SpaceX lança missão de desmonstração DART para a NASA

A SpaceX levou a cabo com sucesso o lançamento da missão DART (Double Asteroid Redirection Test) da NASA. O lançamento teve lugar numa janela de lançamento instantânea às 0621:02UTC do dia 24 de Novembro de 2021 a partir do Complexo de Lançamento Espacial SLC-4E da Base das Forças Espaciais de Vandenberg, Lompoc – California.

O lançamento foi relizado pelo foguetão Falcon 9-129 (B1063.3) cujo primeiro estágio foi recuperado às 0628UTC na plataforma Of Course I Still Love You estacionada no Oceano Pacífico.

O teste estático para esta missão foi realizado a 19 de Novembro de 2021.

O DART é o primeiro teste de defesa planetária do mundo à escala real demonstrando um método de tecnologia de de-flexão num asteroide.

Como uma das missões principais da NASA é a estratégia de defesa planetária, a missão DART irá provar que uma nave espacial pode autonomamente navegar até um asteróide alvo e colidir intencionalmente com ele, sendo esta técnica conhecida como impacto cinético. O DART testará simultaneamente novas tecnologias e irá fornecer dados importantes para melhorar os modelos seguintes nos recursos de previsões na ajuda a uma preparação caso um asteróide possa representar uma ameaça para a Terra, sendo descoberto.

O DART é um satélite focado, projectado para voar e colidir com um asteroide a cer-ca de 6km/s . O alvo para esta demonstração é o asteroide moonlet Dimorphos ((duas formas) que orbita um asteroide maior de nome Didymos (gémeo). O impacto cinetico do DART pode melhorar os modelos e preparar-nos para mitigar asteroides perigosos.

Embora os cientistas planetários possam criar impactos em miniatura num laborató-rio e construir modelos computacionais sofisticados baseados nesses resultados, os asteroides sãos corpos complicados com uma variedade grande de propriedades fí-sicas, estruturas internas, formas e características geológicas. Levando a cabo um teste real à escala mundial num asteroide de um tamanho relevante é necessário evoluir os modelos desenvolvidos até então e prepara-los para poderem dar respos-ta a um asteroide com potencial catastrófico no futuro.

Como a primeira demonstração para defesa planetária por método de deflexão, o impacto do DART num asteroide com propriedades físicas desconhecidas irá melho-rar e validar os modelos computacionais científicos que são cruciais para prever a eficácia de um colisor cinético. Os cientistas irão usar observações telescopias do systema Didymos, imagens do Dimorphos tiradas pela câmera a bordo de nome DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation) e imagens do impacto do DART recolhidas pelo LICIACube da Agencia Espacial Italiana – junto com os dados recolhidos mais tarde pela sonda Hera da Agencia Espacial Europeia com vista a preprara a Terra para futuras coli-sões caso necessário.

As dimensões da DART é praticamente uma caixa com 1,2 x 1,3 x 1,3 metros, de onde as outras estruturas se estendem resultando em 1,8 metros de comprimento, 1,9 metros de largura e 2,6 metros de altura. A sonda também possui dois painéis solares muito largos que quando estendi-dos medem 8,5 metros cada um.

Enquanto o objectivo da quarta missão da DART podem ser alcançados usando a câmera DRACO e observações terrestres, o conhecimento de retorno da missão será significati-vamente aumentado pelas imagens do LICIACube. Este é um CubeSat-6U da Agencia Espacial Italiana projectado e construído pela Argotec. Esta sonda leva com ela duas cameras opticas: a LUKE (LICIACube Unit Key Explorer) e a LEIA (LICIACube Explorer Imaging for Asteroid) e um sistema autonomo de aquisição e acompanhamento do asteroide aquando da colisão. E um sistema de comunicação em banda X para transmitir as imagens da colisão para a Terra.

O CubeSat irá separar-se da sonda DART dez dias antes da colisão com o Dimorphos. A LICIACube irá usar o seu próprio sistema de propulsão para alterar a sua trajectoria, para que passe a frente do Dimorphos três minutos depois do impacto. Isto dá a oportunidade de de recolher imagens do impacto cinético , a resultante pluma de ejecção, possivelmen-te a cratera do impacto e na partida os hemisférios de ambos Didymos e Dimorphos. Estas imagens, em adicão as observações telescópicas podem ajudar a confirmar o impacto. As imagens da LICIACube da pluma de ejecção e cratera podem complementar as imagens da DRACO, ajudando a melhor caracterizar o momento e a eficácia do impacto de defle-xão cinética.

