SpaceX lança última missão comercial de carga para a ISS em 2021

O lançamento da última missão logísticada SpaceX para a estação espacial internacional em 2021 teve lugar às 1007:08UTC do dia 21 de Dezembro a partir do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy, Ilha de Merritt.

Fotografia de Emre Kelly.

O lançamento do veículo Dragon SpX-24 (CRS-24) foi realizado pelo foguetão Falcon 9-134 (B1069.1). O primeiro estágio do foguetão Falcon-9 foi recuperado com sucesso na plataforma flutuante “Just Read The Instructions” situada no Oceano Atlântico.

A acoplagem com a estação espacial internacional deverá ter lugar às 0938UTC do dia 22 de Dezembro.

A Dragon utilizada neste voo, o veículo C209, foi utilizado a missão CRS-22 a 3 de Junho de 2020. Estes veículos de carga são similar à Crew Dragon, mas estão equipados com sistemas de suporte de vida reduzidos, não possui motores Super Draco de abortagen e apenas duas aletas de estabilização aerodinâmica. A segunda geração destes veículos de carga é capaz de realizar acoplagens automáticas com a ISS.

No total, a missão CRS-24 transportou 2.989 kg de carga para a ISS, dos quais 2.081 kg na secção pressurizada e 908 kg na secção não pressurizada. Dos 2.989 kg de carga transportados na secção pressurizada, 386 kg corresponde a mantimentos para a tripulação, 1.119 kg de experiências científicas, 182 kg de equipamento para actividades extraveículares e 33 kg de recursos informáticos.

As experiências científicas transportadas a bordo são: BioPrint FirstAidCASIS PCG 20, Host-Pathogen, Multi-Variable Platform (MVP) Plant-01, P&G Telescience Investigation of Detergent Experiments (PGTIDE), Turbine Superalloy Casting Module (SCM) e Student Payload Opportunity with Citizen Science (SPOCS).

Os seguintes equipamentos também foram lançados a bordo da missão CRS-24: Compact Ocean Wind Vector Radiometer (COWVR), Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems (TEMPEST), Hydrogen Sensor, Advanced Resistive Exercise Device (ARED) Knowledge Reaper Asset in a Kinetic Network (KRAKN) Electronics Box, Remote Power Control Module (RPCM) Type V Internal, Refrigerator, EXPRESS Flowmeters e o Rodent Research Hardware. Algum deste equipamento foi lançado na secção não pressurizada da Dragon SpX-24.

A bordo seguiram ainda os pequenos satélites DAILI, PATCOOL, TARGIT, GASPACS, GT-1 e Light-1.

A missão DAILI (Daily Atmospheric Ionospheric Limb Imager) é uma missão de investigação cientifica que estuda as mudanças dinâmicas na densidade neutral/ionosférica da Terra a cerca de 140 – 290 km de altitude. O satélite construído pela The Aerospace Corporation é um CubeSat-6U.

A ampla distribuição espacial e temporal dos dados fornecidos pelo DAILI ao longo de sua missão melhorará a precisão dos modelos operacionais para a densidade neutra e a ionosfera, e ajudará no estudo da propagação das ondas e dos processos de transporte na termosfera inferior. A missão DAILI estudará a atmosfera numa faixa de altitude de cerca de 140 a 290km. Nesta região, as medições são escassas e a densidade e composição são altamente variáveis. Esta variabilidade afecta o plasma e a estrutura atmosférica em altitudes orbitais mais altas. O satélite fornecerá dados para os modelos atmosféricos importantes para aplicações como cálculo de órbitas precisas de satélites e compreensão da propagação de sinais de rádio. Esta missão irá dar complemento a outras duas da NASA, ICON e GOLD.

O satélite transporta um fotómetro de dois canais que ocupa duas unidades CubeSat que fotografa o “halo” da Terra com um campo de visão de 6º. para diferentes regiões de um único CCD, cada cor ocupando 180×180 pixels. Numa distância normal de 2.300 km o campo de visão é normal desde os 140 km a 290 km de altitude ao longo de um plano horizontal de 150 km. Um guarda-sol, que ocupa cerca de 3U no exterior da ótica, exclui a luz espalhada do Sol, da Terra e das nuvens de baixa altitude.

A plataforma da Aerospace CubeSat ocupa o espaço restante. Essa plataforma é responsável satisfaz todos os requesitos energéticos, termais e foco para as operações da câmera, incluindo um sensor estrelar e um sistema de controlo de atitude, capaz de apontar o satélite com 0,1º. Este sistema irá permitir altas ou baixas altitudes do que a distancia normal para ser observadas se desejado.

O PATCOOL (Passive Thermal Coating Observatory Operating in Low earth orbit) é um nanossatelite desenvolvido pelo Centro Espacial Kennedy da NASA e que serve de ensaio para a performance de amostras experimentais criogénicas de superfície na baixa órbita terrestre.

