‘This One’s For Pickering’ da Rocket Lab lança VCLS ElaNa-19

Texto de Salomé T. Fagundes / Rui C. Barbosa

O lançamento da missão VCLS teve lugar às 0634UTC do dia 16 de Dezembro de 2018 e foi levado a cabo desde o Complexo de Lançamento LC-1 do Centro de Lançamentos de Máhia, Estação de Onenui – Nova Zelândia.

A ElaNA-19 (Educational Launch of Nanossatelites 19) é a terceira missão orbital de 2018 da Rocket Lab e a primeira missão da empresa para a NASA. O lançamento é significativo para a industria de pequenos satélites pois é a primeira vez que CubeSats da NASA irão disfrutar de uma viagem dedicada para órbita num veiculo de lançamento comercial, graças à iniciativa NASA Venture Class Launch Services (VCLS).

Nesta missão o veiculo Electron da Rocket Lab lançou mais de 10 CubeSats para a orbita terrestre baixa. O Electron transportou aproximadamente 78 kg de carga que foi colocada numa orbita circular a 500 km de altitude com uma inclinação orbital de 85º.

O lançamento estava originalmente previsto para ter lugar a 10 de Dezembro, sendo no entanto adiado devido às más condições meteorológicas. Agendado para dia 13 de Dezembro, mais uma vez seria diado devido às mesmas razões do primeiro adiamento. Com as conduções meteorológicas a não mostrare melhorias para os dias seguintes, nomeadamente devido à presença de fortes trovoadas na zona, a Rocket Lab decidiu adiar o lançamento para 16 de Dezembro.

Enquanto a missão propriamente dita se designa ‘ElaNa-19’, a Rocket Lab também baptiza cada lançador Electron individualmente. As anteriores designações, ‘It’s a Test’, ‘Still Testing’, e ‘It’s Business Time’, eram nomes de missões e dos lançadores. Para a ElaNa-19, o foguetão Electron tem o nome de ‘This One’s For Pickering’ em honra do cientista nascido na Nova Zelândia e antigo director do Jet Propulsion Lab (JPL) da NASA, William Pickering. Por 22 anos William Pickering esteve à frente do JPL, liderando a equipa que desenvolveu o primeiro satélite americano, Explorer-1, lançado em 1958.

Os satélites a bordo do ‘This One’s For Pickering

A bordo do foguetão Electron/Curie seguiam o seguintes satélites: ALBus, CeREs, CHOMPTT, Da Vinci, ISX, NMTSat, RSat-P, Shields-1, STF-1, CubeSail-1, CubeSail-2, GeoStare, TOMSat Eagle Scout, TOMSat-R3 (AeroCube-11), SHFT-1 e GeoStare


ALBus

ALBus (Advanced eLectrical Bus) é um nanosatélite CubeSat-3U com uma massa de 5 kg desenvolvido pela Centro de Pesquisa Gleen da NASA. É uma missão de demonstração tecnológica de um avançado sistema de controlo eléctrico digital e do uso da nova tecnologia Shape Memory Alloy para a abertura mais confiável dos mecanismos dos painéis solares.

O objectivo desta missão é demonstrar eficiencia de carregamento de baterias a num ambiente orbital, distribuição de 100 Watts para uma especifica carga eléctrica, flexível distribuição de energia pelas interfaces, adaptação da energia em orbita e uma abertura bem sucedida dos painéis solares e antenas.

CeREs

CeREs (Compact Radiation Belt Explorer) é uma missão de um CubeSat de forma 3U desenvolvido pelo Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA. Este satélite irá, medir a radiação da energia do cinturão Van Allen, a perca do espectro de electrões e microbursts. O objectivo da sonda será medir o espectro electrónico solar desde >5keV. Irá para isso utilizar um instrumento denominado MERiT (Miniaturized Electron and Proton Telescope). Terá uma inserção muito inclinada na órbita terrestre baixa e espera-se uma vida de um ano. A sua massa é de cerca de 4 kg.

CHOMPTT

CHOMPTT (Cubesat Handling Of Multisystem Precision Time Transfer) é um Cubesat-3U desenvolvido pela Universidade da Florida, pela Universidade de Stanford, pela KACST e pela NASA para demonstrar a transferencia ao nível de um nano-segundo da Terra para um CubeSat em órbita terrestre baixa.

