NASA lança missão Artemis-I – “We Rise Toghether!”

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A agência espacial norte-americana, NASA, deu hoje o primeiro passo do que pretende que venha a ser o seu regresso à Lua, 50 anos após a missão Apollo-17 que teve lugar em Dezembro de 1972.

O lançamento da missão Artemis-I, com a cápsula espacial Orion CM-002, teve lugar às 0647:44UTC do dia 16 de Novembro de 2022 a partir da Plataforma de Lançamento B do Complexo de Lançamento LC39 do Centro Espacial Kennedy, Ilha de Merritt, e foi realizado pelo foguetão SLS Block-1/ICPS.

A missão Artemis-I

A missão Artemis-I constitui o primeiro teste integrado dos sistemas de exploração do espaço profundo da NASA que é composto pela cápsula espacial Orion, pelo foguetão Space Launch System (SLS) e pelos sistemas terrestres localizados no Centro Espacial Kennedy. Esta é a primeira de uma série de missões cada vez mais complexas, sendo um teste de voo não tripulado que fornecerá uma base para a exploração humana do espaço profundo, e demonstrará o compromisso e a  capacidade de regressar à Lua e ir mais além.

Durante este voo (que deverá ter uma duração de pouco de 42 dias), a cápsula espacial Orion é lançada no topo do foguetão mais poderoso do mundo e voará mais longe do que qualquer veículo que pode ser tripulado já voou. Ao longo da missão, irá viajar até 450.000 km da Terra e 64.000 km para lá da Lua, permanecendo no espaço por mais tempo do que qualquer veículo tripulado sem acoplar numa estação espacial e voltará para casa mais rápido e mais quente do que nunca.

Esta primeira missão Artemis demonstrará o desempenho tanto do lançador SLS como da cápsula Orion, e testará as capacidades de orbitar a Lua e retornar à Terra.

Com a missão Artemis-I, a NASA prepara o terreno para a exploração humana no espaço profundo, onde os astronautas construirão e começarão a testar os sistemas perto da Lua necessários para missões na superfície lunar e para a exploração de outros destinos mais distantes da Terra, incluindo Marte. Com as missões Artemis, a NASA colaborará com a indústria e parceiros internacionais para estabelecer a exploração espacial de longo prazo pela primeira vez.

O lançamento, no espaço e o regresso

Impulsionado por um par de propulsores de cinco segmentos e quatro motores RS-25, o foguetão SLS atingiu o período de maior força atmosférica a T+1m 30s. Os propulsores laterais de combustível sólido separam-se cerca de T+2m, e o estágio central e os RS-25 esgotam o combustível após aproximadamente T+8m.

Após descartar os propulsores, os painéis do módulo de serviço e o sistema de abortagem do lançamento, os motores do estágio principal são desligados e o estágio principal separa-se da cápsula Orion acoplada ao estágio ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) que será utilizado para a propulsionar em direção à Lua.

À medida que a Orion realiza uma órbita em torno da Terra e abre os seus painéis solares, o ICPS dará o grande impulso necessário para deixar a órbita da Terra e viajar em direção à Lua. Esta manobra, conhecida como injeção translunar, visa precisamente um ponto sobre a Lua que guiará a Orion perto o suficiente para ser capturado pela gravidade da Lua.

A Orion separa-se do ICPS aproximadamente a T+2h após o lançamento. O ICPS irá então separar dez pequenos satélites (CubeSats) ao longo do caminho para estudar a Lua ou seguir para destinos no espaço profundo. À medida que a Orion continua na sua trajectória da Terra para a Lua, a cápsula será impulsionada por um módulo de serviço fornecido pela agência espacial europeia, ESA, que corrigirá o curso conforme necessário ao longo do caminho. O módulo de serviço fornece energia e o sistema de propulsão principal da cápsula.

A viagem de ida à Lua levará vários dias, durante os quais os engenheiros avaliarão os sistemas da cápsula espacial. A Orion voará a cerca de 97 km acima da superfície da Lua na sua aproximação máxima e, em seguida, usará a força gravitacional da Lua para se impulsionar Orion numa órbita retrógrada distante, viajando cerca de 64.000 km para lá da Lua. Esta distância é 48.000 km mais longe do que o recorde anterior estabelecido durante a missão Apollo-13.

Para a sua viagem de volta à Terra, a Orion receberá outra assistência gravitacional da Lua enquanto faz um segundo sobrevoo próximo, accionando os seus motores precisamente no momento certo para aproveitar a gravidade da Lua e acelerar de volta à Terra, colocando-se numa trajetória para regressar à Terra e entrar na atmosfera do nosso planeta.

A missão terminará com um teste da capacidade da Orion de regressar com segurança à Terra. A Orion entrará na atmosfera da Terra a uma velocidade de cerca de 40.000 km/h. A atmosfera da Terra desacelerará a cápsula espacial para uma velocidade de cerca de 480 km/h, produzindo temperaturas de aproximadamente 2.800.º C e testando o desempenho do escudo térmico.

Uma vez que a cápsula espacial tenha passado pela fase de aquecimento extremo da reentrada, a cobertura da baía dianteira que protege os seus pára-quedas será descartada. Os dois pára-quedas de arrasto da Orion abrem em primeiro lugar, a 7.600 metros de altitude, e num minuto desaceleram Orion para cerca de 160 km/h antes de serem separados. São então seguidos por três pára-quedas piloto que puxam os três pára-quedas principais que retardam a descida de Orion para menos de 32 km / h. A espaçonave fará um pouso preciso à vista da embarcação de recuperação na costa de San Diego.

