Virgin Orbit lança missão ELaNa-20 para a NASA

O início da segunda missão de demonstração do sistema Boeing-747-400 “Cosmic Girl”/LauncherOne da empresa Norte-americana Virgin Orbit teve lugar a 17 de Janeiro de 2021.

O avião de transporte Boeing-747-400 “Cosmic Girl” levantou voo do Mojave Air and Space Port (ASP) às 1838UTC e após um voo sobre o Oceano Pacífico procedeu à separação do foguetão lançador LauncherOne (F2) às 1938:51UTC. Este foi o 8.338º voo do Cosmic Girl desde 2001. O Cosmic Girls aterrou de volta no Mojave Air and Space Port (ASP) às 2019UTC.

Nesta demonstração o LauncherOne levou a bordo a missão ElaNa-20. Na verdade são nove missões compreendidas em 10 satélites. Contratada sob o programa VCLS (Venture Class Launch Services) que foi criado pela NASA para albergar o desenvolvimento de novas capacidades comerciais de lançamento para cargas inovativas e tolerantes ao risco, este voo marcou a 20ª missão do Lançamento Educacional de Nano Satélites (ELaNa-20).

A investigação da Virgin Orbit levada a cabo após a falha do primeiro voo do LauncherOne revelou uma falha num componente que levou a uma brecha numa linha de alta pressão de oxigénio líquido no primeiro estágio. Isto levou a que o motor do primeiro estágio fosse desactivado poucos segundos após a sua ignição.

Apesar da falha e do plano original da Virgin Orbit de levar a cabo um segundo voo de teste sem qualquer carga a bordo, a NASA decidiu levar a cabo a missão ELaNa-20 na denominada “Launch Demo 2”.

Trabalhando em conjunto para o lançamento de satélites experimentais, esta missão forneceu uma oportunidade valiosa de aprendizagem para ambas as equipas. A NASA tem uma historia de que se orgulha na medida dos riscos que corre para trazer à humanidade novas tecnologias – e a Virgin Orbit esteve muito honrada para trabalhar em colaboração com a agencia para a demonstração neste voo.

A NASA usou nesta missão satélites pequenos para avançar na exploração, demonstrar tecnologias emergentes, levar a cabo pesquisas cientificas e investigação educacional. Quase todas as cargas neste voo foram totalmente projectadas e construídas por Universidades dos EUA.

O Boeing-747-400 “Cosmic Girl”/LauncherOne foi pilotado por Kelly Latimer, tendo a seu lado Todd Ericson. No andar superior do Cosmoc Girl encontravam-se Bryce Schaefer e Sarah Barnes monitorizaram o estado tanto do avião de transporte como do fogietão LauncherOne à medida que se dirigiram para o ponto de largada.

A carga ELaNa-20

Inicialmente, a Virgin Orbit anunciou que os satélites a bordo desta missão eram o CACTUS-1, CAPE-3, ExoCube-2, MiTEE-1, PICS-1 e PICS-2, PolarCube, Q-PACE, RadFxSat-2 (Fox-1E) e TechEdSat-7. Porém, a 11 de Fevereiro o Space Track registava dois novos satélites em órbita provenientes deste lançamento, nomeadamente o Prometheus-2.8 e o Prometheus-2.11.

CACTUS-1

O CACTUS-1 (Coordinated Applied Capitol Technology University Satellite 1) é um CubeSat-3U desenvolvido pela Capitol Technology University para demonstrar novas tecnologias para nano-satélites.

O projecto TRAPSat será o componente cientifico principal do CubeSat, recolhendo micrometeoritos num meio composto de aerogel para um melhor mapeamento da existência de micrometeoritos a orbitar a Terra.

O projecto HERMES irá ser o principal meio de comunicações do satélite voando sob o nome de OSHComn (Onboard Spacecraft Hotspot Communications). O subsistema irá comunicar com as estações terrestre via internet de satélite através da Constelação Iridium. Isto significa que ao contrario dos cubesats convencionais, a cobertura com o satélite será global 24/7 e estará disponível onde quer que haja internet.

O satélite tem uma massa de 2,8 kg. Em 2015 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ELaNa-20.

ExoCube-2

Também designado CP-12, o ExoCube-2 é um satélite de tempo espacial patrocinado pela National Science Foundation. A sua missão principal é a medição directa da densidade de hidrogénio, oxigénio, hélio e azoto na alta atmosfera.

