SpaceX lança missão privada japonesa para a Lua

A primeira missão lunar privada foi lançada pela SpaceX a 11 de Dezembro de 2022. O lançamento da sonda lunar Hakuto-R M1, da empresa japonesa iSpace, teve lugar às 0738:13UTC e foi realizado pelo foguetão Falcon 9-188 (B1073.5) a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 d0 Cabo Canaveral SFS, Florida. O primeiro estágio do lançador foi recuperado na zona de aterragem LZ-2 do Cabo Canaveral.

A Hakuto-R M1 é uma missão lunar comercial de demonstração tecnológica que tem por objectivo alunar na superfície do nosso satélite natural.

O desenvolvimento da missão foi iniciado como um concorrente para o Google Lunar X PRIZE (GLXP). Na altura a missão era denominada “Hakuto”, mas na altura a empresa não foi capaz de desenvolver um veículo com capacidade de voo durante o período de vigência do concurso. Em Agosto de 2019, a iSpace anunciava a reestruturação do seu programa lunar (agora denominado “Hakuto-R”, com a eliminação da missão orbital lunar de demonstração tecnológica em 2020, passando logo para uma missão de demonstração com descida na superfície lunar. 

O veículo de descida (Series 1 Lander) foi optimizado para ser leve, de pequeno tamanho e de grande fiabilidade, tendo por objectivo ser a primeira missão comercial a descer na superfície da Lua. O local de descida foi seleccionado em Lacus Somniorum, devido às suas melhores condições de alunagem.

O veículo transporta várias cargas comerciais e governamentais, o rover Rashid dos Emirados Árabes Unidos. 

O pequeno rover Rashid tem como missão realizar vários testes para estudar vários aspectos da superfície lunar, incluindo o solo lunar e a sua formação e componentes, as propriedades térmicas da superfície, incluindo a amplitude térmica e características de condução. O veículo irá realizar uma série de medições e testes que irão expandir o nosso conhecimento do plasma lunar, dos fotoelectrões e das partículas de poeira localizadas sobre a parte iluminada da superfície lunar. Um variado leque de materiais serão também testados, bem como estudada a sua interacção com a Lua.

O Rashid está equipado com tecnologias de ponta, incluindo uma câmara tridimensional, sistemas de movimento avançados, sensores, sistema de comunicação e painéis solares para o fornecimento de energia.

A bordo seguem quatro câmaras que se movem verticalmente e horizontalmente, incluindo duas câmaras principais, uma câmara microscópica, e uma câmara térmica. Adicionalmente, o rover está equipado com sensores e sistemas para analizar as propriedades do solo, poeira, radioactividade, actividades eléctricas e as rochas na superfície lunar.

O veículo tem uma massa de 10 kg, um comprimento de 53,5 cm e uma largura de 53,85 cm.

A bordo do Falcon-9 foi também lançado o pequeno Lunar Flashlight. Esta é uma missão que foi seleccionada em 2014 pelo Advanced Exploration Systems (AES) da NASA por uma equipa do Laboratório de Propulsão a Jacto (Jet Propulsion Laboratory), da UCLA e do Centro de Voo Espacial Marshall. Este conceito inovador e de baixo custo tem como objectivo mapear o polo sul lunar em busca de gases voláteis e demonstrará várias inovações tecnológicas, incluindo a primeira missão planetária de CubeSat a usar propulsão verde e a primeira missão a usar lasers para observar o gelo de água na superfície lunar.

O CubeSat-6U tem uma massa de cerca de 14 kg e após se separar do segundo estágio do lançador, o Lunar Flashlight irá manobrar para a sua órbita polar lunar e irá os seus lasers infravermelhos para iluminar as regiões polares sombreadas, enquanto o espectrómetro a bordo mede a reflexão e a composição da superfície.

Lançamento

A cerca de dez horas do lançamento procede-se à activação eléctrica do foguetão Falcon-9. 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 início do abastecimento do lançador. O processo de abastecimento de RP-1 inicia-se a T-35m no primeiro estagio, seguindo-se o início do abastecimento do oxigénio líquido (LOX) na mesma altura. O abastecimento de LOX ao segundo estagio inicia-se 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 é activado na plataforma de lançamento que é inundada por milhões de litros de água. 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 a missão, sendo também verificado que o espaço aéreo está pronto para o lançamento. A sequência de ignição é iniciada a T-3s. A T=0s o foguetão abandona a plataforma.