A equipa de pouso e recuperação (Landing and Recovery Team), liderada pelo programa Exploration Ground Systems da NASA (sedeada no Centro Espacial Kennedy), é a responsável por recuperar com segurança a cápsula após a amaragem. A equipa interagências de pouso e recuperação consiste em pessoal e activos do Departamento de Defesa dos EUA, incluindo especialistas anfíbios da Marinha e especialistas em clima da Força Aérea, e engenheiros e técnicos do Centro Espacial Kennedy, do Centro Espacial Johnson (Houston, Texas) e da Lockheed Martin Space Operations.

Antes da amaragem, a equipa irá para o mar em navios da Marinha. Sob a direção do Diretor de Recuperação da NASA, os mergulhadores da Marinha e outros membros da equipa em vários barcos insufláveis serão enviados para se aproximarem da Orion. Os mergulhadores irão então conectar um cabo à cápsula espacial que será rebocada pelo guincho para uma secção especialmente projectada dentro do convés do navio. A embarcação transportará a cápsula espacial e outros equipamentos para um cais na Base Naval de San Diego para posterior transporte até ao Centro Espacial Kennedy.

As equipas também trabalharão para recuperar a cobertura da baía dianteira da Orion e os três paraquedas principais. Se as equipas conseguirem recuperar a cobertura e os pára-quedas descartados, os engenheiros inspecionarão o hardware e irão recolher dados adicionais de desempenho.

Os objectivos da missão Artemis-I

Os principais objetivos do teste da missão Artemis-I são o de demonstrar o escudo térmico da cápsula Orion nas condições de reentrada no regresso de um voo lunar, demonstrar as operações e instalações durante todas as fases da missão e recuperar a cápsula espacial após a amaragem. Ao completar esses objetivos, as equipas da NASA pretendem demonstrar com sucesso a capacidade do foguetão SLS, realizar a missão conforme planeado e garantir um regresso seguro antes do primeiro voo com a tripulação na missão Artemis-II.

Outros objetivos secundários adicionais serão alcançados na medida do possível ao longo da missão que podem apoiar o desenvolvimento futuro ou esforços de planeamento da missão. Esses objetivos permitirão à NASA avaliar o desempenho da Orion, do SLS e dos sistemas terrestres de suporte para certificação dos respectivos sistemas que apoiarão futuras missões tripuladas.

O primeiro objectivo da missão é o de demonstrar que o escudo térmico da Orion pode suportar as condições de alta velocidade e elevado calor ao reentrar na atmosfera da Terra a partir de velocidades lunares. Ao regressar da Lua, a cápsula espacial Orion estará a viajar a quase 40.000 km/h e e irá atingir temperaturas de até 2.800.º C ao reentrar na atmosfera da Terra, muito mais rápido e mais quente do que um regresso a partir da órbita terrestre baixa. Embora o escudo térmico tenha passado por extensos testes na Terra e tenha sido demonstrado na missão Exploration Flight Test-1 em 2014, nenhuma instalação de teste aerodinâmico ou aerotérmico pode recriar as condições que o escudo térmico experimentará ao regressar em velocidades de voo lunar. A validação do desempenho do escudo térmico é necessária antes que as tripulações voem na Orion.

O segundo objectivo da missão será demonstrar as operações e o funcionamento e articulação das instalações no solo em todas as fases da missão. Desde a contagem decrescente no lançamento até à recuperação da Orion do Oceano Pacífico no final da missão, o voo Artemis-I oferece uma oportunidade para testar muitos aspectos das instalações de lançamento da NASA e infraestrutura terrestre, operações do SLS, incluindo eventos de separação durante a subida, operações da Orion no espaço e procedimentos de recuperação. Durante o voo, os engenheiros verificarão sistemas como os sistemas de comunicação, propulsão e navegação da cápsula espacial. Operar a Orion no espaço dará aos engenheiros mais confiança sobre o que a cápsula espacial pode tolerar no ambiente térmico extremo do espaço profundo e passar com sucesso pelo Cinturão de Radiação Van Allen, demonstrar que o motor principal e as asas do painel solar da Orion funcionam conforme projetado, e que as equipas de operações de voo podem gerir com sucesso e executar a missão, bem como demonstrar o desempenho dos sistemas de apoio às instalações da NASA necessários durante o voo.

O terceiro objectivo da missão será o de recuperar a cápsula Orion após a missão. Embora os engenheiros recebam dados durante todo o voo, recuperar o módulo da tripulação após a amaragem fornecerá informações para preparar as missões futuras. Uma vez transportada de volta para o Centro Espacial Kennedy após a missão, os técnicos realizarão inspeções detalhadas da cápsula, recuperarão dados registados a bordo durante o voo, reutilizarão componentes como sistemas aviónicos e recuperarão informações de cargas úteis. Também permitirá que a NASA demonstre as suas técnicas e procedimentos de recuperação, que são críticos para o regresso seguro de futuras tripulações.

