ULA lança Landsat-9 desde Vandenberg

A United Launch Alliance (ULA) levou a cabo o lançamento do satélite de detecção remota Landsat-9, a 27 de Setembro de 2021. Utilizando o foguetão Atlas-V/401 (AV-092), o lançamento teve lugar às 1812:00UTC a partir do Complexo de Lançamento SLC-3E da Base das Forças Espaciais de Vandenberg, Califórnia.

A missão contou com quatro ignições do estágio superior Centaur e a separação do satélite Landsat-9 ocorre pelas 1932UTC. Colocados na parte posterior do estágio Centaur, a bordo seguiam também os satélites CUTE, CuPID, Cesium Satellite 1 e o Cesium Satellite 2, que se separaram conforme previsto.

O lançamento decorreu sem problema com os motores do primeiro estágio do foguetão Atlas-V/401 a entrarem em ignição a T-2,7s e com o lançador a abandonar a plataforma de lançamento a T+1,1s. A manobra de arfagem, colocando o veículo na trajectória ideal para a missão, teve lugar a T+17,6s. O Atlas-V/401 atingia a velocidade do som a T+1m 19,6s e a zona de máxima pressão dinâmica a T+1m 27,2s.

O final da queima do estágio Atlas (Booster Engine CutOff – BECO) ocorreu a T+4m 2,7s e a separação entre o estágio Atlas e o estágio Centaur deu-se a T+4m 8,7s, com a primeira ignição do estágio Centaur (Main Engine Start – MES) a ocorrer a T+4m 18,6s. Esta primeira queima termina (Main Engine Cutoff – MECO-1) a T+16m 30,3s. Entretanto, a separação da carenagem de protecção ocorria a T+4m 26,7s.

A T+1h 20m 40,4s ocorre a separação do satélite Landsat-9 com o satélite a ficar colocado numa órbita com um perigeu a 666,61 km de altitude, apogeu a 679,22 km de altitude e inclinação orbital de 98,22.º.

A segunda queima (MES-2) do estágio Centaur ocorre entre T+1h 50m 43,2s e T+1h 50m 53,6s, com a terceira queima (MES-3) do estágio Centaur a ocorrer entre T+2h 10m 53,5s e T+2h 11m 3,3s. A separação dos satélites CubeSat ocorre entre T+2h 14m 5,3s e T+2h 19m 28,1s.

Após a separação dos pequenos satélites, o estágio Centaur leva a cabo uma nova manobra para iniciar a reentrada atmosférica, diminuindo assim a quantidade de detritos em órbita. A sua quarta ignição ocorre entre T+2h 57m 44,1s e T+2h 58m 9,1s. A missão é oficialmente finalizada a T+3h 19m 56,1s.

O satélite Landsat-9

Durante cerca de 50 anos os satélites Landsat têm fornecido o mais longo registo contínuo global das paisagens terrestres. Com o Landsat-9, esta missão irá continuar na recolha de dados de qualidade cientifica sobre as florestas da Terra, bem como das quintas agrícolas, cidades e regiões de água doce. O Landsat-9 irá juntar-se ao Landsat-8 em órbita  e ambos os satélites irão recolher imagens da superfície da Terra e das suas regiões costeiras a cada oito dias. O sistema Landsat é o único sistema de satélite norte-americano projectado e operado para observar de forma repetitiva a superfície global do nosso planeta numa escala moderada para mostrar as alterações naturais e produzidas pelo Homem.

O satélite Landsat-9 é muito semelhante ao Landsat-8 (LCDM) colocado em órbita a 11 de Fevereiro de 2013. Baseado na plataforma SA-200HP / LEOStar-3, o novo satélite foi construído pela Northrop Grumman Innovation Systems (NGIS) – plataforma – com a sua carga a ser desenvolvida pela Ball Aerospace.

O satélite está equipado com dois instrumentos para a observação da Terra: o Operational Land Imager-2 (OLI-2) construído pela Ball Aerospace & Technologies, Inc., Boulder, Colo., e o Thermal Infrared Sensor (TIRS) construído pelo Centro Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Md.

O Landsat-9 irá operar numa órbita polar a 705 km de altitude com uma inclinação de 98,2.º. A sua missão deverá ter uma duração de cinco a sete anos.

O Landsat-9 tem as dimensões 3,0 x 3,0 x 4,8 m com uma asa solar de 9,75 x 2,6 m, e no lançamento a sua massa era de 2.782 kg. A asa solar é capaz de produzir 1.351 W e a sua capacidade de transmissão de dados é de 384 Mbps. As dimensões do instrumento OLI-2 são 1,8 x 2,2 x 1,8 m, tendo uma massa de 432 kg. Consome 139 W de energia e a sua capacidade de transmissão de dados é de 261 Mbps. Por seu lado, as dimensões do instrumento TIRS são 2,0 x 0,76 x 1,9 m, tendo uma massa de 225 kg e uma capacidade de transmissão de dados de 26 Mbps. O seu consumo de energia é de 180 W.

O Centro Espacial Goddard geriu o desenvolvimento do Landsat-9 para a Divisão de Ciências da Terra na sede da NASA em Washington DC, o que incluiu adquirir os instrumentos do satélite, o veículo lançador, uma parte do sistema de solo, e os sistemas gerais de engenharia e das operações iniciais em órbita. A NASA trabalha em conjunto com o Departamento do Interior do Estados Unidos através do Centro de Ciência e de Observação de Recursos Terrestres do USGS, Sioux Fals – Dakota do Sul, que dirigiu o desenvolvimento do sistema de solo e que assume a responsabilidade das operações do satélite após a finalização do período de verificação em órbita.

O Departamento do Interior do Estados Unidos através do USGS é responsável pelo sistema de solo, operações da missão, e pelo processamento e arquivo de dados do satélite após o comissionamento do mesmo.

