China ensaia nova cápsula espacial no primeiro lançamento do Chang Zheng-5B

A China levou a cabo com sucesso o lançamento de uma cápsula espacial de nova geração às 1000:27,092UTC do dia 5 de Maio de 2020, utilizando o primeiro foguetão CZ-5B Chang Zheng-5B. O lançamento teve lugar a partir do Complexo de Lançamento LC101 do Centro de Lançamentos Espaciais de Wenchang, Hainan.

A separação da nova cápsula teve lugar a T+8m 8s (1008:35UTC).

Juntamente com a nova cápsula espacial foi lançado um outro satélite (Rouxing Chongqi Shihuowu Fanhui Cang – Shiyan Cang) que iria testar novas tecnologias de reentra atmosférica utilizando um sistema de protecção insuflável. A aterragem deste satélite deveria ter lugar entre as 0502UTC e as 0542UTC do dia 6 de Maio numa área a Este do Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan, região autónoma da Mongólia Interior. Porém, segundo a Agência Espacial Tripulada da China, o veículo terá sofrido uma anomalia não especificada no regresso à Terra e foi perdido.

Os especialistas chineses irão a analisar os dados obtidos durante a sua missão e durante o processo de reentrada para tentar determinar as causas da anomalia.

A nova cápsula espacial terá uma missão de três dias em órbita.

O lançamento estava originalmente previsto para ter lugar pelo dia 24 de Abril na comemoração do 50.º aniversário do lançamento do primeiro satélite artificial da China, o DFH-1 Dongfanghong-1, mas acabaria por ser adiado devido a um problema técnico não especificado no foguetão lançador Chang Zheng-5B (Y1).

No seu primeiro voo, esta missão pode ser maioritariamente vista como um teste da configuração do Chang Zheng-5B para o lançamento do módulo Tianhe da futura estação espacial, incluindo o teste do modelo da carenagem de protecção com um comprimento de 20,5 metros (outras fontes indicam 16,2 metros) e 5 metros de diâmetro que será utilizada quando a China iniciar a construção da estação modular Tiangong. Isto explica o facto de não existir um sistema de abortagem de emergência a ser utilizado no novo veículo tripulado.

A separação em pares dos propulsores laterais teve lugar a T+2m 52,7s e T+2m 54,7s, seguindo-se a separação das duas metades da carenagem de protecção a T+3m 47,3s. O final da queima do estágio central teve lugar a T+7m 57s.

Este é um marco importante no futuro do programa espacial tripulado da China e um impulso moral importante para o manifesto de lançamentos daquele país após dois lançamentos falhados quase consecutivos.

A cápsula espacial tripulada de nova geração

A nova cápsula espacial da China dá início a uma nova geração de veículos tripulados daquele país e afasta-se do desenho das cápsulas Shenzhou. O veículo é designado na imprensa como Xinyidai Zairen Feichuan – Shiyan Chuan, devendo receber uma designação oficial após o regresso à Terra.

Esta missão terá como objectivo testar as principais tecnologias do novo veículo espacial tais como o controlo da sua reentrada atmosférica proveniente de velocidades lunares, testar a tecnologia de protecção através do seu escudo térmico, e as novas tecnologias e procedimentos de recuperação da cápsula dando especial atenção aos novos pára-quedas e sistemas de airbags.

A nova cápsula será colocada numa órbita com um apogeu a 8.000 km de altitude antes de iniciar uma reentrada a alta velocidade, simulando assim o regresso de uma trajectória trans-lunar.

O novo veículo será usado em missões na órbita terrestre baixa e em vôos de exploração no espaço profundo. Capaz de transportar seis tripulantes (ou 500 kg com tripulação de três membros), a cápsula foi desenvolvida pela Academia Chinesa de Tecnologia Espacial em Pequim e tem uma massa de 21.600 kg, tendo uma forma cónica com um diâmetro de 3,3 metros e um comprimento de 3,0 metros. O seu módulo de serviço tem um comprimento de 5,8 metros e um diâmetro de 3,3 metros.