A carga cientifica do ExoCube inclui três instrumentos que a equipa referiu como EXOS. Os instrumentos são: o NSEAA (Neutral Static Energy Angle Analyzer), o ISEAA (Ion Static Energy Analyzer) e o TIM (Total Ion Monitor). O ExoCube irá caracterizar a configuração eletrónica de [O], [H], [He], [N2], [O+], [H+], [He+], [NO+] e a total densidade iónica sobre as estações de radares de dispersão incoerente e durante a orbita completa. O ExoCube usa um sistema de controlo activo para se apontar na direcção desejada para proceder a medições.

O satélite foi desenvolvido pela NASA/JPL e pelo Cal Poly Picosatellite Project (PolySat), tendo uma massa de 3,2 kg e sendo baseado no modelo CubeSat-3U. Em Fevereiro de 2016 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ELaNa-20.

MiTEE

O MiTEE (Miniature Tether Electrodynamics Experiment) é um CubeSat desenvolvido pela Universidade do Michigão para utilizar as capacidades deste tipo de satélites para colocar em órbita um pico-satélite de cerca de 8 cm × 8 cm × 2 cm, para assim demonstrar e estudar um cabo electrodinâmico ultra-pequeno no ambiente espacial, analisando as suas características dinâmicas fundamentais e o plasma elcetrodinâmico.

O satélite é baseado num CubeSat-3U e tem uma massa de 3,4 kg. Em 2015 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ElaNa-20.

PolarCube

O pequeno PolarCube CubeSat-3U com uma massa de 3,9 kg baseado na plataforma ALL-STAR e transportando um instrumento de micro-ondas de detecção remota.

Em adição a recolher dados científicos importantes, irá fornecer um modelo para futuros desenvolvimento desenvolvimento de pequenos sensores atmosféricos passivos de micro-ondas transmitidos por satélite para recolha de dados de temperatura, humidade, precipitação, nuvens de água ou gelo e elementos crioesféricos tais como concentrações de neve e gelo. A equipa do Polar Cube na Universidade do Clorado é composta de peritos em radiómetros bem como o seu teste, analistas de neve e gelo e uma equipa de estudantes com experiencia em construção de CubeSats nos modelos 1U e 3U. Estes peritos irão guiar os seus alunos fazendo-os ganhar experiencia e compreensão dos reais objectivos da ciência e na construção de um instrumento voador.

Com uma massa de 3,9 kg, o satélite faz parte da missão ELaNa-20.

Q-PACE

O Q-PACE, ou Cu-PACE (CubeSat Particle Aggregation and Collision Experiment) é um satélite do tipo CubeSat-3U desenvolvido pela Universidade Central da Florida para investigar o comportamento das partículas de poeira em baixa gravidade e para levar a cabo experiências de longa duração em baixa gravidade na órbita terrestre, observando colisões a baixa velocidade no maior número possível.

A longa duração irá permitir o estudo de eventos raros, tais como a aderência de fragmentação que ocorre apenas uma colisão em mil. A missão irá examinar os impactos entre partículas compactas de tamanhos compreendidos entre milímetros e centímetros e agregação de grãos do tamanho de mícron. Estes tamanhos foram seleccionados devido a resultados experimentais que sugerem que a combinação de partículas de com diferentes tamanhos permite o crescimento de grandes corpos.

A carga consiste numa câmara de vídeo GoPro e uma célula de teste – uma das divisões do reservatório contem vidro e camas de 1 mm de diâmetro e o segundo reservatório contem agregações de dióxido de silício cortados numa distribuição de por volta de 100 microns em diâmetro

O satélite tem uma massa de 2,6 kg. Em 2015 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ElaNa-20.

TechEdSat-7

O TechEdSat-7 (Technical and Educational Satellite 7) é um CubeSat-2U der 2,5 kg construído num projecto conjunto entre a Universidade Estatal de San José (SJSU) e a Universidade do Idaho como um projecto de engenharia colaborativa com direcção do Centro de Investigação Ames da NASA. É uma missão de demonstração tecnológica que irá desenvolver ainda mais o sistema Exo-Brake ao testar um denominado “High Packing Density ExoBrake“, bem como demonstrar uma CubeSat Identity Tag (CUBIT), que é um sistema de identificação RF-ID da DARPA RF-ID para futura identificação de nano-satélites funcionais ou não-funcionais. Em 2017 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ElaNa-20.

CAPE-3

Desenvolvido pela Universidade do Louisiana, Lafayette, o CAPE-3 (Cajun Advanced Picosat Experiment 3) é uma missão educacional que irá transportar o Smartphone CubeSat Classroom, que permite que qualquer pessoa com um smartphone estabelecer uma estação no solo com um kit.