A DART está também irá demonstrar o sistema NEXT-C, um sistema de propulsão iónica desenvolvido pela Glenn Research Center da NASA e pela Aerojet Rocketdyne. O NEXT-C é um sistema de propulsão electrico movido a energia solar que usa um motor iónico quadriculado, produzindo um impulso através de aceleração electroestática dos iões for-mado através do propelente de xenon. O NEXT-C oferece uma uma performance melho-rada, eficácia de combustão e flexibilidade operacional comparada com o sistema de pro-pulsão iónica que voaram nas sondas Dawn e Deep Space 1 da NASA.

Antes da DART colidir com o Dimorphos, a sonda primeiro tem de encontrar o asteroide moonlet e ir ao encontro dele. Não é uma tarefa pequena considerando que a poucas ho-ras antes da colisão o sistema Didymos não será muito bem visível. Ainda assim, o DART será capaz de encontrar os asteróides e se orientar autonomamente até eles.

As imagens abaixo mostram quão largo o asteroide irá aparecer na câmera DRACO duran-te o tempo. Estas imagens são fornecidas através de uma serie de algoritmos de navega-ção, chamados SMART Nav que podem identificar os asteroides e dizer a sonda como se manobrar até eles. Este processo autonomo começa horas antes do impacto – ainda 87.000 km a 98.000 km do sistema de asteroides – e pode isolar o Dimorphos do Didymos uma vez que os asteroides aparecerem na imagem. A SMARTNav irá continuar a guiar a DART até dois minutos e meio antes do impacto, quando a sonda entrará numa fase não pro-pulsionada até ao seu fim (a cerca de 24.000km/h).

Lançamento

O foguetão Falcon-9 é activado a T-10h 00m. Tanto o lançador como a sua carga são submetidos a uma série de verificações testes antes do início do abastecimento do querosene RP-1. O Director de Voo consulta os controladores a T-38m, determinando assim se tudo está pronto para o lançamento. O processo de abastecimento inicia-se a T-35m no primeiro estágio, seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) ao mesmo tempo e no segundo estágio a T – 16m.

A fase terminal da contagem decrescente inicia-se com os motores a serem condicionados termicamente para o lançamento a T-7m. A T-1m é enviado um comando para o computador de voo para iniciar as verificações pré-lançamento e o sistema de supressão sónica por água é activado na plataforma de lançamento. Por esta altura os tanques de propelente também são pressurizados A T-45s o Director de Lançamento da SpaceX verifica se todos os parâmetros estão prontos para o lançamento. Na mesma altura, é verificado que o espaço aéreo está pronto para o voo. A sequência de ignição é iniciada a T-3s. A T=0s o foguetão abandona a plataforma de lançamento (1219:30UTC).

Abandonando a plataforma de lançamento, o Falcon-9 inicia uma série de manobras para se colocar na trajectória de voo correcta. A fase MaxQ, de máxima pressão dinâmica, é atingida a T+1m 12s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 33s, dando-se três segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 44s. A separação das duas metades da carenagem de protecção ocorre a T+3m 11s.

O primeiro estágio executa a sua queima de reentrada a T+6m 40s, aterrando na plataforma OCISLY a T+8m 52s.

O final da queima do segundo estágio ocorre a T+8m 8s, iniciando uma fase não propulsionada de cerca de 20 minutos. O segundo estágio executa ainda uma segunda queima entre T+28m 37s e T+29m 30s. A separação da sonda DART tem lugar a T+55m 40s.

Texto: Salomé T. Fagundes

O foguetão Falcon-9

Baptizado em nome da nave Millenium Falcon da saga cinematográfica “Guerra das Estrelas”, o foguetão Falcon-9 v1.1 é um lançador a dois estágios projectado e fabricado pela SpaceX para o transporte seguro e fiável de satélites e do veículo Dragon para a órbita terrestre. Sendo o primeiro foguetão completamente desenvolvido no Século XXI, este lançador foi projectado desde o início para ter a máxima fiabilidade. A sua simples configuração de dois estágios minimiza o número de eventos de separação (staging) e com nove motores no primeiro estágio, pode completar a sua missão em segurança mesmo na possibilidade de perda de um motor.