Este CubeSat-3U foi projectado para testar amostras térmicas quando completamente isoladas de todas as fontes de calor transferido do Sol e do espaço profundo. Um objectivo secundario é testar o dispositivo ADAMUS Laboratory’s drag de-orbit device (D3) que pode modular a área de reboque de um cubesat anfitrião enquanto mantem os 3 eixos passivos estáveis usando a aerodinâmica e o torque dos grandientes gravíticos.

O desenho do PATCOOL irá ser fabricado inteiramente dentro do centro espacial, mas os componentes irão ser comprados a empresas espaciais de renome tais como AAC Clyde Space, CubeSpace, BeagleBoard e outra quando possível. O desenho do satélite é compreendido pelo alojamento, estrutura, extensíveis, painéis solares e avionicos.

Com uma massa de 5 kg, o CubeSat-3U TARGIT (Tethering And Ranging mission of the Georgia Institute of Technology) é uma missão de demonstração tecnológica para projectar e testar um CubeSat com uma câmara Miniaturized LiDAR e um sistema separável infável que irá servir como alvo primário da câmara para demonstrar a precisão de altimetria ao longo de dezenas de quilómetros.

São numerosas as aplicações para um sistema de altimetria laser e são particularmente valiosas para missões planetárias envolvendo mapeamento topográfico de corpos planetários tais como luas e asteróides próximos da Terra,

Lançados juntos como um factor 3U, o TARGIT e o seu alvo serão separados , mas permanecerão ligados por um cabo. O TARGIT irá então detectar o alvo e iniciar a observação até que o alvo se encontre fora de alcance. Como o tamanho do alvo e a sua reflectividade já são coinhecidos, estes dados darão aos cientistas a possibilidade de testar a precisão da câmara. Eventualmente, o cabo será cortado e o satélite irá utilizar a sua precisão de orientação e capacidades de seguimento para continuar a capturar imagens do alvo à medida que se afasta do satélite. Esta fase final tem como objectivo representar um cenário de aproximação e afastamento numa tradicional missão espacial, onde a topografoa de um cometa, asteróide ou de uma localização específica num determinado alvo. 

O satélite GASPACS (Get Away Special Passive Attitude Control Satellite) é uma missão de demonstração tecnológica projectada pela Universidade Estatal do Utah, Logan – Utah. 

Utilizando um factor CubeSat-1U, o principal objectivo da missão do GASPACS é o de implantar e enrijecer por ultravioleta um mastro de 1 metro de comprimento. O segundo objectivo da missão é o de medir a atitude comportamental do GASPACS ao observar a efectividade da implementação do mastro num sistema de controlo de atitude passivo.

O satélite tem uma massa de 1 kg.

O GT-1 (Georgia Institute of Technology 1) é um CubeSat-1U com uma massa de1,14 kg, equipado com painéis solares experimentais implantáveis ​​e uma antena de rádio UHF implantável. A missão GT-1 irá demonstrar um ciclo de vida rápido do fabrico ao descarte de um CubeSat de nível universitário.

GT-1 é o primeiro de uma série de pelo menos quatro CubeSats-1U a serem desenvolvidos anualmente pela Georgia Tech. O objetivo do projeto é produzir uma plataforma de satélite funcional como base para tecnologias experimentais (hardware e software) que voará nas missões GT-2 a 4.

A função principal do GT-1 é ser uma prova de conceito educacional e demonstrador de uma plataforma de satélite. Essas missões pretendem ser uma oportunidade para os alunos do Instituto de Tecnologia da Geórgia envolverem-se em todas as fasesde uma missão espacial, desde o projecto preliminar até a construção e operação do mesmo.

O GT-1 transporta uma carga útil de rádio amador apresentando um repetidor digital e um sistema ROBOT (protocolo AX.25 a 437,175 MHz). Isso permitirá que operadores de HAM em todo o mundo comuniquem com o satélie em órbita. O protótipo de painel solar implantável permite que o satélite suporte 23 células solares, mais do que o dobro da área de superfície que um CubeSat-1U típico pode suportar, e permitirá o lançamento de cargas úteis com alto consumo de energia em missões futuras. O GT-1 apresenta uma construção preliminar de um sistema de controlo de atitude que será refinado nas missões futuras para permitir a orientação precisa em órbita.

