosmódromo GIK-5 Baikonur é utilizado para lançamentos orbitais desde o alvorecer da Era Espacial. O complexo é composto por dezenas de plataformas, rampas e silos subterrâneos de lançamento, contendo também estações de rastreio e controlo. Os membros das expedições permanentes e das tripulações táxi realizam simulações a bordo de modelos 7K-STMA.

Treino específico para as actividades extraveículares

Uma parte muito especial do treino das tripulações da ISS, é o treino para as actividades extraveículares. A primeira fase deste treino passa por ensinar aos astronautas e cosmonautas como envergar os diferentes tipos de fatos espaciais extraveículares. Estes fatos proporcionam o ar que o astronauta necessita enquanto realiza os seus trabalhos no exterior da estação, mantendo também o corpo do astronauta numa temperatura confortável apesar de estarem temperaturas extremamente quentes ou extremamente frias no exterior.

Como o fato espacial é muito grande, os membros da tripulação tiveram de praticar como movimentar-se enquanto o envergam e aprenderam como utilizar as diversas ferramentas com as volumosas luvas nas mãos. Tanto os astronautas como os cosmonautas praticam as saídas para o espaço no interior de grandes piscinas, treinando sete horas debaixo de água por cada hora que passam no espaço exterior.

Os cosmonautas russos possuem uma piscina no Centro de Treino de Cosmonautas Yuri A. Gagarin, Cidade das Estrelas. Aqui, tanto astronautas como cosmonautas aprendem a utilizar os fatos extraveículares russos Orlan-DM. Por outro lado, também levam a cabo sessões de treino no NBL (Neutral Buoyancy Laboratory), situado no Centro Espacial Johnson em Houston, Texas. O NBL possui um comprimento de 62 metros, uma largura de 31 metros e uma profundidade de 12 metros, contendo 22,7 milhões de litros de água. No fundo desta enorme piscina, de facto a maior piscina interior do mundo, encontra-se um modelo da ISS, que tem o mesmo tamanho da estação que se encontra em órbita. Na piscina existem também um modelo do porão de carga do vaivém espacial.

Um astronauta que se encontra submerso no NBL, encontra muitas semelhanças ao estado de imponderabilidade no exterior de um veículo em órbita, porém não é o mesmo que se encontrar a flutuar no espaço. Um astronauta não se encontra em imponderabilidade, encontrando-se num estado de flutuação neutral. No NBL são colocados pesos ou flutuadores junto do fato espacial de forma a fazer do astronauta um flutuador neutral, o que o faz sentir como se estivesse no espaço flutuando sem gravidade.

Após saber se movimentar com o fato espacial, o astronauta aprende a executar as suas tarefas na sua actividade extraveícular envergando um usual fato de mergulho. Após passar esta fase inicial, o astronauta começa a praticar os mesmos procedimentos mas desta vez envergando o seu fato espacial extraveícular. Na piscina outros mergulhadores auxiliam o astronauta a movimentar-se até que este se habitue a mover-se com o fato extraveícular. O astronauta aprende também a manter-se imóvel numa determinada posição, pois um movimento mais forte no espaço e fará com que este flutue para longe da estação.

A fase seguinte verá o astronauta a aprender a utilizar as ferramentas que serão necessárias durante a saída para o espaço. O astronauta pratica todos os movimentos dezenas de vezes até que os execute correctamente. Ao contrário dos astronautas que auxiliam na montagem da ISS ou que tiveram de reparar o telescópio espacial Hubble, os membros das tripulações permanentes da ISS aprendem a levar a cabo muitas tarefas no exterior da estação para estejam preparados a reparar qualquer falha que possa surgir durante a permanência em órbita.

Roman Romanenko, Frank DeWinne e Robert Thirsk seguiram o regime normal de treinos e de preparação para a sua permanência a bordo da estação espacial internacional com visitas frequentes ao Centro Espacial Johnson (Houston – Texas) e ao Centro de Treino de Cosmonautas Yuri Gagarin (Moscovo).

Preparativos finais para o lançamento

O foguetão 11A511U-FG Soyuz-FG que seria utilizado para lançar a Soyuz TMA-15 chegava à estação de caminhos-de-ferro de Tyura Tam no dia 16 de Março de 2009. Após passar pelos normais procedimentos alfandegários, os diversos componentes do lançador foram transferidos para a rede de caminhos-de-ferro do Cosmódromo GIK-5 Baikonur e transportados para o edifício de integração e montagem MIK da Área 112.

A 10 de Abril o veículo Soyuz 7K-TMA nº 225 chegava ao cosmódromo de Baikonur a partir de Korolev. Os preparativos do foguetão lançador eram iniciados a 6 de Maio.

