O lançamento inaugural do foguetão Vega-C

O lançamento inaugural do novo foguetão europeu Vega-C teve lugar a 13 de Julho de 2022 colocando em órbita com sucesso sete satélites.

O lançamento teve lugar a partir do Complexo de Lançamento ELV do CSG Kourou, Guiana Francesa, sendo esta a missão VV21 da Arianespace.

O foguetão Vega-C (Vega-Consolidated) representa a primeira evolução do foguetão Vega. Tem um comprimento de 34,8 metros, diâmetro máximo de 3,8 metros e uma massa de 210.000 kg no lançamento, conseguindo colocar uma carga de 2.200 kg numa órbita polar a 700 km de altitude.

Utilizando uma nova variedade de adaptadores de carga, o Vega-C consegue acomodar cargas de diferentes forma e tamanhos, desde vários pequenos satélites com uma massa de 1 kg até um único satélite com uma massa muito superior. Outros desenvolvimentos e melhorias irão alargar as capacidades do Vega-C para incluir operações em órbita e missões de regresso à Terra utilizando o veículo Space Rider da Agência Espacial Europeia.

Os países que participaram no desenvolvimento do Vega-C foram a Áustria, Bélgica, República Checa, França, Alemanha, Irlanda, Itália, Países Baixos, Noruega, Roménia, Espanha, Suécia e Suíça.

O foguetão Vega veio preencher uma lacuna na frota de lançadores da Arianespace. Com o foguetão Vega a empresa de lançamentos europeia fica assim com a capacidade de colocar em órbita pequenos satélites não estando dependente de oportunidades de lançamento nos outros dois foguetões.

História do programa

O desenvolvimento do foguetão Vega (Vettore Europeo di Generazione Avanzata) teve as suas origens no princípio dos anos 90 do Século XX, quando foram levados a cabo estudos para investigar a possibilidade de complementar a família de lançadores Ariane com um veículo lançador de pequena carga utilizando a tecnologia de combustíveis sólidos do Ariane.

O lançador começou como um conceito nacional italiano. Em 1988 a empresa BPD Difesa y Spazio propôs um veículo à agência espacial italiana ASI para substituir o reformado foguetão Scout de fabrico norte-americano por um novo lançador tendo por base o motor Zéfiro desenvolvido pela empresa a partir dos conhecimentos ganhos no desenvolvimento do Ariane. Após cerca de dez anos de actividades de definição e de consolidação, a agência espacial italiana e a industria italiana propuseram o lançador Veja como um projecto europeu tendo por base no seu próprio know-how em propulsão sólida obtido a partir do desenvolvimento e produção dos propulsores laterais de combustível sólido (PAP) do foguetão Ariane-4 e dos componentes dos propulsores laterais (EAP) do foguetão Ariane-5.

Em Abril de 1998 o Conselho da ESA aprovou uma resolução que autorizava as actividades de pré-desenvolvimento. Como resultado foi escolhida a presente configuração com o primeiro estágio que também poderia servir como um propulsor lateral melhorado para o Ariane-5. O Programa Vega foi aprovado pela Comissão do Programa Ariane da ESA a 27 e 28 de Novembro de 2000, e o projecto oficialmente iniciado a 15 de Dezembro desse ano quando sete países subscreveram a declaração.

Inicialmente o foguetão Vega deveria estar operacional a partir de 2007 desde o Centro Espacial de Guiana, na Guiana Francesa, a partir do complexo de lançamento ELA-1 que foi utilizado pelo foguetão Ariane-1 e posteriormente reabilitado. A empresa ELV S.p.A. está encarregue do desenvolvimento e produção do novo foguetão. A produção do foguetão Vega e a sua capacidade de lançamento são adaptadas de tal forma a permitir pelo menos quatro lançamentos por ano.

A produção do foguetão Vega beneficia da reutilização de uma parte já desenvolvida no âmbito de outros programas bem como de novos e avançados subsistemas, componentes e materiais. Graças a esta lógica o alvo de fiabilidade do desenho do lançador foi estabelecido num nível superior de 98% com um nível de confiança de 60%. Tendo em conta os objectivos do desenho e o extensivo programa de qualificação, prevê-se que a fiabilidade de voo do novo lançador irá satisfazer o mercado comercial.