O Falcon-9 fez história em 2012 quando colocou a cápsula Dragon na órbita correcta para uma manobra de encontro com a estação espacial internacional, fazendo da SpaceX a primeira companhia comercial a visitar a ISS. Desde então, a SpaceX realizou múltiplas missões para a ISS transportando e recolhendo carga para a NASA. O Falcon-9, bem como a cápsula Dragon, foram desenhados na base do desenvolvimento de um sistema de transporte de astronautas para o espaço e num acordo com a NASA, a SpaceX está activamente a trabalhar para atingir esse objectivo.

O foguetão Falcon-9 Upgrade, ou Falcon-9 FT, (a seguir designado simplesmente como ‘Falcon-9’) representa a mais recente evolução deste lançador. De forma geral o Falcon-9 tem 68,4 metros de comprimento, 3,7 metros de diâmetro e uma massa de 541.300 kg. O veículo é capaz de colocar uma carga de 13.150 kg numa órbita terrestre baixa ou 4.850 kg numa órbita de transferência geossíncrona.

O primeiro estágio do Falcon-9 está equipado com nove motores Merlin (Merlin-1D) e tanque de liga de alumínio e lítio que contêm oxigénio líquido e querosene RP-1. Após a ignição, um sistema de segurança fixa o veículo na plataforma de lançamento e garante que todos os motores são verificados como estando na força máxima antes de libertar o foguetão para o seu voo. Então, com uma força superior a cinco aviões Boeing 747 em potência máxima, os motores Merlin lançam o foguetão para o espaço. Ao contrário dos aviões, a força de um foguetão vai aumentando com a altitude – o Falcon-9 gera 6.806 kN ao nível do mar mas atinge 7.426 kN no vácuo espacial. Os motores do primeiro estágio vão sendo aumentados em potência perto do final da queima do estágio para assim limitar a aceleração do veículo à medida que a massa do lançador vai diminuindo com a queima do combustível. O tempo total de queima do primeiro estágio é de 162 segundos.

Com os seus nove motores agrupados juntos na configuração ‘octaweb’, o Falcon-9 pode aguentar a falha de até dois motores durante o lançamento e mesmo assim conseguir atingir a órbita terrestre com sucesso. O Falcon-9 é o único lançador na sua classe com esta característica chave.

O motor Merlin foi desenvolvido internamente pela SpaceX mas vai encontrar as suas raízes aos motores das missões Apollo, nomeadamente o sistema de injecção baseado no motor do módulo lunar. O propolente é alimentado através de uma única conduta, com uma turbo-bomba de dupla pá que opera num ciclo de gerador a gás. A turbo-bomba também fornece o querosene a alta pressão para os actuadores hidráulicos, que depois recicla para a entrada a baixa pressão. Isto elimina a necessidade de um sistema hidráulico separado e significa que não é possível ocorrer uma falha no controlo de vector de força por falta de fluido hidráulico. Uma terceira utilização da turbo-bomba é o fornecimento de controlo de rotação ao actuar no escape da turbina de exaustão (no segundo estágio). Combinando-se estas características num só dispositivo aumenta-se assim de forma significativa o nível de fiabilidade do sistema.

O motor é capaz de desenvolver uma força de 654 kN ao nível do mar, 716 kN no vácuo, com um impulso específico de 282 segundos (nível do mar) e 311 segundos (vácuo).

A secção interestágio é uma estrutura compósita que liga o primeiro e o segundo estágio e alberga os sistemas de libertação e separação. O Falcon-9 utiliza um sistema de separação totalmente pneumático para uma separação de baixo impacto e altamente fiável que pode ser testado no solo, ao contrário dos sistemas pirotécnicos utilizados na maior parte dos lançadores.

O segundo estágio é propulsionado por um único motor Merlin de vácuo e coloca a carga a transportar na órbita desejada. O motor do segundo estágio entra em ignição poucos segundos após a separação entre o segundo e o primeiro estágio, e pode ser reiniciado várias vezes para colocar múltiplas cargas em diferentes órbitas. Para máxima fiabilidade, o segundo estágio está equipado com sistemas de ignição redundantes. Tal como o primeiro estágio, o segundo estágio é feito a partir de uma liga de alumínio e lítio.