Após a realização dos testes pneumáticos na câmara de vácuo, os especialistas da Corporação Energia iniciariam os preparativos para o abastecimento do sistema de propulsão da Soyuz TMA-15 com os propelentes e gases de pressurização necessários para as suas manobras orbitais. Entretanto as duas tripulações da Soyuz TMA-15 levavam a cabo os exames finais no Centro de Treino de Cosmonautas Yuri Gagarin sendo aprovadas para a missão. Após a aprovação das tripulações, celebrou-se a tradicional Festa do Chá para a administração da Roscosmos e para as tripulações envolvidas na missão.

No dia 15 de Maio as duas tripulações chegavam ao cosmódromo Baikonur para iniciar a fase final do seu treino para a missão. As tripulações viajaram separadas em aviões Tupolev Tu-154 e Tupolev Tu-134.

No dia seguinte à chegada dos cosmonautas a Baikonur, estes procediam à inspecção da Soyuz TMA-15, experimentavam os fatos espaciais pressurizados Sokol-KV2 e os assentos individuais, além de verificarem a documentação que seria utilizada no lançamento e em órbita a bordo da Soyuz TMA-15. Os cosmonautas procederam também à verificação do equipamento de comunicação via rádio.

O abastecimento da Soyuz TMA-15 foi levado a cabo a 17 de Maio e no dia seguinte a cápsula era transportada de volta para as instalações de montagem e teste para serem realizadas as operações finais de processamento. A 19 de Maio a cápsula era acoplada com o compartimento de transferência que faz a ligação física com o terceiro estágio do foguetão lançador 11A511FG Soyuz-FG. Os desenhadores e engenheiros da Corporação S.P. Korolev RSC Energia procederam à inspecção do veículo no dia 21 de Maio e de seguida foi autorizada a colocação da cápsula no interior da ogiva de protecção do foguetão lançador.

A Soyuz 7K-TMA nº 225 na sua configuração de lançamento foi inspeccionada pela tripulação a 21 de Maio no edifício MIK-254 e no dia seguinte o módulo orbital (contendo a cápsula) foi transportada para o edifício de integração e montagem do lançador no qual foi integrado com o foguetão 11A511U-FG Soyuz-FG no dia 23. Neste dia foi levada a cabo uma reunião da Comissão Governamental e da Comissão Técnica que tomou a decisão de autorizar o transporte do foguetão 11A511U-FG Soyuz-FG contendo a cápsula Soyuz 7K-TMA nº 225 para a plataforma de lançamento.

No dia 24 de Maio o foguetão lançador 11A511U-FG Soyuz-FG contendo a cápsula Soyuz 7K-TMA nº 225 foi transportado para a Plataforma de Lançamento PU-5 do Complexo de Lançamento LC1 (17P32-5), também designada ‘Gagarinskiy Start’. O transporte do lançador é levado a cabo na horizontal sobre um vagão de caminho de ferro especialmente equipado com um sistema pneumático que segura o foguetão e o coloca na posição vertical sobre o fosso das chamas na plataforma de lançamento. Após ser colocado na plataforma PU-5 deu-se início ao primeiro dia de actividades de preparação para o lançamento.

Neste dia é levada a cabo uma reunião da Comissão Governamental que aprova em definitivo a constituição da tripulação principal da Soyuz TMA-15, tomando também a decisão de se prosseguir com os preparativos para o lançamento do foguetão 11A511U-FG Soyuz-FG contendo a cápsula Soyuz 7K-TMA nº 225, nomeadamente com o seu abastecimento.

Após envergar os fatos pressurizados Sokol-KV2, a tripulação apresenta-se perante as delegações das diferentes agências espaciais e perante a Comissão Governamental, afirmando a sua prontidão para levar a cabo o programa de voo estipulado. O transporte da tripulação para a plataforma de lançamento ocorreu de seguida e minutos mais tarde tomava o elevador que lhe daria acesso ao seu veículo tripulado no topo do lançador.

Os preparativos para o lançamento decorrem sem qualquer problemas sendo levado a cabo um teste nos mecanismos do módulo de regresso ao mesmo tempo que se inicia a ventilação dos fatos pressurizados dos três tripulantes. A unidade de monitorização do lançamento e de fornecimento de energia é preparada, e leva-se a cabo um teste de selagem da escotilha do módulo orbital da Soyuz TMA. A activação dos giroscópios tem lugar de seguida sendo também nesta altura preparado para o voo o sistema de controlo do lançador.

As estruturas de serviços da Plataforma de Lançamento PU-5 são separadas e colocadas em posição de lançamento com o teste dos mecanismos do módulo de regresso a serem finalizados logo de seguida ao mesmo tempo que se testam os fatos pressurizados em busca de fugas. O sistema de emergência do lançador 11A511U-FG Soyuz-FG é armado e a unidade de fornecimento de energia para o lançador é activada.