O tempo preciso é critico para sistemas de navegação por satélite, incluindo GPS. Umas instalações de emissão de laser irão emitir pequenos impulsos ópticos para o CHOMPTT. O instrumento de transferencia de tempo óptico a bordo do satélite irá detectar a chegada dos impulsos ópticos e irá retrorreflectir esses sinais para as instalações existentes na Terra. O resultado do tempo irá ser usado para determinar o alcance do satélite e a discrepancia entre o relógio terrestre e os dois relógios atómicos a bordo do CHOMPTT. O satélite tem uma massa de 1 kg.

ODa Vinci

Da Vinci é um CubeSat-3U de cerca de 4 kg elaborado pela Academia STEM Charter do Norte de Idaho para ensinar aos alunos acerca de ondas de radio, engenharia aeronáutica, propulsão no espaço e geografia enviando um sinal para as escolas a volta do mundo.

O satélite Da Vinci possui uma pequena câmara que tem uma capacidade padrão para comunicar com a estação terrestre e os instrumentos afinados para receber a frequência correcta. Adicionalmente, testará as comunicações via rede de comunicações por satélite da Globalstar.

ISX (CP 11)

O pequeno ISX (Ionospheric Scintillation Explorer) é uma investigação do clima do espaço num CubeSat-3U para melhor compreender a física das naturais ocorrências das irregularidades das flutuações ionosféricas do equador, implantando um receptor de radio cintilante de ultra frequência. As irregularidades de plasma acontecem naturalmente nas estruturas ionosféricas que podem degradar significativamente a performance das comunicações e sistemas de navegação do satélite.

O ISX irá gerar uma extensa base de dados aplicando imagens de radio difractas, que irá permitir as previsões de cintilações de qualquer frequência da estrutura de imagem, e potencialmente a mitigação de sinais distorcidos cancelando a fase das flutuações. Outro impacto do projecto será um esforço piloto para fornecer ao mundo, monitorização baseada no espaço da distorção das ondas de radio ionosféricas usando sinais oportunos disponíveis em todo o mundo. Como um satélite não consegue monitorizar em tempo real, pode abrir caminho para uma constelação e fornecer um serviço de clima espacial no futuro. O principal objectivo é fornecer novas observações da estrutura da escala de cintilização das irregularidades ionosféricas associadas com a ESF. Simultaneamente o ISX irá gravar os padrões das cintilizações dos múltiplos sinais terrestres das operadoras de televisão digital. O satélite tem uma massa de 4 kg e foi desenvolvido em conjunto pela NASA/JPL, NASA/GSFC e pelo Cal Poly Picosatellite Project (PolySat).

NMTSat

O NMTSat (New Mexico Tech Satellite) é um CubeSat-3U de cerca de 4 kg, desenvolvido pelo Instituto de Mineração e Tecnologia do Novo México com o principal objectivo de monitorizar o clima do espaço na órbita terrestre baixa e correlacionar estes dados com os resultados da estrutura e saúde eléctrica dos sistemas de monitorização.

O NMTSat serve três propósitos principais. O principal é educacional e os estudantes graduados terão a oportunidade de trabalhar num problema do mundo real. O objectivo secundario será cientifico e experimental. A missão cientifica é pesquisar o clima espacial usando um instrumento a bordo como a sonda de plasma Langmuir sistemas de monitorização de saúde eléctrica e estrutural.

O NMTSat só estará em orbita por aproximadamente um mês, para obter os dados suficientes para a correlação, embora uma extensão do tempo será beneficio e poderá permitir uma correlação de dados mais interessante. Este satélite foi inteiramente construido pelos alunos.

Rsat-P

O satélite Rsat-P (Repair Sattelite Prototype) é um CubeSat-3U de baixo custo, construído pela Academia de Laboratorio de Satélite da Marinha Americana para demonstrar as capacidade de sistemas de reparação em orbita.

O Rsat é parte de uma missão de demonstração para fornecer uma plataforma móvel em orbita para avaliar e possivelmente reparar um veiculo espacial de maiores dimensões. Este componente do sistema compreende um CubeSat-3U com 2 braços robóticos livres de 60 cm e 7 graus de operação, munidos de garras e a intenção será para demonstrar um diagnostico e capacidades de reparação validando 5 funções robóticas em órbita.

Shields-1

O Shields 1 do Centro de Pesquisa Langley da NASA é um CubeSat-3U e é uma missão de demonstração de equipamento espacial ambientalmente durável para aumentar a tecnologia do nivel de prontidão de novos equipamentos comerciais através da validação de performance no relevante ambiente espacial.