Descrição do sistema de lançamento

A Arianespace oferece um sistema de lançamento completo incluindo o veículo lançador, as instalações de lançamento e os serviços associados.

O lançador consiste primariamente de um sistema compósito inferior composto por três estágios de propulsão sólida e um módulo superior reiniciável, e um sistema compósito superior que inclui uma carenagem de protecção e um sistema de adaptação e dispensador com um sistema de separação.

O foguetão Vega-C tem por base o foguetão Vega. É composto por quatro estágios, sendo três à base de combustível sólido e um quarto estágio (estágio superior) que está equipado com um motor capaz de múltiplas ignições e consome propelentes líquidos. A carga é protegida por uma carenagem.

A carenagem em forma de ogiva do Vega-C tem um diâmetro de 3,3 metros e um comprimento superior a 9 metros. Construída em compósito polimérico de fibra de carbono, esta estrutura protege os satélites das forças acústicas, térmicas e aerodinâmicas durante o lançamento e na ascensão inicial.

O estágio superior AVUM+ (Attitude Vernier Upper Module) garante o controlo de atitude e um preciso posicionamento orbital, sendo projectado para permanência prolongada no espaço. O AVUM+ tem uma massa de propelente de 740 kg e o seu motor principal proporciona uma força média de 2,45 kN. A capacidade de reignição do AVUM+ permite ao Vega-C atingir uma variedade de órbitas para a separação de múltiplas cargas numa única missão. Tipicamente, os propulsores realizam uma, duas ou mais queimas para atingir as órbitas pretendidas. Após a separação das cargas, o estágio realiza uma última queima para se remover da órbita terrestre, realizando assim uma reentrada destrutiva na atmosfera terrestre.

O terceiro estágio Zefiro-9, deriva do foguetão Vega, e queima 10.000 kg de propelente sólido.

O segundo estágio é propulsionado pelo novo motor Zefiro-40 (Z40) que contém cerca de 36.000 kg de propelente sólido, fornecendo uma força média de 1.100 kN.

O motor P120C do primeiro estágio é um dos maiores motores de combustível sólido monolítico de fibra de carbono alguma vez desenvolvido. O seu desenvolvimento foi baseado em novas tecnologias derivadas do motor P80, utilizado no foguetão Vega, para fornecer um aumento significativo na força durante a fase inicial do lançamento. O P120C será também utilizado como propulso lateral para o foguetão Ariane-6, criando assim uma oportunidade para o aumento da produção ao ser utilizado em dois lançadores ao mesmo tempo.

Perfis de missão típicos

Um perfil de voo típico consiste em três fases: Fase I – ascensão dos três primeiros estágios do lançador até a uma trajectória elíptica baixa (perfil sub-orbital); Fase II – transferência do estágio superior e carga para a órbita inicial pela primeira queima do AVUM, voo orbital passivo e manobras orbitais pelo estágio AVUM+ para entrega da carga na órbita final; Fase III – saída de órbita do AVUM+ ou manobras de descarte orbital.

O perfil de voo para os três primeiros estágios será optimizado para cada missão. Este perfil será baseado nos seguintes eventos de voo: a) voo do 1º estágio com a ascensão vertical inicial, manobra de arfagem programada e um voo de incidência zero; b) voo de incidência zero do 2º estágio; c) voo do 3º estágio, separação da carenagem e injecção numa trajectória sub-orbital.

A separação da carenagem de protecção pode ter lugar em alturas diferentes dependendo dos requisitos do fluxo aerotérmico sobre a carga. Tipicamente, a separação tem lugar entre os 200 e os 260 segundos após a ignição devido às limitações do fluxo aerotérmico.

Após a separação do 3.º estágio na trajectória sub-orbital que múltiplas ignições do AVUM+ são utilizadas para transferir a carga para uma grande variedade de órbitas intermédias ou finais, fornecendo as necessárias alterações de plano orbital e elevação orbital. Podem ser fornecidas até cinco reignições do AVUM+ para atingir a órbita final ou para transportar as cargas para diferentes órbitas. Adicionalmente, na primeira queima, o estágio AVUM+ pode fornecer a compensação até 3s erros acumulados durante o voo inicial dos três estágios.