Finalizados os testes de fugas aos fatos pressurizados dos três cosmonautas, a instrumentação individual de emergência da tripulação é colocada em modo automático. De seguida as plataformas giroscópicas são libertadas ao mesmo tempo que os gravadores da tripulação são activados.

Com as operações de pré-lançamento completas segue-se o programa automático para as operações finais de lançamento. Os sistemas de bordo são transferidos para controlo interno enquanto que os sistemas de medição do solo são activados. Os sistemas de controlo do Comandante da Soyuz TMA-15 são também activados nesta fase. Por esta altura os três homens começam a consumir o ar proveniente dos fatos pressurizados ao encerrar as viseiras dos seus capacetes. A chave para o lançamento é inserida no bunker de controlo.

A quatro minutos do lançamento as câmaras de combustão dos motores do primeiro e do segundo estágio são purgadas com nitrogénio e pouco depois dá-se início à pressurização dos tanques de propolente do foguetão lançador. Nesta altura o sistema de medida de bordo é activado e é iniciada a pressurização de todos os tanques do lançador com nitrogénio. As válvulas de drenagem e de segurança dos tanques do lançador são encerradas ao mesmo tempo que se finaliza o abastecimento de oxigénio líquido e de nitrogénio.

O foguetão 11A511U-FG Soyuz-FG (IU15000-030) começa a receber energia das suas próprias baterias a dois minutos antes do lançamento, dando-se início à sequência automática de lançamento. Nesta fase é separada a primeira torre umbilical do lançador. Às 1033:33UTC é desligado o fornecimento de energia através do segundo braço umbilical e às 1033:51UTC é enviado o comando para o lançamento dando-se a ignição dos motores do lançador. O segundo braço umbilical separa-se do lançador de seguida. Com as turbo-bombas dos motores a funcionar à velocidade de voo, os motores do primeiro estágio a atingem a força máxima às 1034:47UTC. A torre de abastecimento separa-se às 1034:53,043UTC e o lançador abandona a plataforma PU-5.

A separação do sistema de emergência da cápsula deu-se às 1036:46,42UTC seguindo-se a separação do primeiro estágio às 1036:50,84UTC. O impacto no solo do sistema de emergência teve lugar na Área nº 16 localizada no Distrito de Karaganda, Cazaquistão. O sistema de emergência tem uma massa de 1.935 kg. O impacto no solo terá ocorrido a 47.º 18’ N – 67.º 14’ E. O impacto no solo dos propulsores que constituíram o primeiro estágio teve lugar na Área nº 49 localizada no Distrito de Karaganda, Cazaquistão. O impacto no solo terá ocorrido a 47.º 22’ N – 67.º 28’ E.

A separação da ogiva de protecção da Soyuz 7K-TMA nº 225 teve lugar às 1037:30,52UTC e acabou por cair na Área nº 69 localizada no Distrito de Karaganda (48.º 01’ N – 69.º 33’ E). Terminada a queima do segundo estágio (1039:38,09UTC) este separa-se às 1039:40,37UTC, tendo impactado nas Áreas nº 306 (50.º 52’ N – 83.º 00’ E) e 307 (50.º 54’ N – 83.º 16’ E) localizada no Distrito de Altai, República de Altai (Rússia) – Distrito de Cazaquistão Este (Cazaquistão). Após a separação do segundo estágio deu-se às 1039:53,09UTC a separação da estrutura que faz a ligação física entre o segundo e o terceiro estágio. Esta secção de ligação acabou por impactar na Área nº 309 (50.º 56’ N – 83.º 35’ E) localizada no Distrito de Altai, República de Altai (Rússia) – Distrito de Cazaquistão Este (Cazaquistão). O final da queima do estágio Block-I ocorre às 1043:38,00UTC e a separação entre a Soyuz 7K-TMA nº 225 e o Block-I teve lugar às 1043:41,30UTC. Após a entrada em órbita o veículo Soyuz 7K-TMA nº 225 recebeu oficialmente a designação Soyuz TMA-15.

A Soyuz TMA-15 ficou colocada numa órbita inicial com um apogeu a 242 km de altitude, um perigeu a 200 km de altitude, uma inclinação orbital de 51,67.º em relação ao equador terrestre e um período orbital de 88,64 minutos.

Agora em órbita terrestre, a Soyuz TMA-15 inicia uma perseguição de dois dias à ISS. Ao longo destes dias são levadas a cabo algumas manobras orbitais que alteram os parâmetros da órbita do veículo tripulado. A acoplagem com o módulo Zarya da estação espacial internacional teve lugar às 1234:29UTC do dia 29 de Maio de 2009.

O programa científico da Expedição 19

Durante a sua permanência de seis meses em órbita terrestre a Expedição 19 e a Expedição 20 levaram a cabo um programa científico que constou de 330 sessões baseadas em 42 experiências.