Imagem: Junior Miranda

Imagem: Junior Miranda

Imagem: Junior Miranda

A cápsula foi colocada numa órbita inicial com um perigeu a 162 km de altitude, apogeu a 377 km e inclinação orbital de  41,1.º. Após o seu primeiro dia em órbita e após a realização das suas primeiras manobras orbitais, o novo veículo encontrava-se numa órbita com um perigeu a 299 km de altitude, apogeu a 719 km e inclinação orbital de  41.º. A 7 de Maio o veículo encontrava-se numa órbita com um perigeu a 319 km de altitude, apogeu a 4.971 km e inclinação orbital de  41.º, tendo levado a cabo um total de seis manobras orbitais até às 0100UTC do dia 7. A tabela seguinte mostra os parâmetros orbitais.

Data Perigeu

(km)

Apogeu

(km)

Inclinação orbital

(º)

Período orbital

(minutos)

5 de Maio 162 377 41,088 89,905
5 de Maio 227 614 41,121 92,981
5 de Maio 299 714 41,098 94,750
5 de Maio 299 719 41,100 94,800
6 de Maio 318 4.978 40,976 142,236
6 de Maio 321 4.980 41,099 142,291
6 de Maio 320 4.971 41,087 142,175
7 de Maio 319 4.971 41,088 142,176
7 de Maio 523 6.278 42,852 160,384

Parâmetros orbitais da nova cápsula espacial da China (45599 2020-027A). Dados: Phil Clark.

O novo veículo, composto por um módulo de serviço e uma cápsula de regresso, foi projectado para ser reutilizado 10 vezes.

O módulo de serviço (Fuwu Cang) é descartado antes da reentrada. No seu interior contém os tanques de oxigénio líquido e hidrogénio líquido para a operação das células de combustível e produção de água (além de ser usado para fornecer oxigénio respiratório para a tripulação), células de combustível, painéis solares e baterias para fornecer energia eléctrica à cápsula espacial, sistemas de computadores de orientação e respectivos sensores, tanques de combustível e oxidante para os sistemas de controle de reacção e propulsão, e sistemas de controle térmico para aquecimento e arrefecimento.

A cápsula de regresso (Fanhui Cang) é a parte reutilizável da cápsula espacial, fornecendo uma zona habitável pressurizada para a tripulação e áreas de armazenamento para consumíveis e instrumentos de pesquisa. Dependendo da missão, pode ser adaptado com uma porta de acoplagem para a transferência da tripulação.

As equipas de projecção e desenvolvimento do novo veículo usaram novos materiais e uma nova estrutura para aumentar a capacidade de blindagem de calor que é três a quatro vezes a capacidade das cápsulas Shenzhou.

O novo veículo tem duas versões. Uma versão para missões na órbita terrestre baixa (com uma massa de lançamento de cerca de 14.000 kg) e uma versão para missões no espaço profundo (21.600 kg). A principal diferença entre os dois veículos está no módulo de serviço a ser utilizado em cada missão.

Regresso à Terra

A nova cápsula espacial chinesa regressou à Terra sem problemas a 8 de Maio de 2020. A aterragem teve lugar na área de Dongfeng, região autónoma da Mongólia Interior, teve lugar pelas 0549UTC.

O regresso à Terra simulou o regresso a partir de uma trajectória trans-lunar com uma velocidade superior a 9km/s.

A aterragem foi auxiliada por três pára-quedas (as cápsulas Shenzhou somente utilizam um pára-quedas) e a fase final viu a utilização de air-bags para amortecer o impacto com o solo.

A manobra de retro-travagem terminou pelas 0421UTC, seguindo-se às 0533UTC a separação do módulo de serviço. A reentrada atmosférica iniciou-se pelas 0538UTC.

Reentrada do estágio central do CZ-5B (Y1)

Após colocar a sua carga em órbita, o estágio central do foguetão lançador Chang Zheng-5B (Y1) ficou colocado numa órbita com um perigeu a 157 km de altitude e apogeu a 372 km de altitude. A 11 de Maio a órbita do estágio central encontrava-se com um perigeu a 124 km de altitude e apogeu a 153 km de altitude.