Vários objectivos adicionais demonstrarão outras capacidades e aspectos do lançador, cápsula espacial, sistemas integrados e planos de recuperação. Alguns desses objetivos incluem certificar o sistema de navegação óptica da Orion, separar os dez CubeSats montados dentro do adaptador de estágio da Orion, operar as cargas úteis de tecnologia e biologia a bordo da cápsula e recolher imagens durante toda a missão.

A cápsula espacial Orion

Pela primeira vez numa geração, a NASA construiu uma cápsula espacial tripulada para missões no espaço profundo que dará início a uma nova era de exploração espacial. Numa série de missões cada vez mais desafiadoras, a Orion irá levar a Humanidade mais longe do que já alguma vez foi, inclusive às proximidades da Lua e de Marte.

Com o nome de uma das maiores constelações do céu nocturno e com base em mais de 50 anos de pesquisa e desenvolvimento de voos espaciais, a Orion foi projectada para atender às necessidades em evolução do programa de exploração do espaço profundo. Estas missões, juntamente com níveis recordes de investimento privado no espaço, ajudarão a NASA a desvendar os mistérios do espaço.

O Orion servirá como um veículo de exploração que levará a tripulação ao espaço, fornecerá capacidade de abortagem de emergência, sustentará os astronautas durante as suas missões e fornecerá uma reentrada segura nas velocidades de retorno do espaço profundo.

A Orion foi projectada especificamente para transportar astronautas para o espaço profundo e actualmente é a única cápsula espacial capaz de vôo espacial tripulado e retorno em alta velocidade das proximidades da Lua.

A Orion é composta por três elementos principais e subsistemas de suporte: o módulo da tripulação (2), onde os astronautas vivem e trabalham; o módulo de serviço (3), fornecido pela ESA, que fornecerá energia, propulsão e controle térmico; e o sistema de abortagem de lançamento (1), que pode colocar a cápsula espacial e a tripulação em segurança no caso de uma emergência durante o lançamento.

Em missões no espaço profundo, tanto a distância quanto a duração ditam as capacidades e tecnologias avançadas necessárias. A missão Artemis-I tem por objectivo testar os sistemas de navegação e comunicação da Orion além do alcance do GPS e acima dos satélites de comunicação em órbita terrestre; testar os sensores de radiação e blindagem fora da proteção do campo magnético da Terra; e testar o maior escudo térmico do mundo durante um retorno em alta velocidade da Lua.

A contagem decrescente e lançamento

A contagem decrescente para a missão inicia-se dois dias antes do lançamento. Apesar de controlada a partir do Centro Espacial Kennedy, outras equipas participam neste conjunto de procedimentos que irão preparar o lançador e as estruturas de apoio, bem como a cápsula espacial Orion.

Pausas na contagem decrescente, ou “suspensões”, são incorporadas à contagem decrescente para permitir que a equipa de lançamento tenha como alvo uma janela de lançamento precisa e para fornecer uma almofada de tempo para determinadas tarefas e procedimentos sem afectar o cronograma geral. Para a contagem decrescente da missão Artemis-I, as suspensões planeadas variam em duração e ocorrem nos seguintes horários: L-8h 40m e L-40m.

A equipa de lançamento chega às estações de controlo a L-46h 40m, dando início à contagem decrescente. Entre L-46h e L-41h ocorre o enchimento do tanque de água do sistema de supressão de som e entre L-46h e L-37h ocorrem os preparativos do sistema de oxigénio líquido (LO2)/hidrogénio líquido (LH2) para o abastecimento do lançador. A cápsula espacial Orion é activada entre L-41h e L-41h 30m (se ainda não estiver ligada na ‘Call to Stations’ CTS). A activação eléctrica do estágio de propulsão criogénica ICPS ocorre entre L-38h 30m e L-35h 30m, e o estágio principal é activado entre L-34h e L-33h 20m. Os preparativos finais dos quatro motores RS-25 ocorrem entre L-36h 20m e L-31h.

O recipiente de pressão composto revestido (Composite Overwrapped Pressure Vessel – COPV) é pressurizado ao nível de pressão de voo entre L-31h e L-22h. Entretanto, as baterias de voo da Orion são carregadas a 100% entre L-30h e L-26h, enquanto que as baterias de voo do estágio principal são carregadas entre L-27h e L-21h. O ICPS é totalmente activado para o lançamento entre L-18h 30m e L-15h 30m.

Todo o pessoal não essencial deixa o Complexo de Lançamento 39B entre L-12h e L-10h, dando-se a ativação do Sequenciador de Lançamento no Solo (Ground Launch Sequencer GLS) entre L-11h 15m e 9h 15m. A inactivação da cavitação do veículo ocorre entre L-10h 45m até ao lançamento, com a substituição do ar com azoto gasoso.

A suspensão da contagem decrescente ocorre entre L-9h 40m e L-7h 10m. A equipa de lançamento realiza uma avaliação sobre o clima e os procedimentos de abastecimento entre L-9h 40m e L-8h 50m, decidindo a L-8h 40m se deve ser iniciado o abastecimento. O acondicionamento térmico da conduta de LO2 do estágio principal inicia-se entre L-8h 15m e L-8h.

