SpaceX lança nova tripulação para a ISS no voo inaugural da cápsula Freedom

A empresa norte-americana Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) levou a cabo o lançamento da missão espacial tripulada USCV-4 transportando quatro novos elementos para a tripulação permanente a bordo da estação espacial internacional.

O lançamento ocorreu às 0752:55UTC do dia 27 de Abril de 2022 e foi realizado pelo foguetão Falcon 9-150 (B1067.4) a partir do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy, Ilha de Merritt – Florida. Este foi o 150.º lançamento de um foguetão Falcon-9.

A acoplagem com o módulo Harmony teve lugar às 2337UTC do dia 27 de Abril.

Esta foi o primeiro lançamento da cápsula espacial Crew Dragon C212 que foi baptizada com o nome de “Freedom” e a bordo transportou uma tripulação de quatro astronautas composta por Kjell Norwood Lindgren (Comandante, EUA), Robert Thomas Hines Jr. (Piloto, EUA), Samantha Cristoforetti (Especialista de Missão, Itália) e Jessica Andrea Watkins (Especialista de Missão, EUA).

A Crew-4 representa a quarta missão de rotação de tripulações na estação espacial internacional ao abrigo do programa comercial Commercial Crew Program da NASA. 

Os astronautas Lindgren e Hines foram nomeados para a missão Crew-4 em Fevereiro de 2021, começando a trabalhar e a treinar com a cápsula tripulada da SpaceX e para a sua estadia a bordo da ISS. Cristoforetti foi noemada para a missão em Março de 2021 e a nomeação de Watkins ocorreu em Novembro de 2021.

A missão Crew-4 continua os esforços da NASA para restaurar e manter a liderança dos Estados Unidos no voo espacial tripulado. As missões tripuladas comerciais regulares permitem à agência espacial norte-americana continuar as importantes experiências e investigações tecnológicas que decorrem a bordo da ISS. Estas investigações beneficiam a Humanidade e estabelecem as fundações para a futura exploração espacial para lá da órbita terrestre baixa, começando com as missões Artemis.

Em Maio de 2021 era anunciado que a astronauta Samantha Cristoforetti iria servir como Comandante da Expedição 68. Porém, como parte da normal calendarização do programa de voo da ISS, a rotação entre as tripulações Crew-4 e Crew-5 foi alterado, o que resultou numa missão mais curta para a Crew-4. Assim, a Expedição 68 somente terá início após a partida da Crew-4, e de Samantha Cristoforetti, da ISS com esta a ocupar apenas o papel de Comandante do segmento norte-americano da ISS devido à situação resultante da invasão russa da Ucrânia.

Ao chegarem à ISS, a estação espacial internacional estará comandada pelo norte-americano Thomas Henry Marshburn. A bordo estarão ainda Raja Jon Vurputoor Chari (Engenheiro de Voo, EUA), Matthias Josef Maurer (Engenheiro de Voo, Alemanha), Kayla Sax Barron (Engenheira de Voo, EUA), Oleg Germanovich Artemyev (Engenheiro de Voo, Rússia), Denis Vladimirovich Matveyev (Engenheiro de Voo, Rússia) e Sergei Vladimirovich Korsakov (Engenheiro de Voo, Rússia).

Thomas Marsburn, Raja Chari, Matthias Maurer e Kayla Barron regressam à Terra a 30 de Abril. Após esta data a ISS estará sem um Comandante de Expedição, com Oleg Artemyev a assumir o comando do segmento russo da ISS.

A Crew Dragon

A Crew Dragon é uma classe de cápsula reutilizável desenvolvida pela empresa aeroespacial americana SpaceX, projectada como a sucessora da Dragon Cargo.

As cápsulas são projectadas para lançamentos no topo de um Falcon-9 e o seu retorno será através de uma amaragem. Na amaragem usa um sistema de quatro para-quedas.