Após a separação da carga e após o adiamento temporal necessário para fornecer uma distância segura entre o AVUM+ e os satélites, o estágio superior executa uma manobra de saída de órbita ou manobra de descarte orbital. Esta manobra é realizada com uma queima adicional do motor principal do AVUM+. Os parâmetros da órbita «segura» ou da reentrada atmosférica serão escolhidos conforme os regulamentos internacionais sobre os detritos espaciais e serão coordenadas com o utilizador durante a análise da missão.

As capacidades de missão do Vega-C

A variedade de adaptadores de carga do Vega-C torna-o num lançador muito flexível e capaz de responder às necessidades do mercado.

O dispensador de carga Small Spacecraft Mission Service (SSMS) irá permitir missões partilhadas dedicadas. O SSMS pode ser configurado para acomodar qualquer combinação de CubeSats com uma massa de 1 kg até pequenos satélites de 400 kg; desde o satélite maior com pequenos companheiros, até múltiplos satélites, ou dezenas de Cubesats individuais.

O adaptador de carga Vespa-C, utilizado para acomodar dois «passageiros» com uma massa acima dos 400 kg, tira partido do grande colume disponível no interior da carenagem do Vega-C.

Por seu lado, o adaptador Vampire será utilizado para grandes cargas singulares com possíveis combinações com pequenas cargas colocadas no dispensador SSMS.

O sistema Space Rider será lançado no Vega-C e irá utilizar as capacidades do estágio superior AVUM+ para fornecer operações em órbita para uma capacidade de retorno de carga.

Os desenvolvimentos a decorrer para um estágio superior Vega Electrical Nudge Upper Stage (Venus) que irá fornecer uma capacidade de transferência orbital a satélites para prolongar o seu mercado com a colocação em órbita de constelações de satélites, missões lunares e serviços em órbita.

Futuras evoluções do sistema de lançamento Vega irão aumentar a sua competividade para lá de 2025 oferecendo uma família de configurações tendo por base vários blocos.

A carga na missão inaugural do Vega-C

A missão VV21 constituiu a missão inaugural do foguetão Vega-C que transportou os satélites LARES-2, AstroBio CubeSat (ABCS), GreenCube, TRISAT-R, CELESTA (ROBUSTA-1D), MTCube 2 (ROBUSTA-1F) e ALPHA.

LARES-2

O satélite LARES-2 (LAser RElativity Satellite-2) foi construído para a ASI pelo Instituto Nacional para a Física Nuclear de Itália, tendo como parceiros o Centro Fermi e a UniRoma La Sapienza, com a OHB Italia a fornecer o mecanismo de fixação e de libertação do satélite.

O LARES-2, a carga principal da missão VV21, é uma esfera de 42 cm coberta de reflectores. A sua órbita será cuidadosamente monitorizada por lasers a partir do solo para medir o efeito Lense-Thirring, uma distorção do espaço-tempo causada pela rotação de um corpo massivo, como a Terra, tal como está previsto pela Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein. A sua grande massa, cerca de 295 kg, garante que será perturbado o menos possível pelo vento solar ou mesmo por fotões, que causam uma certa vibração nos satélites convencionais. O satélite será também utilizado para medições precisas para geodesia espacial e geodinâmica. O seu predecessor, o LARES, foi a carga principal do lançamento inaugural do foguetão Vega em 2012.

Astrobio Cubesat

O Astrobio Cubesat (ou ABCS) é um CubeSat-3U italiano para demonstração tecnológica desenvolvido pela Universidade de Roma La Sapienza transportando um mini laboratório baseado em tecnologia “lab-on chip” (este é um dispositivo miniaturizado que integra num único chip uma ou várias análises que são usualmente levadas a cabo em laboratório).