A estrutura de transporte dos instrumentos fornece energia, controlo da altitude e da órbita, comunicações e armazenamento de dados para o OLI-2 e para o TIRS. O satélite consiste do subsistema mecânico (estrutura primária e mecanismos amovíveis), subsistema de comando e tratamento de dados, subsistema de controlo de atitude, subsistema de energia eléctrica, subsistema de comunicações por rádio frequência, subsistema de propulsão por hidrazina e subsistema de controlo térmico.

Todos os componentes, excepção ao módulo de propulsão, são montados no exterior da estrutura primária. Uma asa solar de 9.75 x 2.6 m (armazenada no lançamento e colocada em posição quando em órbita) gera energia para os componentes do satélite e irá carregar as baterias de 125 A/h de níquel-hidrogénio. Os sistema de gravação de 3,14 terabit irá fornecer armazenamento de dados a bordo do satélite e a antena de banda X transmite os dados do OLI-2 e do TIRS tanto em tempo real como em passagens posteriores pelas estações de recepção. O OLI-2 e o TIRS estão colocados num banco óptico na parte dianteira do satélite.

O programa Landsat

Antes de 1972, a ideia de utilizar dados de satélite para a monitorização do solo, mapeamento ou exploração, era um projecto visionário. O Programa Landsat – uma série de satélites de observação da Terra geridas em conjunto pela NASA e pelo USGS – revolucionou a maneiro como vemos e estudamos o nosso planeta. A série de dados, que se iniciou em 1972, é o mais longo registo contínuo de alterações na superfície da Terra vista desde o espaço. O sistema Landsat tem sido o único sistema projectado e operado para observar de forma repetida a superfície global em resolução moderada, isto é com uma resolução semelhante ao tamanho de um campo de basebol. A missão Landsat Data Continuity Mission (LDCM), iniciada com o Landsat-8, continuou o legado do arquivo global de média resolução da série Landsat.

Porquê estudar a superfície da Terra?

Os dados dos Landsat têm ajudado a melhorar a nossa compreensão da Terra. Devido ao Landsat, hoje tenho uma melhor compreensão das mais diversas características da superfície, tais como recifes de coral, glaciares, e florestas tropicais. As imagens do Landsat preenchem um importante nicho científico. A órbita quase polar do Landsat permite uma cobertura quase global da superfície terrestre a cada 16 dias. A largura das suas observações (185 km) são o suficientemente largas para uma cobertura global de cada estação do ano. Com uma resolução espacial de 30 metros, as imagens obtidas pelo Landsat são suficientemente detalhadas para caracterizar os processos humanos tais como o crescimento urbano, irrigação agrícola, e desflorestação.

Ao estabelecer um conhecimento base das áreas terrestres durante o último meio século, o Landsat permite aos cientistas avaliarem as alterações ambientais ao longo do tempo. Ao longo de 40 anos de cobertura contínua, a série Landsat tornou-se numa referência global para matérias científicas relacionadas com a utilização dos solos e recursos terrestres. Por exemplo, os satélites Landsat possuem a distinção única de serem o único registo por satélite que é simultaneamente longo e consistente para permitir um seguimento das alterações relacionadas com o clima à escala das cidades e grandes quintas agrícolas.

O Programa Landsat é valorizado em todo o mundo como o standard dourado da observação do solo. Nenhum outro satélite civil se aproxima de possuir a largura histórica e a abrangência, a continuidade e a cobertura do arquivo Landsat.

O crescimento e alterações das práticas de irrigação são visíveis nestas imagens do Landsat obtidas a 16 de Agosto de 1972 (esquerda) e 14 de Agosto de 2011 (direita). A imagem de 1972 foi obtida pelo Landsat-1, que havia sido somente lançado há três semanas; a imagem de 2011 foi capturada pelo Landsat-5- Ambas utilizam cores falsas tais que a vegetação saudavel surge com um vermelho brilhante, enquanto as enquanto pastagens esparsas e campos em pousio aparecem em tons de verde. As imagens foram obtidas nas Sandhills do Nebrasca. Fonte: NASA

O que é que os mais recentes Landsat fazem?

A missão do Landsat-8 continuou o registo de décadas da superfície terrestre a uma escala na qual os impactos da actividade humana e da Natureza podem ser detectados e monitorizados ao longo do tempo. A sociedade global requer a continuação das observações do Landsat para a gestão dos alimentos, água, florestas e outros recursos terrestres para o nosso benefício colectivo. O mesmo será feito pelo Landsat-9.

A missão tem três objectivos científicos chave: recolher e arquivar dados multiespectrais e térmicos de toda a superfície da Terra, a cada estação de cada ano a uma resolução na qual se possa distinguir a área do tamanho de um campo de basebol; garantir que os dados da missão LDCM são consistentes com os dados das missões Landsat anteriores em termos de geometria de aquisição, calibração, características de cobertura, características espectrais e espaciais, qualidade de produto e disponibilidade de dados para permitir estudos do solo e utilização do solo em períodos de décadas; distribuir produtos LDCM standards para utilizadores de uma forma não discriminatória e sem custos.

Os instrumentos

Os sensores a bordo do Landsat permitem-nos ver para lá do que os nossos olhos vêm, não só porque a perspectiva do satélite sobre a Terra é feita a partir de uma órbita a uma altitude de 705 km, mas também devido ao facto de os sensores registarem a luz que é reflectida pela superfície da Terra em comprimentos de onda específicos bem como em comprimentos de onda visíveis.

Os dois instrumentos a bordo – o Operational Land Imager-2 (OLI-2) e o Thermal Infrared Sensor (TIRS) – representam avanços revolucionários na performance e tecnologia de sensores. O OLI e o TIRS irão medir a superfície terrestre em luz visível, em infravermelhos próximos, infravermelhos curtos, e infravermelhos térmicos com uma resolução moderada entre 15 metros e 100 metros – dependendo do comprimento de onda espectral. A distribuição da energia observada ao longo destes comprimentos de onda espectrais revela informações acerca das superfícies reflectoras e emissoras.