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. É nesta altura que o lançador atinge o ponto mais elevado de ‘stress’ mecânico na sua estrutura.

O final da queima do primeiro estágio (MECO – Main Engine Cut-Off) ocorre a T+2m 13s, dando-se quatro segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio, com este a entrar em ignição pela primeira vez a T+2m 24s. A ejecção das duas metades da carenagem de protecção ocorre a T+3m 6s.

A queima de reentrada do primeiro estágio ocorre entre T+6m 33s e T+6m 52s, com a queima de aterragem a decorrer entre T+7m 43s e T+8m 15s, aterando na zona de aterragen LZ-2 do Cabo Canaveral SFS. Entretanto, a primeira queima do segundo estágio termina a T+7m 52s.

A segunda queima do segundo estágio ocorre entre T+39m 49s e T+40m 22s, com a separação da sonda Hakuto-R a ocorrer a T+46m 38s. O pequeno Lunar Flaslight separa-se a T+52m 48s.

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 primeiro estágio B1073

Para esta missão a SpaceX utilizou o foguetão Falcon-9 (B1073.5), isto é, o primeiro estágio B1073 na sua 5.ª missão.

Este primeiro estágio foi utilizado pela primeira vez a 14 de Maio de 2022 quando às 2040:50UTC foi lançado a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral SFS para colocar em órbita 53 satélites Starlink na missão Starlink G4-15. Na sua primeira missão o B1073 foi recuperado na plataforma flutuante Just Read The Instructions (JRTI) estacionada no Oceano Atlântico.

A segunda missão do estágio B1073 ocorreu a 29 de Junho quando foi utilizado para colocar em órbita o satélite de comunicações SES-22 a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral SFS, com o lançamento a ocorrer às 2104UTC e sendo recuperado na plataforma flutuante A Shotfall of Gravitas (ASOG) no Oceano Atlãntico.

A terceira missão deste estágio ocorria às 0214:40UTC do dia 10 de Agosto, sendo utilizado para colocar em órbita 52 satélites Starlink na missão Starlink G4-26 lançada a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral SFS e sendo recuperado na plataforma flutuante ASOG no Oceano Atlântico.

Na sua quarta missão, o estágio B1073 foi utilizado para colocar em órbita 54 satélites Starlink v1.5 na missão Starlink G4-35. Lançado às 2332:10UTC a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral SFS, seria recuperado na plataforma flutuante ASOG no Oceano Atlântico., será recuperado 

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.

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.

Lançamento Veículo 1.º estágio Local Lançamento Data Hora (UTC) Carga Recuperação
2022-125 179 B1071.5 VSFB, SLC-3E 05/Out/22 23:10:30 Starlink G4-29 OCISLY (Oc. Pacífico)
2022-128 180 B1060.14 CCSFS, SLC-40 08/Out/22 23:05:00

Galaxy-33

Galaxy-34

ASOG (Oc. Atlântico) 
2022-134 181 B1069.3 CCSFS, SLC-40 15/Out/22 05:22 Hotbird-13F JRTI (Oc. Atlântico)
2022-136 182 B1062.10 CCSFS, SLC-40 20/Out/22 14:50:40 Starlink G4-36 ASOG (Oc. Atlântico) 
2022-141 183 B1063.8 VSFB, SLC-4E 28/Out/22 01:14:10 Starlink G4-31 OCISLY (Oc. Pacífico)
2022-146 184 B1067.7 CCSFS, SLC-40 03/Nov/22 05:22 Hotbird-13G JRTI (Oc. Atlântico)
2022-153 185 B1051.14 CCSFS, SLC-40 12/Nov/22 16:06

Galaxy-31

Galaxy-32

2022-157 186 B1049.11 CCSFS, SLC-40 23/Nov/22 02:57 Eutelsat-10B
2022-159 187 B1076.1 KSC, LC-39A 26/Nov/22 19:20:43

Dragon SpX-26

TJREVERB

MARIO

petitSat

SPORT

LORIS

ORCASat

DanteSat

NUTSat

SS 1

JRTI (Oc. Atlântico)
2022-168 189 B1073.5 CCSFS, SLC-40 11/Dez/22 07:38:13

Hakuto-R M1

Rashid

Lunar Flashlight

LZ-2


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