Área de Pesquisa Experiências Total de Experiências Número de Sessões
Ciências da Vida Sonocard, Pilot, Vzaimodeystviye, Dykhanie, Tipologia, Pnevmocard, Poligen, Biorisk, Rastenia, Matryoshka-R 10 90
Tecnologia Espacial e Ciências dos Materiais SVS 1 4
Experiências em Biotecnologia Lactolen, Astrovaktsina, BIF, Vaktsina-K, ARIL, OCHB, Biotrek, Conjugatsia, Biodegradatsia, Bioemulsiya, Kaskad, Bacteriofag, Zhenshen-2 10 10
Detecção remota de recursos terrestres Rusalka, Seyner 2 18
Pesquisa Geofísica Relaksatsia, Uragan, Impuls, Vsplesk 4 73
Pesquisa Tecnológica Vector-T, Izgib, Identifikatsiya, Sreda, MKS, Kntur 5 83
Pesquisa dos Raios Cósmicos BNT-Neutron 1 1
Análise integrada e programa de informação Bar, Ekon, Plasma-MKS, Expert, Plasma-Progress, Plasma-Crystal 6 39
Programas educacionais e humanitários Fizika-Obrazovanie, MAI-75 3 16
Actividades Comerciais EXPOSE-R 2 2
46 218

Para a implementação deste programa de pesquisa científica foi necessário o transporte de 65,88 kg de carga científica, dos quais 28,295 kg foram transportados a bordo da Soyuz TMA-14, 4.665 kg são transportados a bordo do cargueiro Progress M-02M, 5.820 são transportados pela Soyuz TMA-15 e 27.100 kg são transportados a bordo do cargueiro Progress M-67. Os resultados científicos foram trazidos de volta para a Terra pelos veículos tripulados, esperando-se que se obtenha um total de 50,64 kg de resultados (27,27 kg foram trazidos pela Soyuz TMA-13, 10,70 kg foram trazidos pela missão ISS-17A do vaivém espacial e 12,67 kg foram trazidos pela Soyuz TMA-14). O programa científico da Expedição 19 / Expedição 20 necessitou de um total de 325 horas e 23 minutos do tempo da tripulação em órbita. Deste total 164 horas 00 minutos foram dispensados pelos Comandantes das Expedições, 160 horas 30 minutos por um dos Engenheiros de Voo da Expedições e 50 minutos foram dispensados pelo Engenheiro de Voo norte-americano da Expedição 19.

As experiências do programa científico da Expedição 19

  • Pesquisa Geofísica

Relaksatsia – tem como objectivo o estudo das reacções químicas luminescentes e dos fenómenos ópticos atmosféricos que ocorrem durante a interacção a alta velocidade entre os produtos da exaustão dos motores a jacto e a alta atmosfera terrestre, além de estudar os fenómenos ópticos que têm lugar durante a reentrada de corpos na alta atmosfera terrestre e as suas propriedades no ultravioleta.

Uragan – tem como objectivo o desenvolvimento de um sistema espacial e terrestre para a prevenção de desastres naturais e originados pelo Homem. Experiência realizada em conjunto com a NASA.

Impuls – o propósito desta experiência é o estudo da capacidade de utilização de injectores de plasma como fonte de distúrbio ionosférico e como fonte de baixas frequências electromagnéticas; estudo dos distúrbios do ambiente espacial utilizando fluxos de plasma artificial e os seus efeitos na propagação de ondas de rádio.

Vsplesk – estudo dos fenómenos sísmicos e dos fenómenos que ocorrem na crusta terrestre, na magnetosfera, na ionosfera e Cintura de Van Allen, e estudo da natureza física dos efeitos sísmicos no espaço próximo da Terra, bem como determinação da possível previsão de terramotos ao se analisar emissões de partículas de alta-energia no espaço próximo da Terra.

  • Tecnologia Espacial e Ciências dos Materiais

SVS – estudo dos processos físicos da cristalização das proteínas para produzir mono cristais perfeitos em estruturas que permitam uma análise estrutural por raios-x; estudo dos filmes de biocristais de soluções volumétricas em substratos utilizando o efeito «epitaxy» artificial; desenvolvimento de uma nova geração de equipamentos e técnicas para cristalizar uma grande quantidade de proteínas para aplicações em Biologia e Biologia Aplicada, Medicina, Farmacologia e Micro electrónica.

  • Ciências da Vida

Sonocard – desenvolvimento de propostas para melhorar os sistemas de monitorização da saúde da tripulação utilizando métodos de contacto mínimo durante o período de sono.

Pilot – análise da actividade da tripulação a quando da implementação de modos simulados de sistemas robóticos e análise das estações de trabalho durante a realização da experiência.

