SpaceX lança primeira missão espacial tripulada privada

A SpaceX colocou em órbita a primeira missão espacial tripulada privada com o lançamento a ter lugar às 0002:56UTC do dia 16 de Setembro de 2021.

Lançada desde o Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy, Ilha de Merritt, pelo foguetão Falcon 9-126 (B1062.3), a missão espacial Inspiration4 foi uma ideia de Jared Isaacman, Director Executivo da empresa de pagamentos online Shift4 Payments. A missão surgiu como uma forma de aumentar a conscientização e para obter fundos para o Hospital St. Jude’s. Este é um hospital gratuito para o tratamento e pesquisa de doenças pediátricas, principalmente doenças oncológicas. Jared Isaacman doou 100 milhões de dólares ao hospital, para além da arrecadação de fundos. 

Para além de Jared Isaacman outros três tripulantes ocupam os lugares disponíveis a bordo da Crew Dragon Resilience, no seu segundo voo espacial.

Cada um dos quatro lugares da missão representará uma virtude. Isaacman será a “Liderança”, comandan do a missão Inspiration4. Os três outros lugares foram reservados para um trabalhador da saúde do Hospital St. Jude’s, um doador para a arrecadação de fundos e um empresário que criou uma loja no Shift4.

O segundo lugar na Resilience foi atribuído a Hayley Arceneaux, ela própria uma sobrevivente oncológica infantil. Arceneaux trabalha agora trabalha no Hospital St. Jude’s – o mesmo hospital de onde recebeu tratamento contra o cancro – servindo como assistente médica para pacientes com leucemia e linfoma. O seu lugar representa a “Esperança” e ela servirá como Oficial Médica e Especialista da Missão a bordo.

O terceiro lugar será ocupado por Chris Sembroski que foi um apaixonado pelo espaço durante toda a sua vida e serviu na Força Aérea dos Estados Unidos, prestando serviços e mantendo mísseis balísticos intercontinentai. Actualmente trabalha como engenheiro na Lockheed Martin. Chris Sembroski fez uma doação para o sorteio, mas um amigo próximo foi escolhido para participar na missão. Porém, este não podia voar, recomendando que Sembroski fosse no seu lugar. O seu lugar a bordo da Resilience representa a “Generosidade” e será o segundo Especialista da Missão.

O quarto lugar foi atribuído a Sian Proctor que tem trabalhado no campo de voos espaciais toda a sua vida e foi uma das finalistas na seleção de astronautas da NASA em 2009. Ela realizou vários simulações de voos espaciais onde ela e uma equipa ficaram num lugar remoto por um longo período de tempo para realizar pesquisas sobre como os humanos viverão noutro mundo isolado da Terra. Proctor é actualmente professor de geociências no South Mountain Community College, Arizona. Ela abriu uma loja no Shift4 e foi selecionada por um painel de juízes. O seu lugar representa a “Prosperidade” e servirá como Piloto da missão.

Enquanto a Resilience voará toda a missão em voo autónomo, Isaacman e Proctor treinaram para assumir o controlo do veículo caso algo de errado ocorra durante a missão. A cápsula possui recursos de controlo manual e botões físicos para tarefas críticas, como a abertura dos pára-quedas.

Durante a jornada de vários dias em órbita, a tripulação da Inspiration4 irá realizar experiências científicas destinadas a promover a saúde humana na Terra e durante futuros voos espaciais de longa duração.

A primeira tripulação civil?

Ao contrário do que a SpaceX anuncia, esta não é a primeira tripulação totalmente civil a ser lançada para o espaço.

O termo ‘astronauta civil’ significa ‘militar não ativo’, logo a primeira tripulação espacial orbital totalmente civil foi a tripulação da Soyuz TMA-3 lançada a 18 de Outubro de 2003 e que transportou a bordo o cosmonauta Alexander Yurievich Kaleri (Rússia), e os astronautas Colin Michael Foale (EUA) e Pedro Francisco Duque (Espanha). 

Um termo correto para um viajante espacial que não é funcionário do governo será ‘astronauta privado’. O termo ‘astronauta civil’ não é correto quando usado como um termo que pretenda excluir os astronautas da NASA ou outros astronautas governamentais. Funcionários não militares do governo também são civis e alterar esta definição é, no mínimo, pernicioso.

Assim, a tripulação da Inspiration4 é a primeira tripulação espacial orbital composta apenas por cidadãos privados. Também será civil, mas não a primeira tripulação espacial orbital totalmente civil.

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 é 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 foi 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.

Como a missão Inspiration4 não irá acoplar à ISS, o seu mecanismo de acoplagem não é necessário, sendo removido e substituído por uma grande cúpula de vidro para a tripulação ver a Terra. A cúpula foi projetada para o voo da Inspiration4, mas provavelmente será mais usada no futuro.

Texto: Salomé T. Fagundes, Rui C. Barbosa

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.