Para que seja possível aos cientistas compararem as novas imagens Landsat com imagens obtidas no passado, os engenheiros tiveram de projectar o próximo satélite Landsat para medir sensivelmente as mesmas bandas espectrais utilizadas nas prévias missões Landsat. Adicionalmente, o OLI-2 fornece duas novas bandas espectrais – uma especialmente talhada para detectar nuvens cirrus e a outra para observações das zonas costeiras. O TIRS irá recolher dados para duas bandas espectrais estreitas adicionais na região térmica, anteriormente coberta por uma só larga banda espectral utilizada nos satélites Landsat-4 a Lanlsat-7 para medir a energia térmica da Terra.

É requerido o envio de 400 cenas por dia (mais 150 cenas do que as requeridas para o Landsat-7) para o arquivo do USGS, aumentando a probabilidade de obter imagens livres de nuvens para a cobertura global.

O Operational Land Imager-2 faz avançar a tecnologia de sensores do Landsat utilizando uma aproximação demonstrada pelo sensor Advanced Land Imager que voou a bordo do satélite experimental da NASA, Earth Observing-1 (EO-1) . Os satélites Landsat anteriores transportavam sensores que empregavam espelhos de rastreio para percorrer o campo de visão do instrumento ao longo da largura da superfície a ser observada e transmitiam a luz a alguns detectores. Por seu lado, o OLI é um sensor de varrimento que irá utilizar longos conjuntos de detectores, com mais de 7.000 detectores por banda espectral, alinhados ao longo do seu plano focal para observar ao longo da zona pretendida. Este desenho resulta num instrumento mais sensível fornecendo informação melhorada do solo com menos partes móveis. As suas imagens terão resoluções espaciais multiespectrais de 30 metros (incluindo luz visível, infravermelho próximo e infravermelho curto) e resoluções espaciais pancromáticas de 15 metros, ao longo de coberturas com uma largura de 185 km, cobrindo largas áreas das paisagens terrestres enquanto fornece resolução suficiente para distinguir características tais como centros urbanos, quintas, florestas e outras paisagens.

O OLI-2 foi projectado para ter um tempo de vida útil de 5 anos e irá detectar as mesmas bandas espectrais dos anteriores instrumentos Landsat (isto é, os sensores Thematic Mapper e Enhanced Thematic Mapper-Plus) com a excepção de uma banda infravermelha térmica. Adicionalmente às sete bandas multiespectrais Landsat (seis das quais foram refinadas), o OLI irá adicionar duas novas bandas espectrais – uma banda azul ‘costeira’ (banda 1) e uma banda ‘cirrus’ de infravermelho curtos (banda 9). Estas novas bandas irão, respectivamente, auxiliar os cientistas a medir a qualidade da água e auxiliar a detectar nuvens altas e finas que dificilmente eram detectadas nas missões anteriores

A Ball Aerospace construiu o instrumento OLI-2 para o Landsat-9. A Ball Aerospace & Technologies Corp desenvolve e fabrica veículos espaciais, instrumentos avançados e sensores, componentes, sistemas de exploração de dados, e soluções de rádio para aplicações estratégicas, tácticas e cientificas.

Tudo na Terra emite radiação infravermelha térmica, ou calor. A Física diz-nos que a quantidade de radiação emitida é proporcional à temperatura de um corpo. O Thermal Infrared Sensor foi adicionado à carga do Landsat-8 quando se tornou claro que os gestores do estado dos recursos aquáticos confiavam nas medições altamente precisas da energia térmica da Terra obtidas pelos predecessores do LDCM – o Thematic Mapper no Landsat-5 e o Enhanced Thematic Mapper – Plus no Landsat-7 – para determinar a forma como os solos e a água estavam a ser utilizados. A decisão de adicionar o TIRS foi tomada após o início da projecção da missão. Os engenheiros tiveram menos de cinco anos para projectar e construir o TIRS, e assim socorreram-se de uma nova tecnologia denominada Quantum Well Infrared Photodetectors (QWIPs) que o Centro Espacial Goddard da NASA ajudou a desenvolver.

Os QWIPs são fabricados de um material que é compatível com o processamento do silício, significando que as mesmas ferramentas que as fábricas utilizam para fabricar os chips dos computadores podem ser utilizadas para construir QWIPs. Os QWIPs são fiáveis, uniformes, e bem adaptados aos requisitos do TIRS. Os engenheiros do Centro Espacial Goddard sabiam como trabalhar com os QWIPs e aceitaram o desafio para construir o TIRS no curto tempo disponível.

Os QWIPS operam na base dos complexos princípios da mecânica quântica. Os chips semicondutores de gálio arsénio aprisionam os electrões num «poço» de estado de energia até que os electrões são elevados a um estado superior através de luz infravermelha térmica de um determinado comprimento de onda. Os electrões elevados criam um sinal eléctrico que pode ser medido e registado para criar uma imagem digital.

Os anteriores satélites Landsat mediam a temperatura da superfície utilizando uma única banda térmica para detectar comprimentos de onda longos emitidos pela Terra. Porém, os QWIPs no TIRS detectam dois segmentos do espectro infravermelho térmico, ambos no interior de uma janela de transmissão atmosférica, para produzir melhores estimativas das temperaturas na superfície do que as que podem ser obtidas a partir de uma única banda térmica. Estes comprimentos de onda, denominados infravermelhos térmicos, estão muito para lá das capacidades da visão humana.