Vzaimodeystviye – estudo das leis comportamentais de um pequeno grupo ao longo de um voo espacial de longa duração. Estudo do impacto das diferenças pessoais, culturais e nacionais na percepção mútua dos membros da tripulação e da estrutura de grupo. Estudo da dinâmica da auto-percepção dos membros da tripulação em situações de stress durante as diferentes fases do voo espacial de longa duração. Estudo da dinâmica de grupo ao longo do voo espacial de longa duração.

Dykhanie – estudos dos mecanismos fisiológicos fundamentais da função respiratória externa em condições de voo espacial prolongado.

Tipologia – identificação das características de manifestações tipológicas de actividades que podem ser utilizadas para determinar o estado mental, predição e correcção das qualidades das tarefas profissionais levadas a cabo num voo espacial.

Pnevmocard – aquisição de nova informação científica para melhorar a compreensão acerca dos mecanismos de adaptação do sistema cardiorrespiratório e de todo o organismo às condições de voo espacial.

Poligen – estudo das correlações entre parâmetros de adaptabilidade de populações de Drosophila melanogaster e a sua estrutura genérica, bem como a procura de critérios de identificação de organismos vivos mantendo um máximo possível de resistência ao ambiente de um voo espacial.

Biorisk – acomodação e exposição de amostras passivas de materiais estruturados e de sistemas de substratos de microrganismos no interior do módulo de serviço da ISS.

Rastenia – estudos tendo como objectivo resolver problemas de Biologia fundamental e problemas de optimização de cultivos de plantas para futuras estufas como parte de sistemas avançados de suporte de vida.

Matroshka-R – investigação da situação dinâmica radiológica no Módulo de Serviço e no Módulo de Acoplagem, bem como medição das doses acumuladas de radiação em modelos antropomórficos e esféricos. Melhoramento dos métodos de dosimetria espacial e avaliação do impacto da radiação no organismo dos tripulantes da estação espacial durante a variação orbital da dinâmica da situação radiológica (utilização de um manequim equipado com uma série de sistemas e dispositivos cilíndricos contendo detectores passivos).

  • Detecção remota dos recursos terrestres

Seyner – teste dos procedimentos dos suportes de informação para as tripulações no segmento russo da ISS em condições reais para operações de pesquisa científica e de pesca levadas a cabo por embarcações nacionais e estrangeiras.

Rusalka – teste dos procedimentos para determinar o conteúdo de dióxido de carbono e de metano na atmosfera terrestre para compreender o papel dos processos naturais e da actividade humana na formação de ÑÎ2 e ÑÍ4.

  • Biotecnologia espacial

Lactolen – determinar os efeitos do voo espacial orbital no crescimento, propriedades genéticas e fisiológicas de um estirpe produtor de lactolen.

Vaktsina-K – criação de novas vacinas contra doenças virais e desenvolvimento de uma vacina contra o SIDA.

Lactolen – determinar os efeitos do voo orbital no crescimento, genética, e propriedades fisiológicas das estirpes produtores de lactolen.

ARIL – desenvolvimento de métodos controlados de propriedades de estirpes produtoras recombinantes de interleucina 1α, 1β e aryl através da exposição de culturas de germes ao ambiente do voo orbital com a subsequente selecção laboratorial.

OCHB – desenvolvimento de métodos para aumentar o campo de estirpes recombinantes que produzam Cu-, Zn-superóxidos humanos através da incubação de uma cultura de germes no ambiente espacial com subsequente selecção laboratorial.

Biotrek – estudo da correlação existente entre a alteração das propriedades genéticas, produtividade de estirpes recombinantes, e sua exposição a partículas espaciais pesadas.

Conjugatsia – desenvolvimento de métodos para a obtenção de novas estirpes recombinantes que são essenciais para a medicação proteica ao se utilizar uma conjugação bacteriana e técnicas de mobilização de plasmidos durante o voo espacial.

Biodegradatsia – investigação dos estágios iniciais de colonização das superfícies de diversos materiais por microrganismos nos compartimentos pressurizados da ISS.

Bioemulsiya – desenvolvimento de tecnologias de estado moderado para produção de biomassa de microrganismos e de substâncias biologicamente activas para proporcionar uma produção ecologicamente eficiente de preparados bacterianos, além de fermentações e soluções médicas.

Kaskad – investigação do cultivo de células de microrganismos, animais e humanas em condições de microgravidade para obtenção de uma biomassa concentrada com um alto conteúdo de células proporcionando uma grande quantidade de substâncias bio-activas.

BIF – o propósito desta experiência é a revelação de características do metabolismo e morfologia de diferentes fenotipos de um estirpe de bifidobactéria causada pelas condições de microgravidade para produzir probióticos com o aumento de factores biomédicos e aumento da eficiência de produção.