O acondicionamento térmico do sistema de LO2 do sistema propulsão principal (Main Propulsion System MPS) ocorre entre L-8h e L-7h 20m, seguindo-se o abastecimento lento de LO2 do estágio principal entre L-7h 20m e L-7h 5m e o abastecimento rápico entre L-7h 5m e L-4h 15m. O acondicionamento térmico do sistema de LH2 ocorre entre L-7h 15m e L-7h 5m, seguindo o abastecimento lento de LH2 entre L-7h 5m e L-6h 15m, e o abastecimento rápido de LH2 entre L-6h 15m e L-5h 5m. O enchimento total de LH2 ocorre entre L-5h 5m e L-5h. A partir de L-5h dá-se o reabastecimento de LH2 ao estágio principal. (L-5H – Lançamento).

O acondicionamento térmico do equipamento de suporte terrestre (Ground Support Equipment GSE) de LH2 do ICPS e o  arrefecimento do tanque ocorre entre L-4h 45m e L-4h 30m. O início do abastecimento rápido de LH2 ao ICPS ocorre entre L-4h 30m e L-3h 30.

O sistema de comunicações da Orion é ativado (RF para Controlo de Missão) entre L-4h 20m e L-3h 45m. Entretanto, ocorre o enchimento total de LO2 no estágio principal (L-4h 15m a L-3h 55m), passando-se à fase de reabastecimento a L-3h 55m até ao lançamento.

O acondicionamento térmico de LO2 do MPS do ICPS ocorre entre L-3h 55m e L-3h 45m, seguindo-se o abastecimento rápido entre L-3h 45m e L-2h 55m. A validação do sistema de LH2 do ICPS e o teste de vazamento ocorrem entre L-3h 30m e L-3h 15m, com o abastecimento rápido a ter lugar entre L-3h 15m e L-2h 55m.

Os dados de telemetria do ICPS/SLS são verificados com o Controla de Missão e o Centro de Suporte de Engenharia SLS entre L-2h 55m e L-2h 45. A validação do sistema de LO2 do ICPS e o teste de vazamento ocorrem entre L-2h 55m e L-2h 30. O reabastecimento de LH2 ao ICPS vai ocorrer entre L-2h 50m até ao lançamento. O enchimento total de LO2 ao ICPS inicia-se entre L-2h 30m a L-2h 10m, com o reabastecimento de LO2 ao ICPS a ter lugar entre L-2h 10m até ao lançamento.

A reunião final com o Diretor de Testes da NASA é realizado a L-50m e uma nova suspensão na contagem decrescente ocorre a L-40m (com uma duração de 30 minutos).

A L-15m o Director de Lançamento verifica que toda a equipa está pronta para retomar a contagem decrescente e a T-10m o Ground Launch Sequencer (GLS) inicia a contagem final. Os sistemas pirotécnicos de ascensão da Orion são activados a T-6m ao mesmo tempo que começa a utilizar as suas fontes internas para o fornecimento de energia. A T-5m 57s é finalizado o reabastecimento do tanque de LH2 do estágio principal.

A T-4m é iniciada a unidade de fornecimento de energia auxiliar do estágio principal e é finalizado o reabastecimento de LO2 ao estágio principal. A T-3m 30s é finalizado o reabastecimento de LO2 ao estágio ICPS que começa a utilizar as suas baterias internas para o fornecimento de energia a T-1m 56s. O estágio principal começa a utilizar as suas baterias intermas para o fornecimento de energia a T-1m 30s.

O ICPS entre em modo de contagem final a T-1m 20s e a T-50s é finalizado o reabastecimento de LH2 ao ICPS.

O comando “Go for automated launch sequencer” é transmitido pelo GLS a T-33s e o computador de voo do estágio principal entra em modo de lançamento automatizado a T-30s. O sistema de queima de hidrogénio é iniciado a T-12s e o comando para a ignição dos motores do estágio principal é enviado a T-10s. Os motores RS-25 são iniciados a T-6,36s.

A ignição dos dois propulsores laterais de combustível sólido ocorre a T-0s, ao mesmo tempo que se dá a separação dos sistemas umbilicais e o lançador deixa a plataforma de lançamento.

Comunicações e navegação na missão Artemis-I

A missão Artemis-I irá demonstrar os serviços abrangentes de rede de comunicações da NASA para viagens à órbita lunar. A missão conta com a infraestrutura de rede mundial da NASA para comunicações contínuas, fornecendo diferentes níveis de serviço à medida que a Orion deixa a Terra, orbita a Lua e retorna em segurança.

Para a Artemis-I, a Near Space Network e a Deep Space Network da NASA serão usadas para apoiar os serviços de comunicação e navegação. Os serviços de comunicação permitem que os controladores de voo enviem comandos para a cápsula espacial e recebam dados da Orion, do lançador SLS e do estágio superior do foguetão. Os serviços de navegação ou seguimento permitem que os controladores de voo calculem onde a Orion está ao longo de sua trajectória pelo espaço.

O Space Launch System, o foguetão para a exploração do espaço profundo

O Sistema de Lançamento Espacial da NASA, (Space Launch System – SLS), é um veículo de lançamento superpesado que fornece a base para a exploração humana além da órbita da Terra. Com o seu poder e capacidades sem precedentes, o SLS é o único foguetão que pode enviar a cápsula espacial Orion, astronautas e carga diretamente para a Lua numa única missão.

Oferecendo mais massa de carga útil, capacidade de volume e energia, o SLS, é o foguetão mais poderoso do mundo, pode transportar mais carga útil para o espaço profundo do que qualquer outro veículo. O SLS foi projectado para ser evolutivo, o que possibilita voar mais tipos de missões, incluindo missões humanas para a Lua e Marte e missões científicas robóticas para lugares como a Lua, Marte, Saturno e Júpiter.