Tal como o OLI-2, o TIRS é também um sensor de varrimento lateral com uma cobertura de 185 km. Com uma resolução espacial de 100 metros, a resolução espacial do TIRS é suficiente para as medições do consumo de água nos campos agrícolas que utilizam o sistema de irrigação por um pivot central – particularmente nas grandes planícies norte-americanas.
Uma grande diferença entre as especificações do OLI-2 e do TIRS é o facto de que o TIRS tem somente um tempo de vida limitado a 3 anos. Esta diferença foi especificada para auxiliar na rapidez do desenvolvimento do TIRS. Os projectistas foram capazes de poupar tempo de desenvolvimento através de uma redundância selectiva em componentes de subsistemas em vez de uma redundância mais robusta necessária para um tempo de vida útil de cinco anos.

Os pequenos satélites na missão AV-092

A bordo da missão AV-092 seguiam também os satélites CUTE, CuPID, Cesium Satellite 1 e o Cesium Satellite 2, que se separaram conforme previsto.

O Cubesat-6U CuPID (Cusp Plasma Imaging Detector) é uma missão científica projectada para responder a questões fundamentais da Física de Plasma e Clima Espacial. O projeto tem por base uma colaboração entre a Universidade de Boston, a Universidade de Drexel, O Centro de Voo Espacial Goddard (NASA), a Universidade de Johns Hopkins, o Merrimack College, a Adcole Maryland Aerospace, a Aerospace Corporation e a Universidade do Alasca, em Fairbanks.

O CuPID foi projectado para testar modelos de acoplamento vento solar-magnetosfera. Em órbita, o pequeno satélite irá medir a quantidade de os raios-X suaves emitidos pelo processo de troca de carga quando o plasma do vento solar colide com átomos neutros na distante atmosfera da Terra. Os padrões espaciais e temporais de imagens de raios-X serão usados ​​para tratar de questões científicas.

O CuPID tem uma massa de 6 kg e transporta a um telescópio de raio-X flexível com amplo campo de visão, o primeiro do seu tipo a ser colocado em órbita. O satélite foi selecionado em 2017 pela CubeSat Launch Initiative (CSLI) da NASA para ser lançado como parte do programa ELaNa (ELaNa 34) e o seu lançamento estava então previsto para 2020.

O CubeSat-6U CUTE (Colorado Ultraviolet Transit Experiment) é uma missão da Universidade do Colorado, em Boulder, tratando-se de uma investigação científica para estudar as propriedades atmosféricas de planetas em órbita de outras estrelas.

Este é um projecto de 4 anos financiado pela NASA para projectar, construir, integrar, testar e operar um CubeSat-6U (30 cm x 20 cm x 10 cm), com um tempo de vida útil de missão de 1 ano. O satélite usará espectroscopia de transmissão quase ultravioleta (NUV) de 255 nm a 330 nm para caracterizar a composição e as taxas de perda de massa de atmosferas de exoplanetas. O CUTE irá medir a formo como a luz NUV da estrela hospedeira é alterada conforme o exoplaneta transita na sua frente e passa pela atmosfera do planeta. A curva de luz espectral irá revelar as alterações na composição e taxas de escape dessas atmosferas e pode fornecer a primeira evidência concreta de campos magnéticos em planetas extrasolares.

As chaves para desbloquear o potencial diagnóstico desses sistemas são a cobertura espectral na passagem de banda apropriada e a capacidade de seguir os sistemas por vários períodos orbitais. Assim, o CUTE foi projetado para fornecer exatamente isso – espectroscopia de baixa resolução de traçadores atmosféricos críticos (Fe II, Mg II, Mg I, OH) que são inacessíveis do solo e uma arquitetura de missão dedicada que permite o levantamento necessário para caracterizar a estrutura e variabilidade atmosférica nesses mundos.

O CUTE foi selecionado em 2018 pela CSLI da NASA para ser lançado como parte do programa ELaNa. O seu lançamento estava originalmente previsto para ter lugar em 2020.

A missão Cesium Mission 1 (CM1), composta pelos satélites Cesium Satellite 1 e Cesium Satellite 2, é a primeira missão da CesiumAstro a lançar e operar seu próprio hardware no espaço. O CM1 fornece uma plataforma em órbita que é composta por dois satélites para a realização de experiências de clientes que expandem os limites da comunicação de pequenos satélites. Além disso, dá à empresa a capacidade de demonstrar recursos avançados da sua tecnologia, como comutação de forma de onda dinâmica e otimização de link dinâmico. Com o lançamento da Missão 1, a CesiumAstro terá um sistema comercial completo de comunicação phased array, bem como uma ligação inter-satélite na órbita terrestre baixa.

O Cesium Satellite 1 e o Cesium Satellite 2 são CubeSat-6U (desenvolvido pela Blue Canyon Technologies) com o Cesium Nightingale 1 phased array activo e cargas úteis de ligação entre satélites. Estão equipados com um sistema de atitude de alta precisão com um rastreador de estrelas e um sistema de propulsão eléctrica de última geração.

Os satélites irão realizar diversas manobras orbitais utilizando os seus próprios sistemas de propulsão elétrica. No final da missão, eles também sairão de órbita de forma activa com os seus sistemas de propulsão.

O foguetão Atlas-V

A 2 de Maio de 2005 a Boeing Company e a Lockheed Martin Corporation anunciaram a intenção de formar uma empresa conjunta denominada United Launch Alliance (ULA) que juntava assim duas das mais experientes e bem sucedidas companhias que suportaram a presença americana no espaço por 50 anos. Em conjunto os lançadores Atlas (Lockheed Martin) e Delta (Boeing) transportaram mais de 850 cargas para a órbita terrestre e não só, desde satélite meteorológicos, de telecomunicações, veículos militares, satélites científicos e sondas interplanetárias que alargaram o nosso conhecimento do Universo.

A ULA proporciona assim dois veículos capazes de proporcionar um acesso seguro, económico, fiável e eficiente ao espaço para as missões governamentais americanas, continuando assim uma tradição de apoio às iniciativas espaciais estratégicas norte-americanas com soluções de lançamento avançadas e robustas.