Astrovaktsina – estudo do efeito do voo espacial no processo de cultivo de um produtor de Ecoli da proteína antigene Caf 1 Yersenia pestis.

Zhenshen-2 – obtenção de novos produtores biológicos e genotipos de plantas com uma actividade biológica aumentada.

Bacteriofag – estudo dos factores do voo espacial no diagnóstico médico e características genéticas.

  • Pesquisa Tecnológica

Vektor-T – testes do desenvolvimento de procedimentos para a previsão do movimento da ISS, sistemas de orientação e controlo de navegação.

Izgib – determinação do ambiente gravítico na ISS.

Identifikatsiya – identificação das cargas dinâmicas na ISS quando diferentes operadores dinâmicos estão a funcionar na estação, nomeadamente a quando da acoplagem, correcções orbitais, execução de exercícios físicos, actividades extraveículares, etc. Investigação das condições de micro-aceleração com o intuito de determinar os níveis de micro-aceleração nas áreas que envolvem experiências tecnológicas e determinação dos níveis inadmissíveis.

Sreda – estudo das características dinâmicas da ISS; determinação de parâmetros que definam a localização de dispositivos científicos e sensores de atitude em relação às deformações da fuselagem da estação espacial; determinação dos parâmetros dos distúrbios magnéticos e micro gravíticos a bordo da estação espacial.

MKS – estudo consolidado das características dinâmicas da ISS; determinação de parâmetros que definam a localização espacial de dispositivos científicos e sensores de atitude em relação à deformação da fuselagem da estação; parâmetros de distúrbios magnéticos e micro gravíticos a bordo da estação espacial.

Kontur – desenvolvimento de métodos de controlo do braço robot utilizando a Internet tendo em conta os atrasos temporais para estudar as capacidades de controlo de objectos remotos.

  • Pesquisa dos Raios cósmicos

BNT-Neutron – clarificação dos modelos de radiação existentes em órbita.

  • Análise integrada e programa de informação

Bar – desenvolvimento de procedimentos para detectar fugas de ar dos módulos da ISS.

Ekon – determinar as possibilidades de obtenção de informação documentada durante a observação de instrumentos pela tripulação utilizando instrumentos ópticos manuais num voo de longa duração a partir do segmento russo da ISS para determinar os efeitos ecológicos das actividades industriais no território da Federação Russa e em países estrangeiros.

Plasma-MKS – verificação dos processos de corrente eléctrica previstos teoricamente como existentes na ISS. Detecção da dependência das intensidades das correntes no ambiente de plasma da estação dependendo da sua configuração, atitude orbital, operação dos sistemas exteriores e alterações sazonais no ambiente espacial ao se analisar as suas características ópticas.

Expert – investigação dos primeiros sintomas de micro destruição de superfícies no corpo pressurizado e nas estruturas do segmento russo da ISS, realizada em conjunto com parâmetros de monitorização da temperatura e humidade, campos acústicos de bandas de ultra-sons e outros factores do voo espacial que podem influenciar os processos de micro destruição. Analise das possíveis relações entre os factores de micro destruição e do voo espacial. Preparação de propostas para o desenvolvimento de sistemas de bordo para revelar os primeiros sintomas de micro destruição e actualização dos métodos para prevenir a micro destruição do corpo pressurizado e das estruturas do segmento russo da ISS.

Plasma-Progress – determinação das relações espaço-temporais da densidade do ambiente de plasma que surge durante a operação dos motores de um veículo Progress.

Plasma Crystal – desenvolvimento de procedimentos para a geração e monitorização de estruturas ordenadas de micro partículas no plasma.

  • Projectos educacionais e humanitários

Fizika-Obrazovanie – demonstração de fenómenos físicos em microgravidade (acção reactiva e aerodinâmica de um corpo em revolução, agregação de bolhas de gás durante a separação de fase de um meio gás-líquido; processo de movimento e efeitos de transferência no sistema vestibular humano).

MAI-75 – organizar linhas de comunicação entre utilizadores no solo e os recursos de informação na ISS; utilizar protocolos de Internet standard para obter recursos de informação na ISS; incluir um perfil aeroespacial de recursos de telecomunicações recepcionado durante a experiência no processo de treino para instituições de educação superior.

  • Actividades Comerciais

EXPOSE-R – investigação eczobiológica dos efeitos do ambiente espacial (radiação ultravioleta, vácuo e meio ionizante) em amostras orgânicas e biológicas simples.