Para atender às necessidades futuras das missões no espaço profundo, o SLS evoluirá para configurações cada vez mais poderosas. Cada configuração do SLS usa um estágio principal com quatro motores RS-25. O primeiro veículo SLS, denominado Block-1, pode enviar mais de 27 toneladas métricas (t) para órbitas além da Lua. Este lançador é auxiliado por dois propulsores laterais de combustível sólido de cinco segmentos e quatro motores de propelente líquido RS-25. Depois de chegar ao espaço, o estágio Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS) envia a Orion para a Lua. As três primeiras missões Artemis usarão um foguetão Block-1 com um ICPS.

O lançador Block-1B usará um novo e mais poderoso estágio Exploration Upper Stage (EUS) para permitir missões mais ambiciosas. O veículo Block-1B pode, num único lançamento, transportar a cápsula espacial Orion junto com grandes cargas para sistemas de exploração necessários para apoiar uma presença sustentada na Lua.

O veículo Block-1B pode enviar 38 t para o espaço profundo, incluindo a Orion e a sua tripulação. Lançando apenas com carga, o SLS possui uma carenagem de carga útil de grande volume para enviar sistemas de exploração maiores para a Lua e Marte ou para naves espaciais científicas em missões de exploração do sistema solar.

A configuração SLS Block-2 fornecerá um impulso superior e será o veículo de trabalho para o envio de carga para a Lua, Marte e outros destinos do espaço profundo. O SLS Block-2 será projetado para elevar mais de 46 t para o espaço profundo.

A Boeing Company, Huntsville – Alabama, constrói os estágios principais do SLS, incluindo os sistemas aviónicos que controlam o veículo durante o voo. Com cerca de 65 metros de comprimento e com um diâmetro de 8,4 metros, o estágio central armazena 2.763.350 litros de hidrogénio líquido super-arrefecido e oxigénio líquido que alimentam os motores RS-25. Os estágios principais são construídos no Michoud Assembly Facility da NASA, Nova Orleães, usando equipamentos de fabrico de última geração, incluindo uma ferramenta de soldagem por fricção que é a maior de seu tipo no mundo. O software de computador dos sistemas aviónicos do SLS é desenvolvido no Marshall Space Flight Center, em Huntsville.

A propulsão para o estágio principal do SLS é fornecida por quatro motores RS-25. A Aerojet Rocketdyne, Sacramento – Califórnia, actualizou um conjunto de 16 motores do vaivém espacial RS-25 para os requisitos de desempenho do SLS, incluindo um novo controlador de motor, isolamento de tubeiras e operação necessária a 2.277.489,5 N de impulso. Durante o voo, os quatro motores fornecem cerca de 9 milhões de Newtons de impulso.

A Aerojet Rocketdyne testou novos controladores para os motores e processou motores para voos de acompanhamento após a missão Artemis-I. Além disso, a Aerojet Rocketdyne reiniciou a produção de novos motores RS-25 e está a desenvolver e a testar componentes novos e avançados para fabricar os motores a mais preços acessíveis.

Dois propulsores laterais de combustível sólido derivados do vaivém espacial fornecem mais de 75% do impulso do veículo durante os primeiros dois minutos de voo. O principal contratante dos propulsores, a Northrop Grumman, modificou a configuração original dos propulsores do vaivém espacial de quatro segmentos para uma versão de cinco segmentos. O design também inclui novos sistemas aviónicos, design do combustível sólido e isolamento da caixa, e elimina os pára-quedas de recuperação.

A capacidade inicial de impulsionar a cápsula Orion para fora da órbita da Terra para o SLS Block-1 surge do ICPS, baseado no estágio criogénico Delta usado com sucesso na família de foguetões Delta-IV da United Launch Alliance. O ICPS usa um motor RL10 fabricado pela Aerojet Rocketdyne que é alimentado por hidrogénio líquido e oxigénio líquido e gera 110.000 N de impulso.

A Teledyne Brown Engineering, Huntsville, construiu o adaptador de estágio do veículo de lançamento que envolve parcialmente o ICPS e o conecta ao estágio principal. O adaptador de estágio Orion (OSA) conectará a Orion ao ICPS no veículo SLS Block 1. O OSA pode acomodar várias cargas úteis tipo CubeSat em tamanhos de 6 ou 12 unidades, dependendo dos parâmetros da missão. Para a Artemis-I, o OSA transportou vários CubeSats de tamanho 6U para o espaço profundo para várias missões de demonstração de ciência e tecnologia.

Os CubeSat da missão Artemis-I

Juntamente com a cápsula Orion CM-002 foram lançados 10 pequenos CubeSat-6U para várias missões de demonstração de ciência e tecnologia, sendo estes o BioSentinel, CuSP, LunaH-Map, Lunar IceCube, NEA Scout, LunIR (Skyfire), EQUULEUS, OMOTENASHI, ArgoMoon e o Miles.

O BioSentinel foi desenvolvido pelo Centro de Investigação Ames, NASA, para estudar os danos que a radiaçãoi causa nos organismos vivos no espaço profundo numa órbita heliocêntrica.