A equipa da ULA engloba milhares de funcionários que trabalham em locais espalhados pelos Estados Unidos. A sede da empresa está situada em Denver, Colorado, com a maior parte das actividades de engenharia e administrativas consolidadas nas instalações da Lockheed Martin Space Systems Company. As operações de integração e montagem estão localizadas nas instalações de fabrico e montagem da Boeing em Decatur, Alabama. As estruturas mecânicas do Atlas-V, fabrico da ogiva de protecção, do sistema de adaptação e montagem são levadas a cabo em Harlingen, Texas.

As instalações de lançamento utilizadas pela ULA são o SLC-37 (foguetão Delta-4) e o SLC-41 (Atlas) no Cabo Canaveral, e SLC-6 (Delta-4) e o SLC-3E (Atlas-V) na Base Aérea de Vandenberg.

O míssil balístico Atlas teve a sua origem requisição feita pela Força Aérea dos Estados Unidos (USAF) em Outubro de 1945, que conduziu ao desenvolvimento durante a década de 50 dos mísseis Atlas, Navaho, Snark, Matador e Mace. Em 10 de Janeiro de 1946 foram submetidas duas propostas para a construção de mísseis com um alcance de 11.100 km, sendo uma das proposta a de um míssil alado e propulsionado a jacto e a outra proposta e de um míssil supersónico, de trajectória balística e propulsionado por foguetão. A proposta do míssil balístico incluía o aparecimento de novas tecnologias, tal como o desenho de uma estrutura de peso reduzido através  do uso de tanques de combustível de parede única e incluídos numa única estrutura monocoque que seria mantida rígida através da pressão interna. A performance deste míssil era quase do tipo “single-stage-to-orbit” ao se dar a separação dos motores de ignição inicial durante a ascensão.

A 19 de Abril de 1946 a Consolidated Vultee Aircraft Corporation (Convair) foi incumbida de construir e testar dez mísseis MX-774 Hiroc de forma a verificar e validar as propostas do novo míssil. Os testes do MX-774 iniciaram-se em San Diego em 1947, mas em Junho desse ano a Convair, empresa que propusera as duas propostas iniciais à USAF era informada que havia perdido o concurso para o novo míssil, sendo os contratos atribuídos às empresas Northrop e Martin que deveriam desenvolver a tecnologia dos mísseis alados e sub-sónicos.

Os cortes no orçamento para a defesa dos Estados Unidos forçaram a USAF a terminar o contrato com a Convair em Julho de 1947, e isto a apenas três meses da data prevista para o primeiro voo. Porém, os fundos ainda disponíveis permitiram a realização de três testes do MX-774 no White Sands Proving Ground entre Julho e Dezembro de 1947. Posteriormente, a Convair prosseguiu estudos auto-financiados do projecto.

Porém, o início da Guerra da Coreia e o surgimento da Guerra Fria fizeram com que se desse um aumento nos fundos para a defesa e a Convair recebeu um novo contrato em Setembro de 1951 para desenvolver o MX-1593, por forma a iniciar o desenho de um míssil balístico incorporando as características já validadas pelo MX-774. Em 1953 a General Dynamics, uma nova divisão da Convair, apresenta à USAF um programa acelerado de desenvolvimento do novo míssil. O anúncio público do desenvolvimento do Atlas só surge a 16 de Dezembro de 1954.

Nos primeiros anos da década de 50 um problema que atrasava o desenvolvimento da tecnologia era a baixa fiabilidade dos motores de combustível líquido. Este problema conduziu posteriormente ao conceito de «um estágio e meio» no qual todos os motores entram em ignição antes de deixar a plataforma de lançamento e os motores principais são separados numa determinada fase do voo, sendo este mantido por motores de sustentação. Este método permitia a verificação do bom funcionamento de todos os motores antes  do veículo deixar a plataforma de lançamento.

A ordem para o desenvolvimento em grande escala do Atlas surge em Janeiro de 1955, sendo designado WS107A-L (Weapons System 107A-L). Na Convair o projecto era designado Modelo-7, curiosamente o mesmo número que, na União Soviética, Korolev dava ao seu míssil. Em Setembro de 1955 o projecto de desenvolvimento do Atlas recebe a classificação de prioridade nacional quando os relatórios dos serviços secretos indicam que a União Soviética está adiantada no desenvolvimento da tecnologia dos mísseis balísticos intercontinentais. O projecto torna-se num dos programas mais complexos de desenvolvimento, produção e teste jamais levados a cabo nos Estados Unidos e em certa parte comparável ao Projecto Manhatan.

O primeiro teste do sistema de propulsão tem lugar a 21 Junho de 1956 na Base Aérea de Edwards e resulta num fracasso. Um novo teste realizado no dia seguinte, no qual o motor teve uma ignição de 4s, é coroado de sucesso. Os primeiros veículos de teste são terminados no final desse ano. O primeiro voo do Atlas-A (Atlas-A 4A) tem lugar a 11 de Junho de 1957 e o veículo é destruído devido a uma falha no sistema de abastecimento de combustível. Um segundo teste (Atlas-A 6A) tem lugar a 25 de Setembro de 1957 e o veículo é novamente destruído, desta vez aos três minutos de voo devido novamente a uma falha no sistema de abastecimento de combustível. O primeiro voo com sucesso do Atlas-A (Atlas-A 12A) ocorre a 17 de Dezembro de 1957 com o míssil a atingir o alvo localizado a 965 km.