O objectivo do projecto Astrobio Cubesat é o de testar um laboratório automático baseado na tecnologia “lab-on-chip”, capaz de fornecer uma plataforma in-situ altamente integrada que usa able to provide a highly integrated in-situ multiparameter platform that uses testes para imunoensaio explorando a detecção iluminescência química. Para realizar a experiência será utilizado um dispositivo de fluxo lateral baseado em papel. Este irá conter: a) biomoleculas imobilizadas em áres de teste específicas; b) químicos depositados de forma não permanente e de forma seca na parte inicial (área de início) do caminho do microfluído; c) um sistema de reagentes que irá fornecer um volume de reagente ou amostra em forma líquida para a área de início, forças capilares irão capturar os reagentes líquidos e forçá-los a fluir ao longo do caminho do microfluído. Durante o fluxo, os reagentes líquidos irá dissolver e transportar ao longo do caminho os reagentes depositados, despoletando assim reacções específicas. À medida que os sinais de emissões de fot~ies são registados como resultado da correcta execução da experiência, um fotossensor estará sempre presente em correspondência com cada área de teste para detectar a reacção de iluminescência química.

GreenCube

O CubeSat-3U é um pequeno satélite de demonstração tecnológica italiano desenvolvido pela ENEA e pela Universidade de Nápoles “Federico II”, tendo como objectivo albergar um laboratório de cultivo autónomo, um BLSS tendo por objectivo o cultivo de microvegetais no espaço.

O satélite mistura uma plataforma madura, composta em parte pelos mesmos componentes que já foram montados nos satélites 1KUNS-PF e LEDSAT, com uma carga singular: uma secção de duas Unidades que alberga todo o equipamento necessário para o crescimento dos microvegetais.

A missão principal é dedicada a uma experiência relacionada com o crescimento de plantas num ambiente de microgravidade, com um sistema de suporte de vida miniaturizado incluindo sensores ambientais (CO2, O2, temperatura, pressão) e uma micro-câmara instalada internamente ao sistema para determinar o estado de crescimento das plantas. A carga é capaz de monitorizar e controlar a composição do ar na câmara (tendo particularmente em conta o CO2, oxigénio e componentes VOC), a humidade da câmara, iluminação (através de uma matriz LED optimizada para induzir menos tensão no crescimento das plantas), recirculação do ar (através de uma ventoinha de ar utilizada para mitigar a composição do ar no interior da câmara). Câmaras e outros sensores estão colocados no volume interior da câmara pressurizada para monitorizar o crescimento das plantas e o seu estado.

A bordo do satélite segue também uma carga de rádio-amador que tem por objevctivo testar um sistema digirrepetidor a bordo de um satélite que orbita acima das órbitas de baixa altitude, e que é capaz de chegar a uma grande porção da Terra, tanto em tempo real como na configuração de “armazenamento e repetição”. A missão irá testar um sistema de comunicações capaz de transmitir imagens da Terra obtidas por uma câmara educacional (baixa resolução) colocada externamente ao satélite. Adicionalmente, a telemetria será transmitida de forma periódoca com formatos públicos e irá fornecer uma imagem clara do comportamento do equipamento no ambiente espacial.

A informação sobre a resistência dos sistemas electrónicos na Cintura de Van Allen será aplicada em futuras missões do género. O returno radioamador/educacional da missão para os estudantes envolvidos irá focar na actividade experimental para o desenvolvimento e gestão de um sistema digital de comunicações por rádio para ser utilizado numa órbita distante e num ambiente de radiação muitop adverso no interior da Cintura de Van Allen.

CELESTA

Com uma massa de 1 kg, o satélite CELESTA (CERN Latchup Experiment STudent sAtellite) – também designado ROBUSTA-1D (Radiation on Bipolar Test for University Satellite Application) – é um projecto estudantil da Universidade de Montpellier II que tem por missão testar o monitor de radiação do CERN (RadMon).

O CELESTA é o primeiro micro-satélite derivado do CERN, sendo desenvolvido em colaboração com a Universidade de Montpellier tendo por base um acordo definido e assinado em 2015.