Este satélite incorpora três experiencias: electronica de cofre, resistência da fita na dissipação de carga, desenvolvimento de um escudo de cofre que irá fornecer dados operacionais e de radiação dos protões internos e das regiões externas electrónicas do cinturão.

STF-1

O STF-1 (Simulation to Flight 1) é um nanossatélite desenvolvido pelo Programa Independente de Validação e Verificação da NASA, em colaboração com o Grande Consorcio do Espaço da Virginia do Oeste e a Universidade do Oeste da Virginia para demonstrar a utilidade do Simulador Operacional da NASA durante o ciclo de desenvolvimento do CubeSat desde o planeamento do conceito até as operações da missão.

Este CubeSat-3U irá demonstrar uma simulação portátil e testar a plataforma que permite a transição de artefactos em desenvolvimento em produtos de voo. Este ambiente será extremamente portátil e irá diminuir o tempo das futuras missões de CubeSats pela menor dependencia em fontes de equipamento. A sua massa é de 4 kg.

CubeSail-1 e CubeSail-2

A CubeSail é a missão de um CubeSat para pesquisa da atmosfera superior, desenhado e construido pela Engenharia Aeroespacial da Universidade do Illinois na Urbana-Campanign.

A missão CubeSail é uma demonstração de baixo custo do conceito de navegador solar UltraSail, usando 2 CubeSats idênticos de forma 1.5U que abrem uma fita reflectiva de 260 metros de comprimento e 20 m2. Os satélites são lançados como uma unidade, impulsionados, separados e com a fita a desenrolar-se simetricamente por rodas motorizadas.

A conformidade das especificações do CubeSat permite a redução dos custos dos lançamentos como carga secundaria e a utilização do desenvolvimento da tecnologia do veiculo espacial da Universidade do Illinois.

TOMSat EagleScout e TOMSat R3 (AeroCube 11A, 11B)

Os satélites espectrais Aerocube-11 (AC11) ou TOMSat (Testbed for Optical Missions Satellite) são dois veículos espaciais quase idênticos utilizando sistemas de varrimento de imagens multiespectrais semelhantes às utilizadas nas bandas visíveis do Landsat-8, agora disponíveis num CubeSat-3U. O objectivo do AC11/TOMSat é para mostrar que estes sensores desempenham comparativamente a missões de comando, como as Landsat.

Este programa consiste em dois satélites quase idênticos que demonstrarão as capacidades tecnológicas de dois sensores de imagem. Um satélite hospedará um sensor de integração de atraso de tempo (TDI) que fornecerá uma diferença normalizada no indice de vegetação (NVDI) para comparação com o NVDI fornecido pela Landsat’s Operational Land Imager (OLI). O segundo AC11/TOMSat hospedará um painel focal plano SB-501 que irá fotografar alvos terrestres, lunares e estrelares. Ambos os satélites terão comunicações por laser.

Os satélites têm uma massa de 5 kg (TOMSat EagleScout) e de 4.6 kg (TOMSat-R3.

SHFT-1

A missão SHFT (Space-based High Frequency Testbed) irá recolher sinais de frequência de radio na banda HF (50-30 MHz) para estudar as emissões de fundo galácticas, os sinais HF de Jupiter e os sinais dos transmissores terrestres depois de passarem pela ionosfera da Terra. A ionosfera muda as suas características numa base de minuto para minuto, mudando particularmente entre o dia e a noite, mas também em resposta ao fenómeno geomagnético e ventos solares.

Depois de ser libertado do PSC CSD, o CubeSat irá activar-se, abrir os painéis solares bem como as antenas de telecomunicação em UHF, estabelecer uma boa carga e esperar por comunicações terrestres. Ao comando terrestre, as antenas HF (cada uma com 3 metros) irão ser extendidas. Nos três meses de missão, o satélite irá gravar periódicamente sinais na banda 5-30 MHz por 10 minutos e irá transmitir os sinais gravados para a base terrestre nas passagens subsequentes para analise.

O satélite tem uma massa de 5 kg e é baseado no modelo CubeSat-3U, tendo sido desenvolvido pela DARPA e pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL).

Lançamento

O foguetão Electron era colocado na sua posição vertical a T-4h 00m e iniciava-se o processo de abastecimento de querosene. O pessoal de apoio na plataforma de lançamento deixava a área a T-2h 30m e o abastecimento de oxigénio líquido (LOX) iniciava-se a T-2h 00m.