As actividades educacionais interactivas irão dar aos estudantes a capacidade de interagir com o CubeSat através de uma aplicação nos seus smartphone e utilizar o aparelho para projectar as suas próprias experiências. O satélite tem uma massa de 1,3 kg e é baseado no modelo CubeSat-1U.

Em Fevereiro de 2016 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ELaNa-20.

Fox-1E

O Fox-1E é um CubeSat radioamador e de investigação tecnológica desenvolvido pela AMSAT e transportando várias cargas desenvolvidas por universidades. Baseado na plataforma CubeSat-1U e tendo uma massa de 1,3 kg, foi projectado para operar na órbita terrestre baixa e baseado no desenho do Fox-1A, transportando uma antena flexível de 2 metros e uma outra antena flexível de 70 cm.

O Fox-1E servirá também de retransmissor de comunicações para amadores em todo o mundo via um novo transmisssor linear do modo J. Estima-se que este transmissor tenha 30kHz de largura e terá incluso um feixe de duas fases a 1200bps para telemetria. O propósito do projecto é testar o design para um transmissor linear que possa estar disponível para construtores de CubeSats como carga principal ou secundaria de um radio amador. As comunicações e as experiencias irão correr em simultâneo.

Em Fevereiro de 2016 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ELaNa-20.

PICS

A missão PICS (Passive Inspection CubeSat) é uma missão de demonstração tecnológica de um veículo espacial capaz de levar a cabo a inspecção, manutenção e montagem de outro veículo.

Foi desenvolvido pela Universidade Brigham Young, em Provo – Utah. A missão é composta por dois CubeSat-1U com uma massa de 1,35 kg cada.

Em Fevereiro de 2016 o satélite foi seleccionado pela CubeSat Launch Initiative da NASA e faz parte da missão ELaNa-20.

Os satélites Prometheus-2

Os Prometheus são uma serie de CubeSats para demonstração e desenvolvimento tecnológico. Os satélites são desenvolvido pelo Los Alamos National Laboratory (LANL) com o duplo objectivo de avaliar novos desenvolvimentos e metodologias de operações mais baratos enquanto averigua a utilidade operacional que pode ser fornecida pela tecnologia de um CubeSat. O projecto é financiado pelo Departamento da Defesa dos Estados Unidos.

O sistema Prometheus é composto por CubeSats com uma base suportável e equipamento de campo segmentado, todo desenhado como um sistema integrado. O LANL serve de construtor primário e integrador de sistemas e irá realizar testes em orbita e avalia-los.

Os satélites foram baseados nos anteriores satélites Prometheus (colocados em órbita a 20 de Novembro de 2013 por um foguetão Minotaur-I a partir do MARS Wallops Isl.) e Perseus (colocados em órbita a 8 de Dezembro de 2010 por um foguetão Falcon-9 a partir do Cabo Canaveral AFB). Os têm uma vida útil entre três a cinco anos. Cada satélite possui quatro painéis solares e uma antena em espiral.

Texto: Salomé T. Fagundes e Rui C. Barbosa

Lançamento

Os preparativos finais para o lançamento iniciam-se a T-8h 30m com a activação do avião de transporte Boeing-747-400 “Cosmic Girl” e do foguetão lançador. A reunião que verifica se todos os sistemas estão prontos para o lançamento ocorre a T-4h 12m e no final é tomada a decisão de se proceder com o abastecimento de oxigénio líquido (LOX) e do gás de pressurização. O abastecimento inicia-se a T-3h 12m, terminando duas horas mais tarde.

A T-56m são desconectadas as condutas de abastecimento de LOX e de gás. O Centro de Controlo de Missão dá luz verde para que o “Cosmic Girl” possa levantar voo a T-14m e o avião é rebicado para a pista a T-10m. O avião de transporte Boeing-747-400 “Cosmic Girl” levanta voo a T=0s / L-58m.

O avião atinge uma altitude de 3.000 metros a L-54m. A auto sequência da contagem decrescente final inicia-se a L-17m, com a avião no modo de separação a L-1m. A separação ocorre a L=0m, com o avião de transporte Boeing-747-400 “Cosmic Girl” a iniciar de imediato uma manobra de afastamento.