O projecto, apoiado através do fundo KT Fund, tem dois objectivos principais: o desenvolvimento e lançamento de uma versão do monitor de radiação do CERN (RadMon) juntamente com uma experiência anexa; a demonstração de que o ambiente de radiação espacial  na órbita terrestre baixa pode ser reproduzido com a instalação CERN High energy AcceleRator Mixed (CHARM). Isto abrirá a utilização do espaço para qualificação de actividades de sistemas espaciais e fornecer um modulo de monitorização de radiação para futuras missões.

TRISAT-R

O TRISAT-R é uma missão científica e educacional que utilizad um CubeSat-3U desenvolvida pela Universidade de Maribor, e cujo principal objectivo é o de investigar e mapear a radiação ionizada em órbitas de altitude média utilizando vários instrumentos distintos para propósitos científicos, e para demonstrar e testar algoritmos AI utilizando componentes COTS de alto desempenho e técnicas de mitigação de erros em ambientes de elevada radiação. O satélite tem uma massa de 5 kg.

O projecto é apoiado e coordenado com a ESA e o Ministério da Economia da Eslovénia. O TRISAT-R irá obter de forma constante medições sobre a radiação ionizada utilizando os seus instrumentos e armazenar essa informação numa memória a bordo, incluindo a sua informação de localização baseada em informação recebida a parte de um receptor GNSS.

MTCube-2 (ROBUSTA-1F)

O MTCube (Memory Test CubeSat) ou ROBUSTA-1C (Radiation on Bipolar Test for University Satellite Application) é um projecto CubeSat da Universidade de Montpellier II que irá realizar experiências sobre os efeitos da radiação em componentes de memória no espaço para a Agência Espacial Europeia.

O satélite tenm uma massa de 1 kg e é baseado no CubeSat ROBUSTA-1B, transportando a experiência RES Experiment (Radiation Effects Study by SEE Experiment). A sua missão é a de caracterizar o comortamento de memórias COTS (SRAMs 90 nm e 65 nm, FLASH, MRAM e FRAM em configuração 3D) no ambiente espacial e fazer a comparação com testes realizados no solo, mapeando a resposta SEE destas memórias ao longo da sua órbita.

ALPHA

O satélite ALPHA é um CubeSat-1U italiano para demonstração tecnológica desenvolvido pela ARCA Dynamics com o objectivo principal de demonstrar tecnologias de protecção contra a radiação. Em órbita irá testar um ADCS integrado incluindo uma roda de reacção desenvolvida pela ARCA, uma vela solar para remoção orbital desenvolvida pela NPC Spacemind, e outros subsistemas, tais como um EPS desenvolvido pela H4-Research, um OBC um módulo de telecomunicações desenvolvidos pela GP Advanced Projects.

A missão do ALPHA terá lugar numa órbita terrestre média, a uma altitude cerca de 15 vezes mais elevada do que a ISS. Nesta altitude, a cerca de 6.000 km, o ALPHA irá encontrar-se num ambiente bastante agressivo no interior da Cintura de Van Allen, onde o campo magnético da Terra aprisiona o vento solar e as radiações cósmicas. Nestas condições, o satélite irá realizar experiências cientificas para melhor compreender os fenómenos relacionados com a magnetosfera, tais como as ‘Luzes do Norte’ e as auroras, e demonstrar tecnologia inovadoras projectadas e desenvolvidas para mitigar os efeitos das radiações.

Lançamento da missão VV21

O lançamento inaugural do Vega-C foi adiado por duas vezes devido a problemas técnicos com a plataforma de lançamento no dia da sua missão. Resolvidos os problemas, o início da sequência sincronizada de lançamento ocorre a T-4m.

Após abandonar rapidamente a plataforma de lançamento, o foguetão Vega-C inicia um breve voo horizontal na fase inicial da ignição dos três estágios iniciais que tem uma duração de 7 minutos e 22 segundos. A separação do primeiro estágioP120  ocorre a T+2m 26s. O segundo estágio Z40 entra em ignição 1 segundo depois. O final da queima e separação do segundo estágio ocorre a T+4m 35s e a ignição do terceiro Z9 a T+4m 42s. A separação das duas metades da carenagem de protecção ocorre a T+4m 46s.