Lançamento Data e hora de lançamento Tipo

Missão

Local de lançamento Carga
2018-079 17/Out/2018

04:15:00,2

551

AV-073

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

AEHF-4 (USA-288)
2019-051 08/Ago/19

10:13:00,246

551

AV-083

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

AEHF-5 (USA-292)

TDO-1

2019-094 20/Dez/19

11:36:43

N22

AV-080

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

Starliner-1
2020-010 10/Fev/20

04:03:00,155

411

AV-087

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

Solar Orbiter
2020-022 26/Mar/20

20:18:00,148

551

AV-086

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

AEHF-6

TDO-1

2020-029 17/Mai/20

13:14:00,241

501

AV-081

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

USSF-7 (X-37B OTV-6)

FalconSat-8

2020-052 30/Jul/20

11:50:00,233

541

AV-088

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

Mars 2020
2020-078 03/Nov/20

22:58

531

AV-090

Cabo Canaveral AFS

SLC-41

NROL-101
2021-042 18/Mai/21

17:31

421

AV-091

Cabo Canaveral SFS

SLC-41

SBIRS-GEO 5

TDO-3

TDO-4

2021-088 27/Set/21

18:12

401

AV-092

Vandenberg SFB

SLC-3E

Landsat-9

ELaNa 34: CUTE

CuPID

Cesium-M1A

Cesium-M1B

O primeiro míssil operacional, o Atlas-D, constituiu a base do lançador das cápsulas tripuladas do Programa Mercury. Utilizando os estágios superiores Agena e Centaur, o Atlas tornou-se no lançador médio por excelência dos Estados Unidos sendo utilizado para lançar veículos para a órbita geossíncrona e sondas planetárias.

A família de lançadores Atlas-V oferece diferentes versões do mesmo veículo que podem ser utilizadas para colocar em órbita todo o tipo de cargas. O Atlas-V foi desenvolvido de forma a satisfazer as necessidades da USAF ao abrigo  do programa EELV (Evolved Expendable Lauch Vehicle) e da demanda internacional por parte da ILS (International Launch Services) para satisfazer os seus clientes comerciais e governamentais.

Tendo como base o denominado CCB (Common Core Booster), o Atlas-V divide-se em duas versões: o Atlas-V 400 e o Atlas-V 500. Estas versões podem ser facilmente distinguidas pela utilização da ogiva normal utilizada em anteriores Atlas e este será a versão 400. Por seu lado a versão 500 utiliza uma ogiva muito maior e com um diâmetro de 5,0 metros, sendo baseada na ogiva utilizada pelo lançador europeu Ariane-5. A versão Atlas-V 500 pode ainda incorporar até cinco propulsores laterais de combustível sólido, aumentado assim a sua capacidade de carga útil.

Tanto a versão 400 como a versão 500 utilizam como segundo estágio uma versão alongada do estágio Centaur (CIII). O CIII pode ser utilizado com somente um motor (Single-Engine Centaur) ou então com dois motores (Dual- Engine Centaur).

O Atlas-V pode ser lançado a partir do SLC-41 (Space Launch Complex-41) do Cape Canaveral Air Force Station ou então do SLC-3W (Space Launch Complex-3W) da Vandenberg Air Force Base.

De forma geral o Atlas-V é um lançador a dois estágios podendo ser auxiliado por um máximo de cinco propulsores sólidos acoplados ao primeiro estágio. Pode colocar 12.500 kg numa órbita terrestre baixa a 185 km de altitude ou então 5000 kg numa órbita de transferência para a órbita geossíncrona. Durante o lançamento é capaz de desenvolver 875.000 kgf, tendo um peso de 546.700 kg. O seu comprimento total é de 58,3 metros e o seu diâmetro base atinge os 5,4 metros.

O primeiro estágio do Atlas-V, o CCB, tem um comprimento de 32,5 metros e um diâmetro de 3,8 metros, tendo um peso bruto de 306.914 kg e um peso sem combustível de 22.461 kg. No lançamento desenvolve uma força de 423.286 kgf, tendo um Ies de 338 s e um Ies-nm de 311 s, o seu Tq é de 253 s. O CCB está equipado com um motor RD-180 de fabrico russo que consome oxigénio líquido (LOX) e querosene. O RD-180 tem duas câmaras de combustão, tendo um comprimento de 3,6 metros e um diâmetro de 3,0 metros, tendo um peso de 5.393 kg. No lançamento desenvolve uma força de 423.050 kgf, tendo um Ies de 338 s e um Ies-nm de 311 s, o seu Tq é de 150 s.

O RD-180 é o único motor que tem a capacidade de aumentar e diminuir a sua potência durante o voo e que é utilizado em lançadores americanos (não tendo em conta o SSME utilizado nos vaivéns espaciais). Durante o primeiro voo do Atlas-3 (no qual o RD-180 também foi utilizado), o motor utilizou somente 74% do máximo de 423.286 kgf que pode desenvolver na fase inicial do lançamento e nos três minutos seguintes aumentou a potência até 92% do total, voltou a diminuir para 65% e a aumentar para 87%. Assim, a capacidade de aumentar e diminuir a potência do motor significa uma viagem mais suave tanto para o foguetão como para a carga que transporta, permitindo também uma utilização mais eficiente do combustível. O RD-150 foi certificado para a utilização no Atlas-V através de uma série intensiva de testes levados a cabo pela NPO Energomash, Khimky, e sob a direcção da Lockheed Martin.

Podendo usar até cinco propulsores laterais de combustível sólido, pesando cada um 40.824 kg e tendo um comprimento de 17,7 metros e um diâmetro de 1,6 metros. Desenvolvidos pela Aerojet, cada propulsor desenvolve no lançamento uma força de 130.000 lgf, tendo um Ies de 275 s e um Ies-nm de 245 s e um Tq de 94 s.

Na missão NROL-101 foram pela primeira vez utilizados os propulsores GEM-63 Graphite Epoxy Motor 63 (GEM-63). O novo propulsor tem um diâmetro de 1,6 metros e o seu desenho capitaliza projetos existentes, de materiais comuns e de processos de fabrico de baixo custo desenvolvidos nos motores GEM, Orion e CASTOR anteriores da Northrop Grumman. Com 20 metros de comprimento, o GEM 63 é o motor de foguete sólido de fuselagem única mais longo que a Northrop Grumman já construiu.