A pré-ignição do primeiro estágio ocorre a L+3,25s, seguindo-se a ignição do motor NewtonThree do primeiro estágio a T+5,2s. Atingindo a potência máxima, o LauncherOne dirige-se para a órbita terrestre com uma queima inicial de mais de dois minutos. A potência da queima do primeiro estágio começa a diminuir a L+3m 0,5s, terminando a L+3m 7,4s (1942UTC). A separação do primeiro estágio ocorre a L+3m 10,4s.

A ignição do motor NewtonFour do segundo estágio inicia-se a L+3m 14,4s. A separação das duas metades da carenagem de protecção ocorre a L+3m 39,4s (1943UTC) e a queima do segundo estágio termina a L+9m 10,1s (1948UTC). Sete segundos mais tarde o segundo estágio entra numa lenta rotação em torno do seu eixo longitudinal (denominado ‘BBQ Roll’). O segundo estágio ficou colocado numa órbita inicial com um perigeu a 187 km de altitude e apogeu a 521 km de altitude.

Antes de iniciar a segundo ignição do segundo estágio, este vai iniciar uma manobra de orientação a L+49m 22,7s, entrando em ignição L+55m 45,7s e terminando a L+55m 50,0s. A sequência de separação da carga inicia-se a L+56m 50,0s.

Texto: Rui C. Barbosa

O LauncherOne

O LauncherOne é um foguetão de dois estágios (podendo-se considerar o avião de transporte Boeing-747-400 “Cosmic Girl” como um estágio 0). O primeiro estágio do LauncherOne é propulsionado pelo motor NewtonThree que consome RP-1 oxigénio líquido (LOX). O motor NewtonThree produz 333,62 kN de impulso e tem um tempo de queima de cerca de 3 minutos.

Após a separação entre o primeiro e o segundo estágio, o motor deste entra em ignição. O NewtonFour consome RP-1 e LOX e desenvolve 22,24 kN de impulso. Após a ignição do segundo estágio dá-se a separação das duas metades da carenagem de protecção.

O LauncherOne pode colocar até 500 kg de carga útil numa órbita terrestre baixa equatorial a uma altitude de 230 km ou uma carga até 300 kg numa órbita sincronizada com o Sol a uma altitude de 500 km. Com a adição de um terceiro estágio opcional, o LauncherOne também pode transportar cargas úteis para órbitas mais altas da Terra, para uma trajectória lunar ou destinos interplanetários.

Texto: Rui C. Barbosa

Dados estatísticos e próximos lançamentos

– Lançamento orbital: 6023

– Lançamento orbital EUA: 1723 (28,61%)

– Lançamento orbital desde Mojave ASP: 2 (0,03% – 0,12%)

Os próximos lançamentos orbitais previstos são (hora UTC):

6025 – 18 Jan (1345:??) – Falcon 9-105 (B1049.8) – Cabo Canaveral SFS, SLC-40 – Starlink-F17 (x60) [v1.0 L16]

6026 – 19 Jan (1625:??) – Chang Zheng-3B/G3 (Y74) – Xichang, LC2 – Tiantong-1 (03)

6027 – 20 Jan (0730:??) – Electron/Curie (F18 “Another One Leaves The Crust”) – Onenui (Máhia), LC-1A – GMS-T

6028 – 21 Jan (1419:??) – Falcon 9-106 – Cabo Canaveral SFS, SLC-40 – Starlink v1.0 R1-1 a Starlink v1.0 R1-10, QPS-SAR 2 (Izanami), Umbra-SAR 2001, Capella-3 (Capella Whitney-1), Capella-4 (Capella Whitney-2), ICEYE-X8, ICEYE-X9, ICEXE-X10, XR-1, Landmapper-Demo 6, Landmapper-Demo 7, GNOMES-2, GHGSat-C2 (Hugo), Hawk-2A, Hawk-E, Hawk-F, SHERPA-FX 1, ION-SCV 2 (ION SCV Laurentius), SAMSON-1, SAMSON-2, SAMSON-3, ASELSAT, CubeL (PIXL-1), LINCS-A, LINCS-B, SOMP-2b, UVSQ-SAT, CPOD A (PONSFD A), CPOD B (PONSFD B), Astrocast-1.x1 a Astrocast-1.x5, SpaceBEE x1 a SpaceBEE x24, PTD-1, Lemur-2 130 a Lemur-2 137, Prometheus-2 (10), ARCE-1A, ARCE-1B, ARCE-1C, outros satélites

6029 – 15 Fev (0445:??) – 14A14-1A Soyuz-2.1a (В15000-043) – Baikonur, LC31 PU-6 – Progress MS-16



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