O final da queima do terceiro estágio tem lugar a T+7m 22s, separando-se de imediato. O sistema compósito superior, que inclui o estágio AVUM+, o adaptador de carga e os satélites, entram num voo balístico até T+18m 11s, altura em que se inicia a primeira das ignições do estágio AVUM+ que termina a T+22m 16s. A sua segunda ignição ocorre a T+1h 14m 3s, terminando a T+1h 23m 4s.

A separação do LARES-2 ocorre a T+1h 24m 6s.

A terceira ignição do AVUM+ vai decorrer entre T+1h 35m 46s e T+1h 35m 57, com a quarta ignição a decorrer entre T+2h 7m 4s e T+2h 7m 16s.

A sequência de separação dos CubeSat inicia-se a T+2h 9m 56s.

A quinta e última ignição do AVUM+ decorre entre T+2h 15 m 28s e T+2h 15m 32s, com o objectivo de iniciar a sua remoção orbital.

A Arianespace

A Arianespace foi fundada em 1980 sendo a primeira empresa de serviços e soluções de lançamentos orbitais. É subsidiária do ArianeGroup que detém 74% das suas acções, sendo o restante detido por 17 outras empresas ligadas à industria Europeia de lançamentos espaciais.

Desde a sua fundação, a Arianespace assinou mais de 530 contratos de lançamento de satélites, tendo colocados em órbita mais de 570 satélites. Mais de metade dos satélites comerciais agora em serviço em torno do planeta foram colocados em órbita pela Arianespace.

As actividades da empresa ocorrem em todo o mundo, tendo a sua sede em Evry, França; o centro espacial de Kourou, Guiana Francesa, onde estão situadas as plataformas de lançamento do lançador Ariane, Soyuz e Vega; e escritórios em Washington D.C., Tóquio e Singapura. A Arianespace disponibiliza serviços de lançamentos aos operadores de satélites em todo o mundo, incluindo empresas privadas e agências governamentais.

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 6248

– Lançamento orbital Arianespace: 301 (4,82%)

– Lançamento orbital CSG Kourou: 313 (5,01% – 100,00%)

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

6249 – 15 Jul (0044:20) – CE Kennedy, LC-39A/ASOG – Falcon 9-164 (B1062.7) – Dragon v2 SpX-25 (CRS-25), BeaverCube, CLICK-A, D3, JAGSAT-1, CapSat-1, TUMnanoSAT

6250 – 17 Jul (1450:??) – CE Kennedy, LC-39A/JRTI – Falcon 9-165 (B1051.13) – Starlink G4-22 (x53)

6251 – 21 Jul (1713:??) – Vandenberg SFB, SLC-4E/OCISLY – Falcon 9-166 (B1071.4) – Starlink G3-2

6252 – 22 Jul (????:??) – Onenui (Màhia), LC1B – Electron/Curie (F29 “Antipodean Adventure”) – NROL-199: RASR-4

6253 – 24 Jul (0617:40) – Wenchang, LC101 – Chang Zheng-5B (Y3) – Wentian

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Bibliografia:

  • Krebs, Gunter D. “Astrobio Cubesat (ABCS)”. Gunter’s Space Page. Consultado a 14 de Julho de 2022, em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/abcs.htm
  • Krebs, Gunter D. “GreenCube”. Gunter’s Space Page. Consultado a 14 de Julho de 2022, em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/greencube.htm
  • Krebs, Gunter D. “CELESTA (ROBUSTA 1D)”. Gunter’s Space Page. Consultado a 14 de Julho de 2022, em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/celesta.htm
  • Krebs, Gunter D. “MTCube 1, 2 (ROBUSTA 1C, 1F)”. Gunter’s Space Page. Consultado a 14 de Julho de 2022, em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/mtcube.htm
  • Krebs, Gunter D. “TRISAT R”. Gunter’s Space Page. Consultado a 14 de Julho de 2022, em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/trisat-r.htm
  • Krebs, Gunter D. “ALPHA”. Gunter’s Space Page. Consultado a 14 de Julho de 2022, em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/alpha_arca.htm

 



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