O satélite tem uma massa de cerca de 14 kg e transporta várias culturas de uma estirpe modificada de fermento que os investigadores manipularam para responder aos danos no DNA reproduzindo-se. Também a bordo encontra-se um espectrómetro de radiação e um dosímetro para a medição da radiação.

O satélite está equipado com painéis solares para o fornecimento de energia e baterias internas para o seu armazenamento.

O satélite CuSP (CubeSat mission to study Solar Particles), anteriormente designada como CuSPP+ (CubeSat mission to study Solar Particles over the Earth’s Poles), é uma missão meteorológica espacial que irá operar numa trajetória interplanetária, sendo projectada e construída pelo Southwest Research Institute (SwRI). A missão é um incremento para a missão de CuSPP originalmente planeada para operar numa órbita terrestre baixa.

O CuSP transporta um Sensor de Iões Supratermais (SIS) miniaturizado, desenvolvido pela SwRI, que estudará as fontes e os mecanismos de aceleração de partículas energéticas solares prejudiciais aos astronautas, bem como às tecnologias baseadas na Terra. A bordo encontra-se também o MERiT: Miniaturized Electron and Proton Telescope (desenvolvido pelo Centro de Voo Espacial Goddard, NASA) e o VHM: Vector Helium Magnetometer (Jet Propulsion Laboratory).

O satélite terá uma missão principal de 90 dias, que pode ser estendida, se a trajectória for favorável. O limiar de comunicação está a uma distância terrestre de cerca de 0,1 UA.

O satélite LunaH-Map (Lunar Polar Hydrogen Mapper) tem como objectivo mapear o hidrogénio lunar próximo da superfície.

O satélite entrará numa órbita polar em torno da Lua com um perilúnio de baixa altitude (5 – 12 km) centrado no Pólo Sul lunar.

O LunaH-Map irá mapear o hidrogénio dentro de crateras permanentemente sombreadas para determinar a sua distribuição espacial; mapear as distribuições de hidrogénio com profundidade (< 1 metro); e mapear a distribuição de hidrogénio noutras regiões permanentemente sombreadas (PSRs) em todo o Pólo Sul.

A bordo seguem dois espectrómetros de neutrões que produzirão mapas de hidrogênio próximo à superfície em escalas espaciais sem precedentes (~7,5 km/pixel).

O LunaH-Map CubeSat foi desenvolvido na Universidade Estatal do Arizona utilizando as instalações do Laboratório de Exploração Robótica Espacial e Terrestre (SpaceTREx) em parceria com o Jet Propulsion Laboratory da NASA e uma variedade de outros fornecedores comerciais que fornecem hardware qualificado para o espaço. A propulsão a bordo fornecerá uma variação de velocidade suficiente para a inserção na órbita lunar, para todas as manobras orbitais e manutenção da sua atitude durante a fase científica da missão. Os painéis solares vão gerar 30 W de potência. O controlo de atitude consiste num conjunto de rodas de reação Sinclair de 3 eixos. As comunicações usam a banda X IRIS 3 da herança MarCO combinada com Doppler para rastreamento de espaçonaves. O LunaH-Map também incluirá um sistema de câmaras de engenharia de grande angular para divulgação e imagens de engenharia não essenciais.

A missão Lunar IceCube é uma pequena missão lunar projectada pela Morehead State University e seus parceiros, a Busek Company (Natick MA), pelo Centro de Voo Espacial Goddard (GSFC em Greenbelt, Maryland) e a Universidade Católica da América (CUA), que irá prospectar gelo de água e outros voláteis lunares a partir da órbita lunar de baixo perigeu voando apenas 100 km acima da superfície. Foi selecionado em 2015 pelo programa NextSTEP da NASA.

O Lunar IceCube usa um inovador mecanismo RF Ion para entrar em órbita lunar e estabelecer-se na órbita científica para permitir que a equipa faça medições sistemáticas das características da água lunar. Os objetivos da missão são a investigação da distribuição de água e outros voláteis, em função da hora do dia, latitude e composição e mineralogia do regolito.

O IceCube, com uma massa de cerca de 14 kg, inclui uma versão do instrumento Broadband InfraRed Compact High Resolution Exploration Spectrometer (BIRCHES), desenvolvido pela NASA GSFC. O BIRCHES é uma versão compacta do espectrómetro de busca de voláteis que foi bem-sucedido na missão New Horizons a Plutão.

Uma das tecnologias que possibilitam as missões deste tipo é a utilização de um sistema de propulsão elétrica iónica de última geração. A missão Lunar IceCube usa um sistema de propulsão baseado no propulsor de iões RF de 3 cm da Busek, conhecido como BIT-3, que utiliza um propulsor de iodo sólido e um sistema de plasma acoplado indutivamente que produz impulso significativo mesmo com a baixa potência disponível para CubeSats.

O NEA-Scout (Near Earth Asteroid Scout) é uma missão desenvolvida pelo Centro de Voo Espacial Marshall, NASA, para realizar um voo lento e manobra de encontro com um asteróide NEA (Near Earth Asteroid) e caracterizá-lo de uma maneira que seja relevante para a exploração humana.

Esta missão é baseada no modelo JPL Deep Space NanoSat 6U e apresenta uma vela solar de 80 m2. A carga útil consiste num espectrómetro COTS de 4 bandas. A sua massa é de cerca de 12 kg.