Em comparação à sua antecessora, a Crew Dragon, inicialmente com o nome de Dragon Rider,  tem janelas maiores, novos computadores de bordo e sistemas aviónicos, painéis solares redesenhados e uma linha de moldagem modificada. A cápsula irá ser usada em duas variáveis: Crew Dragon 2, uma cápsula certificada para transportar humanos, capaz de transportar até sete astronautas e a Cargo Dragon 2 que vai substituir a sua antecessora.

A Crew Dragon será a única cápsula munida de quatro encaixes laterais para propulsores com dois Super Draco em cada um que servirão de sistema de abortagem durante o lançamento. Ambas as cápsulas estarão ao abrigo das comissões para os programas Commercial Resupply Services 2 (CRS2) e Commercial Crew Development (CCDev).

Esta cápsula da SpaceX será a primeira da empresa a fazer uma acoplagem na estação espacial internacional de forma autónoma (estando também previsto uma acoplagem manual se assim for necessário), usando o sistema  NASA Docking System (NDS) não sendo preciso usar para o efeito o braço robótico Canadarm2 para guiar e acoplar a cápsula. O método de desacoplagem também será totalmente autónomo estando implícitos os mesmo princípios caso seja preciso intervenção humana.

Estima-se que a Crew Dragon poderá ficar acoplada na ISS durante um período de 180 dias extensível até 210 dias. Tem uma capacidade de carga 3.307 kg na mala de carga e sete astronautas na cabine tripulada.

Possui oito motores Super Draco, colocados em modo redundante capazes de produzir 71 kN de impulso.

Os tanques de propolente são envolvidos por materiais de compósitos de carbono. Este mesmos compósitos envolvem os tanques esféricos de titânio para acondicionar o hélio usado para pressurizar os motores e também o combustível e oxidante dos Super Draco.

Para protecção térmica a SpaceX desenvolveu um escudo do tipo SPAM Backshell, num material denominado PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator).

A cápsula irá ser controlada através de computadores do tipo tablet, ajustáveis e deslizáveis onde a tripulação será capaz de os operar. Esta operação será feita pelo piloto e co-piloto.

No interior da cabine tripulada, os seus ocupantes irão encontrar um ambiente claro, confortável composto por assentos de couro baseados em assentos de automóveis desportivos.

O nariz reutilizável protege a cápsula e o adaptador de acoplagem durante a ascensão e reentrada. Usando um mecanismo que permite voltar a sua posição de origem este nariz poderá ser usado em mais que uma reentrada e futuros lançamentos.

A mala é o terceiro elemento estrutural da cápsula. Esta contem os painéis solares, os radiadores de remoção de calor e oferece uma estabilidade aerodinâmica durante as abortagens de emergência.

Os fatos espaciais da SpaceX

A SpaceX projectou e fabricou os seus fatos espaciais para os astronautas usarem dentro da Crew Dragon enquanto voam de e para a estação espacial internacional, além de garantir a sua segurança enquanto operam em órbita terrestre baixa.

Cada fato espacial é feito sob medida para cada passageiro a bordo do Crew Dragon e foi projectado para ser funcional, leve e proporcionar protecção contra uma potencial despressurização da cápsula. Um único ponto de conexão na coxa do traje conecta os sistemas de suporte de vida, incluindo conexões de ar e energia.

O capacete é fabricado sob medida usando tecnologia de impressão 3D e inclui válvulas integradas, mecanismos para retracção e bloqueio da viseira e microfones dentro da estrutura do capacete.

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-45m, determinando assim se tudo está pronto para o início do abastecimento do lançador. A T-42m o braço de acesso da tripulação à cápsula Crew Dragon é removido e a T-37m o sistema de emergência da cápsula Crew Dragon é armado.