A Soyuz TMA e o foguetão 11A511U-FG Soyuz-FG

Veículo 7K-STMA Soyuz-TMA (11F732)

A Soyuz TMA surge como uma versão melhorada da Soyuz TM de forma a permitir a sua utilização por tripulantes mais altos. As modificações básicas introduzidas no modelo TM tiveram como base os parâmetros antropométricos (Antropometricheskiy) dos astronautas americanos, além de aumentar o nível de protecção da tripulação durante o regresso à Terra ao diminuir a velocidade de aterragem e melhorando o sistema de absorção de impacto nas cadeiras dos ocupantes do veículo.

Desenvolvida ao abrigo dos acordos intergovernamentais entre a Rússia e os Estados Unidos no âmbito do programa da ISS, o objectivo principal deste veículo é o de proporcionar um meio de salvamento à tripulação residente da ISS e o de permitir a visita temporária de outras tripulações. Em voo o veículo tem as seguintes tarefas:

  • Permitir a visita à ISS de uma tripulação de até três pessoas e pequenas cargas (equipamento de pesquisa, objectos pessoais dos tripulantes, equipamento para a estação orbital, etc.);
  • O veículo deve permanecer num estado de prontidão que permita uma descida de emergência à tripulação da estação orbital em caso de situação de perigo em órbita, doença de algum dos ocupantes, etc. (função de regresso assegurado do veículo);
  • Regresso da tripulação em visita à estação (a composição da tripulação no regresso pode ser alterada conforma a situação a bordo da estação espacial);
  • Regresso de carga útil juntamente com a tripulação (cargas de baixo peso e volume que pode ser o resultado das pesquisas levadas a cargo a bordo da estação durante a permanência da tripulação de visita à estação);
  • Eliminação de lixo e outros detritos que são colocados no Módulo Orbital e que são destruídos durante a reentrada atmosférica.

A Soyuz TMA pode transportar até três tripulantes tendo uma vida útil em órbita de 200 dias, podendo no entanto permanecer 14 dias em voo autónomo. Tendo um peso de total de 7.220 kg (podendo transportar 900 kg de combustível), o seu comprimento total é de 6,98 metros, o seu diâmetro máximo é de 2,72 metros e o seu volume habitável total é de 9,0 m3. Pode transportar um máximo de 100 kg de carga no lançamento e 50 kg no regresso à Terra. A velocidade máxima que pode atingir no regresso à Terra com a utilização do pára-quedas principal é de 2,6 m/s, sendo a sua velocidade normal de 1,4 m/s, porém com o pára-quedas de reserva a sua velocidade máxima é de 4,0 m/s e a velocidade normal será de 2,4 m/s. Tal como o seu antecessor, o veículo Soyuz TMA é composto por três módulos: o Módulo Orbital, o Módulo de Reentrada e o Módulo de Propulsão e Serviço.

  • Módulo Orbital (Botivoi Otsek) – Tem um peso de 278 kg, um comprimento de 3,0 metros, diâmetro de 2,3 metros e um volume habitável de 5,0 m3. Está equipado com um sistema de acoplagem dotado de uma sonda retráctil com um comprimento de 0,5 metros, e um túnel de transferência. O comprimento do colar de acoplagem é de 0,22 metros e o seu diâmetro é de 1,35 metros. O sistema de acoplagem Kurs está equipado com duas antenas, estando uma delas colocada numa antena perpendicular ao eixo longitudinal do veículo. Este módulo separa-se do módulo de descida antes do accionamento dos retro-foguetões que iniciam o regresso à Terra.
  • Módulo de Reentrada (Spuskaemiy Apparat) – Podendo transportar até 3 tripulantes, tem um peso de 835 kg, um comprimento de 2,20 metros, um diâmetro de 2,20 metros e um volume habitável de 4,0 m3. Possui 6 motores de controlo com uma força de 10 kgf que utilizam N2O4 e UDMH como propolentes. O Módulo de Descida permite aos seus tripulantes o uso dos seus fatos espaciais pressurizados durante as fases de lançamento e reentrada atmosférica, estando também equipado com o sistema de controlo do veículo, pára-quedas, janelas e sistema de comunicações. A aterragem é suavidade utilizando um conjunto de foguetões que diminui a velocidade de descida alguns segundos antes do impacto no solo.

Durante o lançamento, acoplagem, separação, reentrada atmosférica e aterragem, o Comandante está sentado no assento central do módulo com os restantes dois tripulantes sentados a cada lado.

  • Módulo de Propulsão e Serviço (Priborno-agregatniy Otsek) – Tem um peso de 057 kg, um diâmetro base de 2,2 metros e um diâmetro máximo de 2,7 metros. Está equipado com 16 motores de manobra orbital com uma força de 10 kgf cada, e 8 motores de ajustamento orbital também com uma força de 10 kgf. Todos os motores utilizam N2O4 e UDMH como propolentes. O sistema de manobra orbital possui um I.E. de 305 s. O seu sistema eléctrico gera 0,60 kW através de dois painéis solares com uma área de 10,70 m2.