As autoridades de aviação locais eram informadas sobre o lançamento a T-1h 00m para assim poderem avisar os aviadores naquele espaço aéreo. Os preparativos finais para o lançamento iniciam-se a T-10m. A sequência automática de lançamento inicia-se a T-2m, com o computador de bordo do Electron a tomar conta das operações. A ignição dos motores do lançadores inicia-se a T-2s.

O foguetão abandona a plataforma de lançamento a T=0s, com uma ascensão lenta nas fases iniciais e ganhando velocidade à medida que ganha altitude. O final da queima do primeiro estágio termina a T+2m 31s e a sua separação ocorre três segundos mais tarde. A ignição do motor do segundo estágio ocorre a T+2m 37s. A separação da carenagem de protecção ocorre a T+3m 7s.

O segundo estágio atinge a órbita terrestre a T+9m 6s, terminando a sua ignição a 9m 6s. A separação entre o segundo estágio e o estágio Curie ocorre e T+9m 10s, com a sua ignição a ter lugar a T+50m 00s. O final da queima do estágio Curie ocorre a T+51m 30s. A T+56m 00s todos os satélites serão separados do último estágio.

O foguetão Electron

O Electron é um lançador a dois estágios com um comprimento de 17 metros e um diâmetro de 1,2 metros. É capaz de colocar em órbita terrestre baixa uma carga de 225 kg, sendo a sua carga nominal de 150 kg (a 500 km de altitude). Devido ao seu desenho e fabrico, o Electron é elaborado com altos níveis de automatização.

O lançador tira partido de materiais compósitos na sua fuselagem, tendo uma estrutura forte e super leve. Da mesma forma, os tanques de propolente são fabricados em materiais compósitos.

O primeiro estágio está equipado com nove motores Rutherford e tem uma capacidade de 162 kN, com um impulso específico de 303 s. O motor Rutherford consome querosene e oxigénio líquido, utilizando componentes impressos em 3D.

O motor Rutherford é um motor topo de gama que se alimenta de querosene e oxigénio líquido, e que foi especificamente projectado para o foguetão Electron utilizando um ciclo de propulsão inteiramente novo. Uma característica única deste motor são as turbinas eléctricas de alta performance que reduzem a sua massa e que substituem hardware por software. O motor Rutherford é o primeiro motor do seu tipo que utiliza impressão 3D nos seus componentes principais. Estas características são únicas no mundo para um motor de propelentes líquidos de alta performance alimentados por turbobombas eléctricas. O seu desenho orientado para a produção permitem que o Electron seja construído e os satélites lançados com uma frequência sem precedentes.

O segundo estágio do lançador é propulsionado por um motor derivado do motor Rutherford melhorado para uma excelente performance em condições de vácuo. É capaz de desenvolver 22 kN de força e um impulso específico de 333 s.

O Complexo de Lançamento LC-1 localizado na Península de Máhia entre Napier e Gisborne, na costa Este de Ilha do Norte da Nova Zelândia. Este é o primeiro complexo orbital na Nova Zelândia e o primeiro complexo a nível mundial operado de forma privada. A localização remota do LC-1, e de forma particular o seu baixo volume de tráfego marítimo e aéreo, é um factor chave que permite um acesso sem precedentes ao espaço. A posição geográfica deste local permite que seja possível a uma grande gama de azimutes de lançamento – os satélites lançados desde Máhia podem ser colocados em órbitas com uma grande variedade de inclinações para assim proporcionar serviços em muitas áreas em torno do globo.

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 5795

– Lançamento orbital RocketLab: 4 (0,07%)

– Lançamento orbital desde Máhia: 4 (0.07%)

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

15 Dez (????:??) – CZ-4B Chang Zheng-4B (Y39) – ZY-2D Ziyuan-2D, BNU-1; Tianyi MV-1

18 Dez (1411:??) – Falcon-9 (B1054.1) – Cabo Canaveral AFS, SLC-40 – GPS-3 SV01 (Vespucci)

18 Dez (1637:14) – 372RN21A Soyuz ST-A/Fregat-M (VS20 / ????? / M133-10) – CSO 1 (Composante Spatiale Optique-1)

19 Dez (????:??) – GSLV-F11 – Satish Dawan SHAR, SLP – GSat-7A

21 Dez (????:??) – CZ-11 Chang Zheng-11 – Jiuquan – Zhuhai-1 Grupo-3 (OVS-2 & OHS-2), TY-1 (03), TY-1 (04), TY-1 (05)

 

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