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, enquanto que a T-5m a cápsula Crew Dragon começa a uitilizar as suas próprias baterias para o fornecimento de energia. 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 2s. 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 36s, dando-se três segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio, com este a entrar em ignição a T+2m 40s. A queima de reentrada do primeiro estágio ocorre a T+7m 28s, enquanto a queima de aterragem ocorre entre T+9m 2s e T+9m 30s, aterrando na plataforma flutuante A Shortfall of Gravitas. O final da queima do segundo estágio ocorre a T+8m 48s.

A cápsula Dragon separa-se do segundo estágio a T+11m 58s e a sequência de abertura do nariz frontal da cápsula inicia-se a T+12m 46s.

Acoplagem na ISS

Uma vez em orbita, a tripulação e a equipa da SpaceX irá verificar se a capsula está a operar como pretendido testando os sistemas de controlo de ambiente e suporte de vida bem como os motores de reacção, os sistemas de controlo de temperatura entre outros procedimentos. A Crew Dragon irá realizar uma serie de manobras progressivas e faseadas de forma a alinhar-se com a estação espacial para depois acoplar com a mesma. Esta capsula está projectada para fazer todos estes procedimentos de forma autónoma sendo apenas preciso a monitorização atenta da tripulação e da equipa da estação espacial caso seja preciso alguma correcção possam tomar controlo da Crew Dragon a partir daí.

Voo de regresso

Depois da conclusão da missão, a Crew Dragon irá automaticamente separar-se da estação espacial com os astronautas a bordo da capsula. Depois da separação da zona de carga e realizada a queima de desorbita, que dura aproximadamente 12 minutos, a Dragon irá reentrar na atmosfera terrestre. Depois de amarar perto da costa da Florida no Oceano Atlântico, a capsula e os seus ocupantes irão ser rapidamente resgatados pela embarcação da SpaceX Go Navigator e serão encaminhados para o Cabo Canaveral.

Complexo de Lançamento 39-A

O Falcon-9 e a Crew Dragon foram lançados desde o Complexo de Lançamento 39A do Centro Espacial Kennedy, que tem um vasto interesse histórico desde 1960.

Em 2014 a SpaceX assinou um contrato de aluguer para o uso deste mesmo complexo. A partir dessa data a SpaceX fez actualizações significativas para modernizar a estrutura da plataforma e sistemas de solo, enquanto preserva toda sua herança histórica. Extensas modificações foram feitas ao LC-39A, incluindo a remoção da existente estrutura de rotação e instalação de um novo braço de acesso a partir do qual a tripulação irá entrar a bordo da cápsula.

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 estágio B1067

Para esta missão a SpaceX utilizou o foguetão Falcon 9 (B1067.4), isto é, o primeiro estágio B1067 na sua 4.ª missão.

Este primeiro estágio foi utilizado pela primeira vez a 3 de Junho de 2020 quando às 0027UTC foi lançado a partir do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy para colocar em órbita a cápsula Dragon SpX-22 – C209-F1 numa missão comercial para a Estação Espacial Internacional. Na sua primeira missão o B1067 foi recuperado na plataforma flutuante Of Course I Still Love You estacionada no Oceano Atlântico. Na sua segunda missão, o B1067 foi utilizado a 11 de Novembro de 2021 quando às 0203:31UTC foi lançado a partir do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy para colocar em órbita a missão tripulada “Crew 3” com a cápsula Crew Dragon C-210 ‘Endurance’ tendo vindo a ser recuperado na plataforma A Shortfall Of Gravitas (ASOG) no Oceano Atlântico.

A terceira missão do estágio B1067 ocorreu a 19 de Dezembro de 2021 quando às 0358:39UTC foi lançado desde o Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral SFS para colocar em órbita o satélite de comunicações Turksat-5B, sendo recuperado na plataforma flutuante ASOG.

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 propelente 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.