A reentrada descontrolada do estágio terá tido início pelas 1534UTC do dia 11 de Maio, sobre o Oceano Atlântico. Voando em direcção à costa africana, alguns dos destroços iriam cair perto de Bocanda, Costa do Marfim. Apesar de não causar vítimas, alguns destroços atingiram casas e outras estruturas.

Com uma massa de 21.600 kg, o estágio central do primeiro CZ-5B foi o veículo mais pesado a realizar uma reentrada descontrolada depois do vaivém espacial OV-102 Columbia, da estação espacial Skylab em 1979 e do estágio Saturn S-II do foguetão que o colocou em órbita, e da estação espacial Salyut-7.

O foguetão Chang Zheng-5B

Tendo como objectivo a capacidade de possuir um lançador espacial capaz de orbitar cargas pesadas para a órbita de transferência geossíncrona (GTO) e para a órbita terrestre baixa (LEO), a China aprovou o desenvolvimento da família de lançadores Chang Zheng-5 em Junho de 2004. A nova família de lançadores deveria ser capaz de garantir as necessidades do futuro mercado de serviços de lançamentos orbitais, seria utilizada para colocar em órbita os módulos de uma grande estação espacial, iria ajudar a manter o desenvolvimento da tecnologia de lançadores espaciais da China, e impulsionar o desenvolvimento de tecnologias e da economia relacionada com o desenvolvimento de novos motores espaciais, novas tecnologias de soldagem, sistemas de controlo melhorados, etc.

O novo programa de desenvolvimento iria projectar uma nova série de veículos em vez de um lançador destinado a uma missão específica, para assim melhorar a capacidade da China para a ceder ao espaço. O novo programa iria aplicar tecnologias avançadas, tais como o desenvolvimento de um estágio de grande diâmetro e de motores mais potentes para aumentar a capacidade de lançamento de forma dramática, com o objectivo de lançar cargas de 25.000 kg para a LEO e de 14.000 kg para a GTO. O novo programa iria também projectar uma série de veículos tendo por base o princípio da generalização, serialização e modularização, com o propósito de suprimir as necessidades de lançar diferentes cargas. Os novos veículos lançadores deveriam utilizar propelentes não tóxicos e não poluentes, devendo ter um baixo custo, alta fiabilidade, e serem convenientes para ensaios e operacionalidade.

O novo sistema de lançamento da China tinha por base um conceito de modular utilizando dois novos motores e três módulos standard. Originalmente, o plano incluía três classes principais com variantes tendo um diâmetro de 5 metros, variantes com um diâmetro de 3,35 metros e uma configuração com um diâmetro de 2,25 metros.

Os três módulos standard eram o módulo H5-1 (5 metros de diâmetro com um comprimento de 31,0 metros e equipado com dois motores de LH/LOX de 50.000 kg, tendo uma massa de 175.000 kg), o módulo K3-1 (3,35 metros de diâmetro com um comprimento de 26,3 metros e equipado com dois motores de querosene/LOX de 120.000 kg, tendo uma massa de 147.000 kg) e o módulo K2-1 (2,25 metros de diâmetro com um comprimento de 25,0 metros e equipado com um motor de querosene/LOX de 120.000 kg, tendo uma massa de 69.000 kg).

Destes conceitos iniciais, derivaram os foguetões CZ-6 Chang Zheng-6 e CZ-7 Chang Zheng-7. Foi proposta uma série de variantes para o lançador de maior capacidade. Utilizando o estágio de 5 metros de diâmetro e diferentes configurações dos propulsores laterais e um estágio superior, foram propostas seis variantes para atingir diferentes capacidades de carga: Configuração A seria capaz de lançar 18.000 kg para a LEO, enquanto que a Configuração B e C seriam capazes de lançar 25.000 kg e 10.000 kg para a LEO, respectivamente. Para a órbita GTO, a Configuração D seria capaz de lançar 10.000 kg, enquanto que a configuração E e F seriam capazes de lançar 14.000 kg e 6.000 kg, respectivamente.