Texto: Rui C. Barbosa

Lançamento e fase inicial de voo

A T-45m o Director de Voo verifica se tudo está pronto para o início do abastecimento do foguetão Falcon-9. A T-42m o braço de acesso da tripulação é afastado do veiculo. A T-37m o sistema de lançamento de escape da Crew Dragon é armado. Estando tudo pronto, é dada luz verde para o início do abastecimento de RP-1 ao primeiro estágio que se inicia a T-35m ao mesmo tempo que se inicia o abastecimento de oxigénio líquido (LOX). O abastecimento de LOX ao segundo estágio inicia-se a T-16m.

A fase terminal da contagem decrescente inicia-se a T-7m, com o acondicionamento térmico dos motores. A T-5m a cápsula Crew Dragon começa a utilizar as suas baterias internas 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 por água é activado na plataforma de lançamento. a T-45s o Director de Lançamento da SpaceX verifica se todos os parâmetros estão prontos para o lançamento. Os tanques de propolente são pressurizados nesta altura e 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 é atingida a T+1m 2s. O final da queima do primeiro estágio ocorre a T+2m 37s, dando-se três segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 41s. O final da queima do segundo estágio ocorre a T+8m 51, seguindo-se a separação da cápsula Crew Dragon a T+12m 9s e a T+13m 2s a sequencia de abertura do nariz tem inicio.

Enquanto que o segundo estágio continua a sua ascensão orbital, o primeiro estágio regressa à Terra realizando uma queima a T+9m 4s para iniciar a sua descida controlada. O primeiro estágio tem 17 segundos para conseguir fazer uma rotação de 180º para executar esta manobra. Ao activar os seus motores, as chamas resultantes da ignição juntam-se às chamas resultantes da ignição do segundo estágio dando a sensação de uma explosão. A T+7m 30s ocorre a queima de reentrada que terá uma duração de cerca de 25 segundos. Cerca de dez segundos antes da aterragem, os suportes de descida na base do primeiro estágio são colocados em posição para equilibrar o veículo na plataforma flutuante autónoma situada no Oceano Atlântico. A aterragem acontece a T+9m 31s na plataforma flutuante Just Read The Instructions.

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
2021-040 117 B1051.10 CCSFS, SLC-40 09/Mai/21 06:42:45 Starlink v1.0 (x60) L27 JRTI (Oc. Atlântico)
2021-041 118 B1058.8 KSC, LC-39A 15/Mai/21 22:56 Starlink v1.0 (x60) L26 Tyvak-0130 Capella 6 (Capella Whitney 4) OCISLY (Oc. Atlântico)
2021-044 119 B1063.2 CCSFS, SLC-40 26/Mai/21 18:59:35 Starlink v1.0 (x60) L29 JRTI (Oc. Atlântico)
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 Group 2-1 OCISLY (Oc. Pacífico)
2021-084 126 B1062.3 KSC, LC-39A 16/Set/21 00:02:50 Inspiration4  

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.

O estágio B1062

Para esta missão a SpaceX utilizou o foguetão Falcon-9 (B1062.3), isto é, o primeiro estágio B1062 na sua 3.ª missão.

Este primeiro estágio foi utilizado pela primeira vez a 3 de Outubro de 2020 quando às a 01:43UTC foi lançado a partir do Complexo de Lançamento SLC-40 do Cabo Canaveral AFS, Florida para colocar em órbita o satélite de navegação USA-304 (GPS-III SV04 “Sacagawea”). Na sua primeira missão o B1062 foi recuperado na plataforma flutuante Just Read The Instructions (JRTI) estacionada no Oceano Atlântico. O lançamento do dsatélite de navegação GPS III SV05 ‘Neil Armstrong’, a 17 de Junho, marcou a segunda missão do estágio B1062, sendo recuperado no Oceano Atlântico na plataforma flutuante JRTI.

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 6112

– Lançamento orbital EUA: 1758 (28,76%)

– Lançamento orbital desde CE Kennedy: 190 (3,11% – 10,81%)

 

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

6114 – 19 Set (?) (????:??) – Kuaizhou-1A (Y5) – Jiuquan, LC43/95A – Jilin-1 Gaofen-02F

6115 – 20 Set (?) (????:??) – Chang Zheng-2C – Xichang, LC2 – Yaogan-30 Grupo-11 (x3), Tianqi-? “Yan’an-1”

6116 – 20 Set (????:??) – Chang Zheng-7 (Y4) – Wenchang, LC-201 – Tianzhou-3

6117 – 25 Set (????:??) – Kuaizhou-1A (Y4 “Heping Jingyinghao”) – Jiuquan, LC94/95A – Jilin-1 Gaofen-02D “Heping Jingyinghao”

6118 – 27 Set (1811:??) – Atlas-V/401 (AV-092) – Vandenberg SFB, SLC-3E – Landsat-9, ELaNa 34: CUTE, CuPID, Cesium-M1A, Cesium-M1B



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