Tais como os propulsores anteriores, os GEM-63 entram em ignição na plataforma de lançamento e o seu tempo de queima é de 94 segundos, cada um consumindo 47.990 kg de propelente para produzir 2.025,72 kN de impulso máximo para aumentar o impulso produzido pelo motor principal RD-180.

A utilização dos GEM-63 serve como ganho de experiência para os GEM-63XL que serão utilizados no foguetão Vulcan.

O segundo estágio do Atlas-V, Centaur V1, tem um comprimento de 12,7 metros e um diâmetro de 3,1 metros, tendo um peso bruto de 22825 kg e um peso sem combustível de 2.026 kg. Desenvolve uma força de 10.115 kgf, tendo um Ies de 451 s e um Tq de 894 s. O Centaur V1 está equipado com um motor RL-10A-4-2 fabricado pela Pratt & Whitney, consumindo LOX e LH2. O RL-10A-4-2 tem uma câmara de combustão, tendo um peso de 167 kg. No lançamento desenvolve uma força de 10.110 lgf, tendo um Ies de 451 s e um Tq de 740 s.

A designação que é dada a cada versão do lançador é composta por uma numeração em três dígitos. O primeiro dígito indica o diâmetro da ogiva utilizada pelo lançador (em metros). Assim, por exemplo quando temo um veículo Atlas-V/400, significa que estamos na presença de uma ogiva com 4 metros de diâmetro. O segundo dígito indica o número de propulsores sólidos utilizados no lançador e pode variar entre 0 (zero) e 5 (de salientar que a versão Atlas-V/400 não usa propulsores laterais de combustível sólido e por isso só veremos este número na versão Atlas-V/500). Finalmente, o terceiro dígito indica o número de motores presentes no estágio Centaur e que pode variar entre 1 ou 2 motores.

A construção do SLC-41 foi iniciada em Abril de 1965 e terminada nesse mesmo ano. Foram necessários mais de 6,5 milhões de metros cúbicos de terra provenientes do Rio Banana, para se fazerem as fundações do complexo, composto por uma torre de serviço móvel MST (Mobile Service Tower) e por uma torre umbilical UT (Umbilical Tower) que faziam parte das instalações de lançamento dos foguetões Titan. A MST tinha uma altura de 80,7 metros e pesava mais de 2.268 t. Por seu lado a UT atingia os 53,3 metros de altura e pesava 907,2 t.

A USAF aceitou o complexo a 12 de Dezembro de 1965 e utilizou-o pela primeira vez no dia 21 de Dezembro de 1965 para lançar um foguetão Titan-IIIC . Nos anos seguintes o complexo e a plataforma foram utilizados como ponto de partida para várias missões históricas como a Voyager-1, Voyager-2, Viking-1 e a Mars Pathfinder.

Em 1986 o complexo sofreu uma renovação para albergar o lançamento dos foguetões Titan-IV. O primeiro lançamento desta nova versão do Titan deu-se a 14 de Junho de 1989  e o último a 9 de Abril de 1999 .

De forma a compreender a natureza do SLC-41 ajudará visualizando o tamanho do foguetão Titan-IV. Atingindo mais de 34 metros de altura, 10 metros de diâmetro, pesando mais de 861,8 t e gerando mais de 635 t de força no lançamento, o Titan-IV equipado com um estágio superior Centaur era capaz de colocar uma carga de 5,4 t numa órbita geossíncrona. Cargas ainda mais pesadas poderiam ser colocadas em órbitas mais baixas ou em órbitas polares.

TDRS-L_2014-01-23_18-21-51A evolução da tecnologia levou a que o Titan-IV fosse considerado obsoleto, tendo a USAF contratado a Lockheed Martin para desenvolver um novo sistema de lançamento que é agora o Atlas-V. Os engenheiros da Lockheed foram encarregues de desenvolver não só o novo lançador, mas também as instalações de lançamento do novo veículo. Assim, o SLC-41 teve de sofrer uma transformação para albergar o seu novo vector de lançamento. A primeira fase da transformação do complexo passou pela remoção das velhas torres para que as novas torres pudessem ser construídas. A empresa Olshan Demolishing Management foi contratada par desmantelar e demolir o velho complexo. O plano inicial previa que as torres fossem desmontadas peça por peça, porém devido ao facto que o calendário dos trabalhos foi progressivamente atrasado devido às investigações relacionadas com acidentes com o Titan-IV, a Olshan optou por contratar a empresa Dykon, Inc., para demolir as torres utilizando explosivos. Nesta fase colocava-se o receio das explosões danificarem de qualquer de uma maneira ou de outra o Complexo de Lançamento 39 utilizado pelos vaivéns espaciais, pois estas estruturas localizam-se muito perto do SLC-41.

Depois de serem asseguradas todas as medidas de segurança, a USAF deu luz verde para a demolição das torres que veio a acontecer a 14 de Outubro de 1999. Depois  das torres serem abatidas, a Olshan iniciou um processo de reciclagem. Durou mais de oito semanas para cortar a torre em pedaços que pudessem ser manejáveis e posteriormente transportados para um edifício situado em Port Canaveral, onde foram recicladas.

Actualmente o SLC-41 é um dos mais sofisticados existentes no planeta e representa a maior alteração na filosofia da indústria de foguetões dos Estados Unidos nos últimos anos. O SLC-41 foi transformado na primeira “clean pad” a ser utilizada pelos americanos. Este conceito passa por montar o foguetão num edifício de montagem em vez de se montar o lançador por estágios na própria plataforma de lançamento como se fazia desde os primórdios do programa espacial americano. Sendo montado no edifício de montagem, o lançador é posteriormente transportado para a plataforma de lançamento algumas horas antes da ignição. A “clean pad” significa também que a utilização de grandes torres de serviço na plataforma de lançamento deixam de ser necessárias. Da mesma forma, o espaço de tempo gasto na preparação dos lançadores fica mais reduzido e deixam de existir problemas relacionados com as convencionais plataformas de lançamento que podem atrasar o início de uma missão por vários meses.