Eventualmente, somente duas variantes foram desenvolvidas: a variante básica do Chang Zheng-5 de dois estágios projectada para missões para a órbita GTO, e a variante de um único estágio (Chang Zheng-5B) para missões para a órbita terrestre baixa. Ambas as variantes estão equipadas com propulsores laterais de combustível líquido com um diâmetro de 3,25 metros. A variante básica do novo lançador é um veículo de dois estágios (5 metros de diâmetro) com quatro propulsores laterais (3,35 metros de diâmetro), sendo capaz de lançar 14.000 kg para GTO. O seu comprimento total é de 56,97 metros, massa de 869.000 kg e desenvolvendo 10.573 kN no lançamento.

O foguetão Chang Zheng-5B é um veículo de um estágio central (5 metros de diâmetro) com quatro propulsores laterais (3,35 metros de diâmetro), sendo capaz de lançar 22.000 kg para uma órbita terrestre baixa. O seu comprimento total é de 53,7 metros, massa de 837.500 kg e desenvolvendo 10.573 kN no lançamento.

Imagem: Junior Miranda

O voo inaugural do CZ-5 estava inicialmente previsto para 2013, mas a Academia Chinesa de Tecnologia de Veículos Lançadores (CALT) e a Academia de Tecnologia de Voo Espacial de Xangai (SAST) tiveram de percorrer um duro caminho para a primeira missão. Enfrentando desafios tecnológicos enormes, o desenvolvimento dos motores YF-77 e YF-100 iria atrasar o desenvolvimento da nova família de lançadores.

Os componentes do lançador são fabricados na cidade industrial de Tianjin e depois transportados para o local de lançamento utilizando dois navios de carga construídos para esse efeito, o Yuanwang-21 e o Yuanwang-22. Os componentes são depois descarregados no porto de Qinglan que serve o Centro de Lançamentos Espaciais de Wenchang.

O primeiro estágio tem um comprimento de 31,02 metros e um diâmetro de 5,00 metros. Está equipado com dois motores YF-77 que consomem LOX/LH. O primeiro estágio tem uma massa de 175.800 kg, tendo uma massa de 17.800 kg sem propelentes.

O motor YF-77, desenvolvido pela Academia de Tecnologia de Propulsão de Lançamentos Aeroespaciais, é um motor de alta performance e altamente fiável projectado para os foguetões Chang Zheng-5. É o primeiro motor criogénico de alta-força desenvolvido pela China, dando um grande passo tecnológico tendo em conta os anteriores motores deste tipo, tais como o YF-75 que é utilizado nos estágios superiores dos foguetões Chang Zheng-3A e Chang Zheng-3B. Cada YF-77 proporciona 700 kN de força no vácuo e 510 kN de força ao nível do mar, tendo um impulso específico de 430 segundos (vácuo) e 310,2 segundos (nível do mar). O tempo de queima é de 520 segundos.

Os propulsores laterais têm um comprimento de 26,28 metros e um diâmetro de 3,25 metros. Cada propulsor está equipado com dois motores YF-100. Cada propulsor tem uma massa de 147.000 kg, tendo uma massa de 12.000 kg sem propelentes. O YF-100 consome querosene e LOX.

O desenvolvimento do YF-100 teve início em 2000 na Academia de Tecnologia de Propulsão Espacial Líquida. O motor foi certificado para Administração Estatal para a Ciência, Tecnologia e Industria para Defesa Nacional em Maio de 2012. É um motor de combustão de ciclo escalonado que desenvolve 1.199,48 kN ao nível do mar (1.339,48 kN no vácuo) com um impulso específico de 300 segundos (335 segundos no vácuo). O motor é também utilizado no foguetão CZ-6 Chang Zheng-6.

O segundo estágio tem um comprimento de 12,00 metros e um diâmetro de 5,00 metros. Está equipado com dois motores YF-75D que consomem LOX e LH. O segundo estágio tem uma massa de 26.000 kg, tendo uma massa de 3.100 kg sem propelentes a bordo.

O motor YF-75D desenvolve 88,26 kN no vácuo e tem um impulso específico de 442 segundos. O seu tempo de queima é de 780 segundos.