Porém, na realidade, a verificaram-se mais modificações entre as cápsulas Soyuz-11 e Soyuz-12 do que as registadas entre a versão TM e a versão TMA da Soyuz. Assim, a Soyuz TMA pode ser encarada como uma modificação menor da Soyuz TM.

O foguetão 11A511U-FG Soyuz-FG

O lançador 11A511U-FG Soyuz-FG era uma versão melhorada do foguetão 11A511U Soyuz-U. Esta versão possui motores melhorados e sistemas aviónicos modernizados, além de possuir um número de componentes fabricados fora da Rússia muito reduzido. O 11A511U-FG Soyuz-FG pertence à família do R-7 tendo também tem as designações Sapwood (NATO), SL-4 (departamento de Defesa dos Estados Unidos) e A-2 (Designação Sheldom).

É um veículo de três estágios no qual o primeiro consiste em quatro propulsores laterais a combustível líquido que auxiliam o veículo nos minutos iniciais do voo. O Block A constitui o corpo principal do lançador e está equipado com um motor RD-118. Tendo um peso bruto de 105.400 kg, este estágio pesa 6.875 kg sem combustível e é capaz de desenvolver 101.931 kgf no vácuo. Tem um Ies de 311 s (Ies-nm de 245 s) e um Tq de 286 s. Como propelentes usa o LOX e o querosene. O Block A tem um comprimento de 27,8 metros e um diâmetro de 3,0 metros. O motor RD-118 foi desenhado por Valentin Glushko. É capaz de desenvolver uma força de 101.931 kgf no vácuo, tendo um Ies de 311 s e um Ies-nm de 245 s. O seu tempo de queima é de 300 s. As suas diferenças de performance em relação ao RD-107 são resultado da utilização na totalidade de componentes russos.

Em torno do Block A estão colocados quatro propulsores designados Block B, V, G e D. Cada propulsor tem um peso bruto de 44.400 kg, pesando 3.810 kg sem combustível. Têm um diâmetro de 2,7 metros e um comprimento 19,6 metros, desenvolvendo 104.123 kgf no vácuo, tendo um Ies de 310 s e um tempo de queima de 120 s. Cada propulsor está equipado com um motor RD-117 que consome LOX e querosene, desenvolvendo 104.123 kgf no vácuo durante 130 s. O seu Ies é de 310 s e o Ies-nm é de 264 s.

O último estágio do lançador é o Block I equipado com um motor RD-0124 (11D451M ou 14D23). Tem um peso bruto de 25.500 kg e sem combustível pesa 2.355 kg. É capaz de desenvolver 30.000 kgf e o seu Ies é de 359 s, tendo um tempo de queima de 3000 s. Tem um comprimento de 6,7 metros, um diâmetro de 2,7 metros, utilizando como combustível o LOX e o querosene. O motor RD-0124 foi desenhado por Semyon Ariyevich Kosberg. Tem um peso de 408 kg e possui quatro câmaras de combustão que desenvolvem uma pressão de 157,00 bar. No vácuo desenvolve uma força de 30.000 kgf, tendo um Ies de 359 s e um tempo de queima de 3.000 s. Tem um diâmetro de 2,4 metros e um comprimento de 1,6 metros.

O 11A511U-FG Soyuz-FG é capaz de colocar uma carga de 7.420 kg numa órbita média a 193 km de altitude e com uma inclinação de 51,8.º em relação ao equador terrestre. No total desenvolve uma força de 422.500 kgf no lançamento, tendo uma massa total de 305.000 kg. O seu comprimento atinge os 46,1 metros e a sua envergadura com os quatro propulsores laterais é de 10,3 metros.

O primeiro lançamento de um veículo 11A511 Soyuz deu-se a 28 de Novembro de 1966 a partir do Cosmódromo NIIP-5 Baikonur. Neste dia o lançador 11A511 Soyuz (U15000-02) colocou em órbita o satélite Cosmos 133 «11F615 Soyuz 7K-OK nº 2A» (02601 1966-107A). Por seu lado o primeiro 11A511U Soyuz-U foi lançado a 18 de Maio de 1973, a partir do Cosmódromo NIIP-53 Plesetsk e colocou em órbita o satélite Cosmos 559 Zenit-4MK (06647 1973-030A). O primeiro desaire com o 11A511U Soyuz-U ocorreu a 23 de Maio de 1974, quando falhou o lançamento de um satélite do tipo Yantar-2K a partir do Cosmódromo NIIP-53 Plesetsk. O primeiro lançamento de um 11A511U-FG Soyuz-FG deu-se a 20 de Maio de 2001, tendo colocado em órbita o cargueiro Progress M1-6 (26773 2001-021A) em direcção à ISS.

Imagens: Roscosmos, RKK Energia, NASA e ESA

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