O NEA-Scout realizará vários voos lunares antes de iniciar a fase de cruzeiro para o asteroide. A distância máxima da Terra será de cerca de ~0,35 UA e a distância solar será de cerca de ~0,9-1,1 UA. O NEA-Scout deve realizar pelo menos um voo próximo e lento (<10 m/s).

Também designado SkyFire, o LunIR (Lunar Infrared Imaging) é uma pequena missão lunar projetada pela Lockheed Martin para testar instrumentação de baixo custo que poderia ajudar a estudar as superfícies lunares e marcianas e pesquisar locais de pouso. Foi selecionado em 2015 pelo programa NextSTEP da NASA.

Durante o voo lunar irá recolher dados de espectroscopia e termografia, abordará SKGs da Lua e de Marte para caracterização da superfície, detecção remota e seleção de locais de descida.

O LunIR tem uma massa de 14 kg e a plataforma CuneSat-6U foi desenvolvida pela Tyvak Nano-Satellite Systems, Inc.

O satélite EQUULEUS (Equilibrium Lunar-Earth point 6U Spacecraft) é uma pequena missão lunar projetada em conjunto pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) e pela Universidade de Tóquio, tendo como objectivo medir a distribuição de plasma que circunda a Terra para ajudar os cientistas a entender o ambiente de radiação na região do espaço ao redor do nosso planeta. Também demonstrará técnicas de controle de trajetória de baixa energia, como vários sobrevôos lunares, dentro dos pontos Lagrangeanos da Terra-Lua (EML).

Com uma massa de cerca de 14 kg, o EQUULEUS está equipado com o sistema de propulsão AQUARIUS composto por oito propulsores de água também usados ​​para controlo de atitude e gestão de momento. O satélite transporta 1,5 kg de água e o sistema de propulsão completo ocupa cerca de 2,5 unidades das 6 unidades de volume total do veículo.

A carga científica consiste em três instrumentos: o PHOENIX (Plasmaspheric Helium ion Observation by Enhanced New Imager in eXtreme ultravioleta), um pequeno telescópio UV para operar nos comprimentos de onda ultravioleta extremos de alta energia e que consiste num espelho de entrada de 60 mm de diâmetro e um dispositivo de contagem de fotões; o DELPHINUS (DEtection camera for Lunar impact PHenomena IN 6U Spacecraft), é uma câmara conectada ao telescópio PHOENIX para observar flashes de impacto lunar e asteróides próximos da Terra, bem como potenciais ‘mini-luas’ enquanto posicionado no ponto Lagrangiano Terra-Lua L2 (EML2) órbita halo; e o CLOTH (Cis-Lunar Object Detector within Thermal Insulation) para detectar e avaliar o fluxo de impacto de meteoróides no espaço cislunar usando detectores de poeira montados no exterior do satélite.

O satélite OMOTENASHI (Outstanding Moon exploration Technologies demonstrated by Nano Semi-Hard Impactor) é uma pequena missão lunar projetada em conjunto pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) e pela Universidade de Tóquio. O satélite tem uma massa de cerca de 14 kg.

Irá demonstrar a tecnologia para pequenas naves espaciais de baixo custo para explorar a superfície lunar. Essa tecnologia pode abrir novas possibilidades para futuras missões para investigar a superfície da Lua de forma barata. Também fará medições do ambiente de radiação perto da Lua, bem como na superfície lunar.

O OMOTENASHI fornece controle de atitude e irá colocar-se numa trajetória de impacto com a superfícia lunar. Antes de chegar à superfície, o satélite irá girae e acionar uma sonda de superfície de 0,7 kg com um airbag inflável e um motor de foguetão de propulsão sólida. Em seguida, o airbag é inflado e, pouco antes do impacto, o motor é acionado, retirando a sonda de superfície. A sonda deverá realizar um pouso semi-rígido a uma velocidade de cerca de 30 m/s.

A ArgoMoon é uma pequena missão lunar projetada pela empresa italiana Argotec, que construiu o satélite sob um processo interno de revisão e aprovação da Agência Espacial Italiana (ASI).

O ArgoMoon tem uma massa de cerca de 14 kg e irá demonstrará a capacidade de realizar operações nas proximidades do estágio interino de propulsão criogênica (ICPS) do SLS. Também deve registrar imagens do ICPS para documentação histórica e fornecer dados valiosos da missão sobre a separação dos outros CubeSat. Além disso, este CubeSat deve testar os recursos de comunicação óptica entre o CubeSat e a Terra. Depois disso, manobras orbitais movimentarão o satélite numa órbita geocêntrica altamente elíptica, cujo apogeu é tão alto que permite sobrevoos e imagens da Lua e do ambiente circundante.

O pequeno Miles é uma missão de nanosat desenvolvida pela Team Miles, um grupo de cientistas e engenheiros  que inicialmente se reuniram através do Tampa Hackerspace, na Flórida. Foi selecionado pelo CubeQuest Challenge da NASA.

O Miles tem uma massa de cerca de 14 kg e toda a missão será realizada de forma autónoma por um sofisticado sistema de computador de bordo e impulsionado por propulsores de plasma evolucionários. A Miles Space, em parceria com a Fluid & Reason, LLC, faz uso de um projeto de propulsor de íons Modelo-H para propulsão de CubeSat.