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
2022-015 141 B1058.11 CCSFS, SLC-40 21/Fev/22 14:44:20 Starlink 4-8 ASOG (Oc. Atlântico)
2022-016 142 B1063.4 VSFB, SLC-4E 25/Fev/22 17:12:20 Starlink 4-11 OCISLY (Oc. Pacífico)
2022-022 143 B1060.11 KSC, LC-39A 03/Mar/22 14:25:00 Starlink 4-9 JRTI (Oc. Atlântico)
2022-025 144 B1052.4 CCSFS, SLC-40 09/Mar/22 13:45:10 Starlink 4-10 ASOG (Oc. Atlântico)
2022-029 145 B1051.12 CCSFS, SLC-40 19/Mar/22 04:42:30 Starlink 4-12 JRTI (Oc. Atlântico)
2022-033 146 B1061.7 CCSFS, SLC-40 01/Abr/22 16:24:17 Transporter-4 JRTI (Oc. Atlântico)
2022-037 147 B1062.5 KSC, LC-39A 08/Abr/22 15:17:12 Endeavour (Axiom-1) ASOG (Oc. Atlântico)
2022-040 148 B1071.2 VSFB, SLC-4E 17/Abr/22 13:13:12 NROL-85 LZ-4
2022-041 149 B1060.12 CCSFS, SLC-40 21/Abr/22 17:51:40 Starlink 4-14 JRTI (Oc. Atlântico)
2022-042 150 B1067.4 KSC, LC-39A 27/Abr/22 07:52:55 Freedom (Crew-4) ASOG (Oc. Atlântico)

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 6208

– Lançamento orbital EUA: 1796 (28,93%)

– Lançamento orbital desde CE Kennedy: 199 (3,21% – 11,08%)

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

6209 – 28 Abr (1955:22) – GIK-1 Plesetsk, LC35/1 – Angara-A1.2/AM (71602/x) – MKA-R n.º 1

6210 – 28 Abr (2235:??) – Onenui (Máhia) LC-1? – Electron/Curie (F26 “There and Back Again”) – AuroraSat-1, Unicorn-2, TRSI-2, TRSI-3, MyRadar-1, E-space, E-space, E-space, BRO-6, Copia, vários satélites SpaceBEE

6211 – 29 Abr (0330:??) – Mar Amarelo, Ta Rui – Chang Zheng-11H (Y3) – Jilin-1 Gaofen-04A ‘Anxi Tieguanyin 2’, Jilin-1 Gaofen-03D 04, Jilin-1 Gaofen-03D 05, Jilin-1 Gaofen-03D 06, Jilin-1 Gaofen-03D 07, Jilin-1 Gaofen-03D 08, Jilin-1 Gaofen-03D 09

6211 – 29 Abr (0415:??) – Jiuquan, LC43/95B – Chang Zheng-11 – ??

6212 – 29 Abr (2133:??) – Falcon 9-151 – Cabo Canaveral SFS, SLC-40 – Starlink G4-16 (x53) F43 [v1.5 L14]

6213 – 03 Mai (????:??) – Onenui (Máhia), LC-1A – Electron – CAPSTONE

6214 – 08 Mai (2133:??) – Falcon 9-152 – Cabo Canaveral SFS, SLC-40 – Starlink G4-15 (x50) F44 [v1.5 L15]

6215 – 29 Abr (2133:??) – Falcon 9-153 (1058.12) – CE Kennedy, LC-39A – Starlink G4-18 (x53) F45 [v1.5 L16]

6216 – 09 Mai (1700:??) – Wenchang, LC201 – Chang Zheng-7 (Y5) – Tianzhou-4

6217 – 10 Mai (????:??) – Vandenberg SFS, SLC-4E – Falcon-9-154 – Starlink G4-13 (x50) F46 [v1.5 L17]

6218 – 19 Mai (2254:??) – Cabo Canaveral SFS, SLC-41 – Atlas-V/N22 (AV-082) – CST-100 Starliner (Boe-OFT 2)

6219 – 19 Mai (????:??) – Naro, LC-2 – Nuri – NEXTSat-2, ??



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