SpaceX realiza teste de abortagem com a cápsula Crew Dragon

A empresa Norte-americana SpaceX levou a cabo com sucesso a demonstração de abortagem em voo da cápsula Crew Dragon. A demonstração teve lugar às 1530UTC do dia 19 de Janeiro de 2020 a partir do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy, Merritt Island.

Para esta demonstração a SpaceX utilizou o primeiro estagio Falcon 9 v1.2 Block V (B1046.4, usado anteriormente nas missões Bangabandhu-1, Merah Putih e SSO-A ).

O primeiro estágio não foi recuperado, voando assim na configuração descartável não tendo aletas, sistema de aterragem ou fluido de ignição TEA-TEB. O segundo estagio estava abastecido mas sem o motor Mvac (Merlin Vacuum – motor projectado para operar em condições de vácuo, zona onde não existe oxigénio) visto este voo ser de categoria suborbital.

A cápsula Crew Dragon usada nesta demonstração foi a cápsula C205 (Dragon 2 na versão não tripulada)

A SpaceX projectou a Crew Dragon para ser uma das mais seguras cápsulas de transporte de tripulação para o espaço que alguma vez foi construída. Até este teste, a empresa completou mais de 700 testes aos motores Super Draco, motores esses que são accionados para afastar a cápsula do seu foguetão lançador Falcon-9 e transportar a tripulação em segurança para uma zona fora de perigo durante a ascensão ou num menos provável evento descontrolado que ocorra na plataforma de lançamento. Em Maio de 2015 a SpaceX completou uma demonstração de abortagem na plataforma de lançamento.

Em Março de 2019, a SpaceX completou um teste de voo bem sucedido, mas não tripulado, desde a plataforma de lançamento até a acoplagem com a estação espacial internacional de forma completamente autónoma fazendo com seja a primeira cápsula americana a fazer acoplagens deste tipo, fazendo assim que de uma forma automática seja possível transportar astronautas e carga para a ISS e retornar a Terra.

Para este teste a trajectória de ascensão do Falcon-9 simulou uma missão da Crew Dragon para a ISS para melhor equiparar os ambientes físicos que o lançador e a cápsula irão encontrar numa ascensão normal. Contudo a SpaceX configurou a Crew Dragon para intencionalmente despoletar uma abortagem a seguir à fase Max Q, o momento de maior stress mecânico no foguetão.

A seguir à separação da Crew Dragon, o Falcon-9 foi destruído sobre o Oceano Atlântico. O momento exacto da destruição teve em conta vários factores, incluindo o vento, e menores variações na atitude do veiculo e posição, podendo ocorrer pouco depois da separação ou na reentrada na atmosfera superior da Terra. Em qualquer cenário, uma equipa dedicada da SpaceX de recuperação do Falcon-9 estará pronta para recolher os destroços imediatamente a seguir ao evento.

Esta demonstração foi projectada para obter dados fulcrais para a obtenção do certificado da NASA para a cápsula poder começar a transportar tripulação para e da ISS.

A cronologia desta demonstração assemelha-se a uma missão normal das Dragon diferenciando-se apenas aos T – 37 min em que o sistema de escape é armado.

Uma vez que a sequência de separação teve inicio, aproximadamente 90 segundos depois do abandono da plataforma, os motores Merlin do Falcon-9 eram desligados e os motores Super Draco da Crew Dragon são activados. O lançador e a cápsula separam-se e os Super Draco queimam por completo.

Após a queima dos Super Draco, a cápsula entrou num curto voo não propulsionado até ao seu apogeu, o ponto mais alto no arco da sua trajectória. Próximo do apogeu, a secção de carga da Crew Drago separou-se e os motores Super Draco mais pequenos orientam a cápsula para a reentrada e abertura dos para-quedas. Com as condições adequadas, a sequência de abertura dos para-quedas auxiliares e principais teve inicio para que a cápsula realizasse uma amaragem suave no Oceano Atlântico. Esta amaragem ocorreu cerca de 10 minutos após o lançamento a cerca de 30 km da costa.

Para este teste a Crew Dragon irá usar os para-quedas Mark 3, um dos mais avançados sistemas de para-quedas do mundo. No total a SpaceX completou mais de 80 testes com sistemas de para-quedas, incluindo 10 testes com múltiplos para-quedas Mark 3.

Como parte da operação de recuperação da Dragon, o pessoal da Air Force Detachment-3 trabalhou em conjunto com a equipa de recuperação da SpaceX para observar a cápsula e praticar a aproximação inicial a esta no oceano, simulando uma operação de salvamento antes que as equipas da SpaceX recuperassem a Crew Dragon encaminhando-a assim para o Cabo Canaveral. A recuperação foi feita pela embarcação GO Quest da SpaceX.

Dois dispositivos de teste antropomórficos encontravam-se no interior da cápsula do Crew Dragon. Os sensores nos dispositivos mediram as acelerações e outros parâmetros para ajudar a SpaceX a caracterizar o ambiente dentro da cápsula durante abortagem, preparando assim as futuras missões tripuladas.

Texto: Salomé Terra Fagundes

Fotografia do lançamento e do impacto dos destroços no Atlântico: John Kraus

O foguetão Falcon-9

Baptizado em nome da nave Millenium Falcon da saga cinematográfica “Guerra das Estrelas”, o foguetãfalcon9o Falcon-9 v1.1 era 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 um total de três 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.

SES-9Falcon 6

SES-9Falcon 7

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

Hora (UTC) Carga Recuperação
2019-025 071 B1056.1 CCAFS

SLC-40

06:48:58 Dragon SpX-17 (CRS-17) OCISLY
2019-029 072 B1049.3 CCAFS

SLC-40

02:30 Starlink v0
2019-033 073 B1051.2 VAFB

SLC-4E

14:17 RadarSat VAFB

LZ-4

2019-044 074 B1056.2 CCAFS

SLC-40

22:01:56.492 Dragon SpX-18 (CRS-18) CCAFS

LZ-1

2019-050 075 B1047.3 CCAFS

SLC-40

23:23:00.538 Amos-17
2019-074 076 B1048.4 CCAFS

SLC-40

14:56:00.499 Starlink v1.0 (x60) F1 OCISLY
2019-083 077 B1059.1 CCAFS

SLC-40

17:29:24.521 Dragon SpX-19 (CRS-19) OCISLY
2019-091 078 B1056.3 CCAFS

SLC-40

00:10 Kacific-1 / JCSat-18 OCISLY
2020-001 079 B1049.4 CCAFS

SLC-40

0219:21 Starlink v1.0 (x60) F2 OCISLY
B1046.4 KSC

LC-39A

1030 Crew Dragon IFA

A sequência de lançamento para o Falcon-9 é um processo de precisão ditada pela janela de lançamento de cerca de uma hora tendo em conta a posição orbital a ser ocupada pelo satélite. Se a janela de lançamento de uma hora é perdida, a missão é então adiada para o dia seguinte.

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: Rui C. Barbosa



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