Anteriormente designado RAADsat, o Light-1 é um CubeSat-3U desenvolvido pela Agência Espacial dos Emiratis Árabes Unidos, pela Universidade Khalifa e pela Universidade Nova Iórque Anu Dhabi. O satélite tem por missão observar os denominados Terrestrial Gamma-ray Flashes (TGFs), emissões de raios-X e de raios gama associadas com a actividades de tempestades eléctricas. A missão é baseada num detector original desenvolvido pela Universidade Nova Iórque Anu Dhabi

O FEES (Flexible Experimental Embedded Satellite) é um projecto autofinanciado e colaborativo da empresa Italiana GP Advanced Projects. O projecto tem como objectivo desenvolver uma plataforma de baixo custo para o teste e validação em órbita de componentes electrónicos.

O satélite, incluindo as placas electrónicas, é inteiramente projectado e fabricado no projecto. Tal como aconteceu com o FEES-1, lançado a 22 de Março de 2021, a missão do FEES-2 irá também servir de validação da sua plataforma e dos seus componentes.

O FEES-1 tem uma massa de 0,3 kg e é baseado no factor CubeSat-0.3U, sendo as suas dimensões 10 × 10 × 3 cm.

A bordo seguiu ainda um outro pequeno satélite não identificado.

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 estagio 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.

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 (MECO) ocorre a T+2m 31s, dando-se quatro segundos depois a separação entre o primeiro e o segundo estágio. O segundo estágio entra em ignição a T+2m 42s.

Entretanto, o primeiro estágio realiza a queima de reentrada entre T+6m 31s e T+7m 00s, com a queima de aterragem na plataforma Just Read The Instructions a decorrer entre T+8m 18s e T+8m 44s. Esta foi a 100.ª aterragem com sucesso de um primeiro estágio de um foguetão Falcon-9.

O final da primeira queima do segundo estágio ocorre a T+8m 40s (SECO). A separação do veículo Dragon SpX-24 ocorre a T+11m 51s.

Texto: Rui C. Barbosa / 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
2021-082 125 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)
2021-115 130 B1060.9 CCSFS, SLC-40 02/Dez/21 23:12 Starlink 4-3 BlackSky-16 BlackSky-17 ASOG (Oc. Atlântico)
2021-121 131 B1061.5 KSC, LC-39A 09/Dez/21 06:00 IXPE JRTI (Oc. Atlântico)
2021-125 132 B1051.11 VSFB, SLC-4E 18/Dez/21 12:41:40 Starlink 4-4 OCISLY (Oc. Pacífico)
2021-126 133 B1067.3 CCSFS, SLC-40 19/Dez/21 03:58:39 Türksat-5B ASOG (Oc. Atlântico)
2021-127 134 B1069.1 KSC, LC-39A 21/Dez/21 10:07:08 Dragon SpX-24 JRTI (Oc. Atlântico)

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

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 6157

– Lançamento orbital EUA: 1772 (28,78%)

– Lançamento orbital desde CE Kennedy: 193 (3,13% – 10,89%)

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

6158 – 22 Dez (1433:52) – Tanegashima, Yoshinubo LP1 – H-2A/204 (F45) – Inmarsat-6 F1

6159 – 24 Dez (1010:??) – Wenchang, LC201 – Chang Zheng-7A (Y3) – Gao Guidao Shiyan Weixing (HOTS High Orbit Test Satellite)

6160 – 23 Dez (1500:??) – GIK-1 Plesetsk, LC35/1 – 14A127 Angara-A5/DM-03 (71753/3L) – IPM-3

6161 – 24 Dez (1220:07) – CSG Kourou, ELA3 – Ariane-5ECA+ (VA257) – James Webb Space Telescope

6162 – 26 Dez (????:??) – Taiyuan, LC9 – Chang Zheng-4C (Y39) – Ziyuan-1 (2E), CAS-9 (XW-3)

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Bibliografia:

  • Experiments Riding 24th SpaceX Cargo Mission to Space Station Study Bioprinting, Crystallization, Laundry. Consultado a 21 de Dezembro de 2021 em https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/spacex-24-research-highlights
  • Krebs, Gunter D. “DAILI”. Gunter’s Space Page. Consultado a 21 de Dezembro de 2021 em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/daili.htm
  • Krebs, Gunter D. “PATCOOL”. Gunter’s Space Page. Consultado a 21 de Dezembro de 2021 em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/patcool.htm
  • Krebs, Gunter D. “TARGIT”. Gunter’s Space Page. Consultado a 21 de Dezembro de 2021 em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/targit.htm
  • Krebs, Gunter D. “GASPACS”. Gunter’s Space Page. Consultado a 21 de Dezembro de 2021 em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/gaspacs.htm
  • Krebs, Gunter D. “Light 1”. Gunter’s Space Page. Consultado a 23 de Dezembro de 2021 em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/light-1.htm
  • Krebs, Gunter D. “FEES 1, 2”. Gunter’s Space Page. Consultado a 23 de Dezembro de 2021 em https://space.skyrocket.de/doc_sdat/fees-1.htm


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