O estágio superior YZ-2 Yuanzheng-2 é um novo estágio superior desenvolvido especificamente para o CZ-5 pelo CALT. A sua função é a de transportar a carga da missão para a sua órbita sem que esta tenha de gastar o seu próprio propelente para atingir a órbita operacional. O seu diâmetro é de 5,2 metros e tem uma massa de 1.800 kg.

As cargas transportadas pelo Chang Zheng-5 são inicialmente protegidas por uma carenagem de protecção com um diâmetro de 5,2 metros e um comprimento de 12,5 metros.

Wenchang – um centro espacial para o futuro

O Centro de Lançamentos Espaciais de Wenchang está localizado no canto Nordeste da Ilha de Hainan na costa Sul da China.

O novo complexo de lançamento traz uma maior versatilidade que não proporcionada pelos restantes três locais de lançamento (Jiuquan, Xichang e Taiyuan). Wenchang fornece um aumento de performance para os lançadores que é ganho devido ao facto de se localizar a somente 19.º de latitude do equador terrestre. Isto reduz a quantidade de propelente que é necessário para o satélite manobrar a partir da sua órbita inicial para a órbita geossíncrona.

Os foguetões podem ser lançados numa direcção a Sudeste para o Pacífico Sul, evitando assim a possibilidade de destroços ou dos estágios caírem sobre zonas populacionais.

Wenchang está equipado com dois complexos de lançamento. O Complexo de Lançamento LC101 é utilizado para a família de foguetões CZ-5 Chang Zheng-5, enquanto que o Complexo de Lançamento LC201 é utilizado para o foguetão CZ-7 Chang Zheng-7. Ambas as plataforma de lançamento são similares e estão equipadas com uma torre umbilical fixa, fossos e condutas deflectoras de chamas. Tal como acontece nos outros coentros espaciais da China, as torres umbilicais possuem braços amovíveis que permitem o acesso dos técnicos aos diferentes estágios do lançador e à sua carga.

As plataformas de lançamento utilizam um sistema de supressão de ondas de choque, inundando a base da plataforma de lançamento e o fosso deflector das chamas com um grande volume de água para assim diminuir as ondas sonoras geradas pelos motores do veículo.

As plataformas são servidas por dois edifícios de integração e montagem. O Complexo de Lançamento LC101 é servido pelo Edifício 501, enquanto que o Complexo de Lançamento LC201 é servido pelo Edifício 502. Cada edifício tem uma altura de 99,4 metros permitindo a montagem e teste do veículo lançador na sua posição vertical já totalmente integrado. Esta é uma nova aproximação à maneira como os lançadores são preparados para as suas missões já que nos restantes centros de lançamento, os foguetões são montados no complexo de lançamento.

Após serem montados no edifício de integração e montagem sobre uma plataforma de lançamento móvel, o conjunto é transportado para o complexo de lançamento. A viagem demora vários minutos a percorrer os 2.800 metros que separação os dois edifícios. Após chegar à plataforma de lançamento, a estrutura móvel é colocada sobre o fosso das chamas e procede-se à ligação das conexões umbilicais entre a estrutura fixa e a plataforma móvel que contém o lançador.

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 5937

– Lançamento orbital China: 358 (6,03%)

– Lançamento orbital desde Wenchang: 7 (0,12 – 1,96%)

Os quadro seguinte mostra os lançamentos previstos e realizados em 2020 por polígono de lançamento.

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

5938 – 16 Mai (????:??) – Atlas-V/501 (AV-0??) – Cabo Canaveral AFS, SLC-41 – USSF-7 (X-37B OTV-6)

5939 – 18 Mai (0709:??) – Falcon 9-84 (B1049.5) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – Starlink-8 (v1.0 – L7)

5940 – 20 Mai (1730:??) – H-2B-304 (F9) – Tanegashima, Yoshinubo LP2 – HTV-9 Konoutori-9

5941 – 27 Mai (2032:??) – Falcon 9-086 (B1058.1) – CE Kennedy, LC-39A – Dragon-v2 (SpX-DM2)

5942 – 27 Mai (?) (????:??) – KZ-1A Kuaizhou-1A (Y6) – Jiuquan, LC43/95 – Xingyun-2 (01) ‘Wuhan’, Xingyun-2 (02)

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