 

Os motores que propulsionam o SLS

Os primeiros voos do Space Launch System (SLS) irão utilizar os motores Space Shuttle Main Engine (SSMEs), RS-25D, antes de se avançar para os motores RS-25E.

Este motor, desenvolvido pela Aerojet Rocketdyne, será de fabrico mais barato, pois são unidades descartáveis ao contrário dos RD-25D reutilizáveis. Apesar de serem muitos os que mostram o seu desagrado pelo facto de os RD-25D irem encontrar o seu eterno descanso no fundo do Oceano Atlântico, o SLS irá beneficiar da experiência em voo destes motores nas missões iniciais.

Todos os últimos SSME que foram utilizados pelos vaivéns espaciais tiveram um desempenho admirável, com o vaivém espacial OV-103 Discovery a utilizar o motor Main Engine 1 (ME-1) – com o número de série 2044, ME-2 – 2048 e ME-3 – 2058, na sua última missão STS-133. entre 24 de Fevereiro e 9 de Março de 2011. Para a última missão do vaivém espacial OV-105 Endeavour, os motores ME-1 – 2059, ME-2 – 2061, e ME-3 – 2057, ajudaram a fase propulsionada da missão STS-134 entre 16 de Maio e 1 de Junho de 2011, enquanto que o vaivém espacial OV-104 Atlantis utilizou os motores ME-1 – 2047, ME-2 – 2060 e ME-3 – 2045 na missão STS-135 entre 8 e 21 de Julho de 2011.

Agora em grupos de quatro motores, a instalação dos RS-25 teve de aguardar até que a secção dos motores fosse acoplada com a secção principal do lançador nas instalações Michoud Assembly Facility (MAF) durante o  processamento. Uma vez ultrapassada esta fase, a instalação dos motores teve início em meados de Outubro com a colocação do motor 2056 (22 de Outubro).

Sendo um motor Block II, o E2056 foi utilizado por duas vezes no vaivém espacial Discovery, na missão STS-114 – a primeira missão após o desastre com o vaivém espacial OV-102 Columbia. O motor permaneceu no Discovery na sua manutenção e lançou a missão seguinte, STS-121, antes de ser colocado em armazenamento como umainidade sobressalente.

O segundo motor a ser instalado para a missão Artemis-1, foi o E2045, um motor muito utilizado que voou como uma unidade Block II desde a missão STS-110 com o vaivém Atlantis entre 8 e 19 de Abril de 2002. Tendo também sido utilizado na missão STS-113 (entre 24 de Novembro e 7 de Dezembro de 2002 com o vaivém espacial Endeavour), foi depois agrupado com o motor E2056 para a missão STS-121 com o vaivém espacial Discovery, o que significa que os dois motores irão novamente voar juntos na missão Artemis-1. O motor E2056 também ajudou a lançar a última missão do vaivém espacial, ajudando o Atlantis a encerrar o programa na missão STS-135 em 2011.

O terceiro motor a ser instalado no SLS para a missão Artemis-1 foi o E2058, um dos novos motores – construído como uma unidade Block II e sendo utilizado pela primeira vez na missão STS-116 que levou o vaivém espacial Discovery à estação espacial internacional entre 10 e 22 de Dezembro de 2006. Seguiram-se os lançamentos com as missões STS-120, STS-124, STS-119 e STS-129, antes da sua missão final com o vaivém espacial Discovery na missão STS-133.

O último motor a ser instalado foi o E2060. Este é o motor com menos experiência de voo dos quatro motores a serem utilizados na missão Artemis-1, tendo sido utilizado apenas três vezes, começando por propulsionar o vaivém espacial Endeavour na missão STS-127 entre 15 e 31 de Julho de 2009. Posteriormente, foi utilizado no vaivém espacial Atlantis na missão STS-133, antes de encerrar o programa dos vaivéns espaciais na missão STS-135.

Todos os motores RD-25D podem ser utilizados nas missões Artemis e para a missão Artemis-2, o primeiro voo tripulado da cápsula espacial Orion, dois motores novos serão utilizados, nomeadamente os motores E2062 e E2063. O E2063 teve os seus testes de aceitação em Outubro de 2017 como parte de um programa de certificação inicial para o SLS – um programa levado a cabo no Centro Espacial Stennis. Tanto o E2062 como o E2063 estão destinados ao segundo lançamento SLS e servem como sobressalentes na primeira campanha de lançamento.

Os dois motores serão acompanhados pelos veteranos E2047 – com uma vasta experiência nas missões STS-112, STS-115, STS-118, STS-123, STS-126, STS-128, STS-132 e STS-134 – juntamente com o motor E2059, utilizado nas missões STS-117, STS-122, STS-125 (a última missão de manutenção ao telescópio espacial Hubble), STS-130 e STS-133.

Para a missão Artemis-3, o SLS irá utilizar quatro motores já utilizados anteriormente nos vaivéns espaciais, com o motores E2061, E2057, E2048 e E2054. Outros motores que serão utilizados no SLS são o E2050 que voou pela última vez na missão STS-120 e que irá voar no quarto SLS juntamente com os motores E2051 e E2052 (ambos utilizados na missão STS-120) e E2044.

Outros motores notáveis da era dos vaivéns espaciais são o E2043 que foi utilizado como uma unidade Block IIA/RS-25C, mas que nunca voou numa configuração Block II. Os motores E2049, E2053 e E2055 foram perdidos com o vaivém espacial Columbia.

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