O centro nevrálgico do SLC-41 é o denominado Atlas-V Spaceflight Operations Center (ASOC), combinando num só lugar o que anteriormente estava espalhado por diversos locais. O edifício onde está localizado o ASOC era anteriormente utilizado para processar os propulsores laterais de combustível sólido utilizados pelo Titan-IV, sendo completamente reformulado e expandido pela Lockheed. Situado a 6,6 km da plataforma de lançamento, é neste edifício multiusos para onde o estágio Atlas-V e o estágio superior Centaur são transportados logo após a chagada ao Cabo Canaveral e vindos das oficinas em Denver, Colorado. Aí, os técnicos da Lockheed podem realizar vários testes nos estágios e depois armazená-los temporariamente até ser altura de serem transportados para o edifício de montagem para serem preparados para o lançamento. No interior do ASOC também está situado o centro de controlo de lançamento que alberga os técnicos oficiais da missão, as equipas de engenheiros da Lockheed, clientes e os técnicos que controlam a contagem decrescente.

O centro de controlo possui doze consolas de controlo no primeiro andar destinadas à equipa que dirige o lançamento. Entre estas consolas encontra-se a posição do Director de Lançamento, do Assistente do Director do Lançamento, as posições de controlo e monitorização dos propelentes do Atlas e do Centaur, a posição do controlo de voo e de sistemas eléctricos do lançador, a posição de controlo do software no solo, a posição de controlo das instalações eléctricas, posição de controlo ambiental, de segurança e do monitor que controla os limites de emergência que podem ser atingidos. Ainda no primeiro andar do edifício existem duas salas, situadas à direita  da equipa que controla o lançamento, onde está localizada a rede de informática do computador principal e uma estação de controlo operacional por satélite.

No segundo andar do edifício existem três salas que albergam a equipa de engenheiros responsáveis pelo lançador, a equipa que controla a carga transportada e a equipa principal de directores do lançamento. É nesta sala que se toma a decisão final de lançar ou não lançar o Atlas-V. Ainda neste piso existem duas salas com lugares sentados e pontos de observação para engenheiros e clientes observarem o decorrer da contagem decrescente e do lançamento.

A parede frontal da sala do centro de controlo está equipada com vários relógios, mostradores da contagem regressiva, emblemas e um ecrã de vídeo que mostra várias imagens da plataforma de lançamento recolhidas de diferentes ângulos, além de vários gráficos de diferentes dados.

Sendo controlados a partir do ASOC, o Atlas-V é montado no interior do VIF (Vertical Integration Facility). Este edifício, que começou a ser construído em Janeiro de 1999, tem uma altura máxima de 90 metros e está localizado a 550 metros da plataforma de lançamento. No seu interior está situado um guindaste de 60 t com uma capacidade de levantar os diferentes segmentos do Atlas-V e colocá-los na plataforma móvel de lançamento. Após a verificação dos diferentes estágios no ASOC, estes são transportados na horizontal para o VIF. O CCB segue em primeiro lugar, seguido pela secção cilíndrica que compõe o inter-estágio e do estágio Centaur. A última peça deste lego é a secção “boat-tail”. As missões futuras serão também aqui colocados os propulsores laterais de combustível sólido.

Após a montagem, o lançador passa por mais uma série de testes antes da carga a transportar ser entregue no VIF para montagem. O satélite é processado e abastecido do seu combustível de manobra num local separado do VIF e que tanto pode ser as instalações comerciais da Astrotech localizadas em Titusville, a 35 km de distância, ou então num edifício governamental caso se tratem de cargas militares ou da NASA. Após o processamento o satélite é colocado no interior de um contentor de segurança e protecção antes de deixar o e edifício de processamento e de iniciar a sua viagem até ao SLC-41. No SLC-41 é levantado até ao nível superior do estágio Centaur e colocado no seu topo. Segue-se um teste IST (Integration Systems Test) entre o foguetão lançador e a sua carga para confirmar uma boa ligação entre os dois e que ambos estão prontos para o lançamento. Segue-se o transporte até à plataforma de lançamento.

O VIF foi construído de forma a suportar ventos de furacão até uma velocidade de 225 km/h. Possui várias plataformas móveis que possibilitam o acesso às diferentes zonas do foguetão e está equipado com uma porta reforçada com uma largura de 12,5 metros e uma altura de 84 metros que se recolhe na vertical, permitindo o transporte dos vários estágios do Atlas-V para o interior do edifício e a posterior saída do lançador para a plataforma de lançamento. Na construção do VIF foram utilizados 200 camiões de cimento (que equivaleram a 1.376 m3 de cimento) para a construção das suas fundações e 3.250 t de aço para a construção das suas paredes.

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 6116

– Lançamento orbital EUA: 1759 (28,76%)

– Lançamento orbital desde Vandenberg: 707 (11,56% – 40,19%)

 

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

6117 – 01 Out (0048:??) – Epsilon-2CLPS (ε-5) – Uchinoura (Kagoshima), LP-M – RAISE-2, DRUMS, Hibari, Z-Sat, TeikoSat-4, ASTERISC, ARICA, NANODRAGON, KOSEN-1

6118 – 05 Out (0855:05) – 14A14-1A Soyuz-2.1a (Kh15000-047) – Baikonur, LC31 PU-6 – Soyuz MS-19

6119 – 09 Out (????:??) – Falcon Heavy-04 (B1064.1/B1065.1/B1066.1) – CE Kennedy, LC39A – USSF-44, TETRA-1

6120 – 14 Out (????:??) – 14A14-1B Soyuz-2.1b/Fregat (Kh15000-009/123-04 (ST36)) – Vostochniy, LC-1S – OneWeb-F11 (x36)

6121 – 16 Out (0934:??) – Atlas-V/401 (AV-082) – Cabo Canaveral SFS, SLC-40 – Lucy (Discovery-13)



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