O motor Merlin de vácuo (Merlin-1D de vácuo) desenvolve uma força de 934 kN e o seu tempo de queima é de 397 segundos.

A carenagem compósita é utilizada para proteger a carga durante a passagem do Falcon-9 pelas camadas mais densas da atmosfera. Quando a missão do Falcon-9 é o lançamento do veículo de carga Dragon, a carenagem não é utilizada pois a cápsula possui o seu próprio sistema de protecção.

A carenagem tem 13,1 metros de comprimento e 5,2 metros de diâmetro. Fabricada em fibra de carbono, separa-se em duas metades utilizando um sistema de separação de actuadores pneumáticos semelhantes aos que são utilizados para a separação entre o primeiro e o segundo estágio.

Lançamento Veículo 1.º estágio Local Lançamento Data Hora (UTC) Carga Recuperação
2021-048 120 B1067.1 KSC, LC-39A 03/Jun/21 17:29:17 Dragon SpX-22 OCISLY (Oc. Atlântico)
2021-049 121 B1061.3 CCSFS, SLC-40 06/Jun/21 04:26 Sirius SXM-8 JRTI (Oc. Atlântico)
2021-054 122 B1062.2 CCSFS, SLC-40 17/Jun/21 16:09:35 GPS-III SV05 JRTI (Oc. Atlântico)
2021-059 123 B1060.8 CCSFS, SLC-40 30/Jun/21 19:31:00 Transporter-2 LZ-1 (Cabo Canaveral)
2021-078 124 B1061.4 KSC, LC-39A 29/Ago/21 07:14:49 Dragon SpX-23 ASOG (Oc. Atlântico)
2021-082 125 B1049.10 VSFB, SLC-4E 13/Set/21 03:55:50 Starlink 2-1 OCISLY (Oc. Pacífico)
2021-084 126 B1062.3 KSC, LC-39A 16/Set/21 00:02:50 Inspiration4 JRTI (Oc. Atlântico) 
2021-103 127 B1067.2 KSC, LC-39A 11/Nov/21 02:03:31 Endurance Crew-3 ASOG (Oc. Atlântico)
2021-104 128 B1058.9 CCSFS, SLC-40 13/Nov/21 12:19:30 Starlink 4-1 JRTI (Oc. Atlântico)
2021-110 129 B1063.3 VSFB, SLC-4E 24/Nov/21 06:21:02 DART LICIACube OCISLY (Oc. Pacífico)

A sequência de lançamento para o Falcon-9 é um processo de precisão ditada pela janela de lançamento tendo em conta a posição orbital a ser ocupada pela carga a bordo. Se a janela de lançamento é perdida, a missão é então adiada para a próxima janela de lançamento disponível.

Cerca de quatro horas antes do lançamento, inicia-se o processo de abastecimento – primeiro oxigénio líquido seguindo-se o querosene altamente refinado (RP-1). O vapor que se observa a sair do lançador durante a contagem decrescente é na realidade oxigénio a ser libertado dos tanques, sendo esta a razão pela qual o abastecimento de oxigénio líquido se mantém até quase ao final da contagem decrescente.

Texto e tabela: Rui C. Barbosa

O estágio B1063

Para esta missão a SpaceX utilizou o foguetão Falcon-9 (B1063.3), isto é, o primeiro estágio B1063 na sua 3.ª missão.

Este primeiro estágio foi utilizado pela primeira vez a 21 de Novembro de 2020 quando às 1717:08UTC foi lançado a partir Complexo de Lançamento SLC-4E da Base Aérea de Vandenberg na Califórnia para colocar em órbita o satélite Sentinel-6A ‘Michael Freilich’ que foi recuperado na denominada Landing Zone 4 (LZ-4) na Base Aérea de Vandenberg. Na sua segunda missão este estágio foi utilizado a 26 de Maio de 2021 quando às 1859UTC foi lançado a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral SFS, Florida para colocar em órbita mais um conjunto de 60 satélites Starlink que foi recuperado às 1907UTC na plataforma flutuante Just Read The Instructions no Oceano Atlântico.

Texto: Salomé T. Fagundes



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