Por Que o Lançamento da Crew Dragon Demo-2 é Tão Importante Para a SpaceX e Para a NASA? Pesquisadores da UNIVAP Respondem.

Olá leitor!

Recebi ontem (30/05) um artigo escrito sobre o porquê da importância desta conquista da SpaceX/NASA, escrito que foi pelo jovem Eng. Aeroespacial Mateus S. de Paula Vieira, este ligado a equipe ‘Bravo Rocket’ da Universidade do Vale do Paraíba (UNIVAP) do Estado de São Paulo. Confira!

Duda Falcão 

Por Que o Lançamento da Crew Dragon Demo-2 é Tão Importante Para a SpaceX e Para a NASA? Pesquisadores da UNIVAP Respondem.

Por Mateus Vieira, Eng. De Aeronáutica e Espaço

Bravo Rocket Team, UNIVAP 

30/05/2020 

Pela primeira vez uma empresa privada em parceria com a NASA colocará humanos em órbita. Para compreender a importância do lançamento de hoje (30 de maio de 2020) e por que ele é um marco tanto para a SpaceX quanto para a NASA, é preciso entender o contexto atual do programa espacial americano, estagnado a cerca de 10 anos devido a aposentadoria de seus orbitadores, os famosos ônibus espaciais. Depois de quase 10 anos sem lançamentos tripulados a partir do território estadunidense o país finalmente vai recuperar sua capacidade de colocar seus astronautas em órbita a partir de seu próprio território e com foguetes desenvolvidos por lá.

A última missão de lançamento de astronautas americanos a partir de solo do país ocorreu em 8 de julho de 2011 com a missão STS-135, realizada com o ônibus espacial “Atlantis” e que teve como objetivo levar equipamentos e suprimentos para finalizar a montagem da Estação Espacial Internacional (ISS), que orbita o planeta à cerca de 408 km de altitude.

Fonte: The Daily Northwestern

Lançamento do Atlantis para cumprir a STS-135 em 2011.

Essa missão de despedida foi realizada com 4 astronautas, diferentemente das missões anteriores nas quais eram embarcados 6 ou 7 – o contingenciamento se deu em virtude dos orbitadores “Discovery” e “Endeavour” já estarem aposentados, desta forma, impossibilitados de operar se caso uma  missão de resgate fosse necessária caso algum incidente ocorresse com o Atlantis em órbita. Com apenas 4 astronautas a bordo, se alguma avaria acontecesse ao veículo os 4 tripulantes poderiam ser transferidos pra ISS e retornar à Terra em naves russas Soyuz assim que possível.

A STS-135 pousou no dia 21 de julho de 2011 e marcou o fim da operação dos ônibus espaciais, dando início a um longo período de estagnação do programa espacial americano, que se viu obrigado a acordar assentos nas naves russas Soyuz. A partir daí, a NASA se viu encurralada e com sua capacidade operacional de acesso à ISS reduzida, já que os lançamentos da Soyuz eram sempre divididos com astronautas das agências espaciais russa, europeia e japonesa, além do fato de cada assento na nave russa custar cerca de 90 milhões de Dólares para os EUA.

Fonte: NASA.

Uma nave Soyuz acoplada à ISS, 2018.

É aí que surge o “Comercial Crew Program”. O Programa de Tripulações Comerciais. – Uma ação do governo americano que visa o desenvolvimento de tecnologias para reestabelecer a capacidade operacional estadunidense no espaço por meio de empresas privadas, contando com dinheiro público e administração da NASA.

Empresas privadas já construíram equipamentos para NASA no passado, como a Boeing que atuou firmemente no Programa Apollo através de participação na construção dos foguetes Saturn V. O que difere as colaborações do passado com os dias atuais é que no “Comercial Crew Program” as empresas privadas são responsáveis por todo o desenvolvimento dos produtos e também pela sua operação, contando somente com a supervisão de engenheiros e especialistas da NASA.

A SpaceX abraçou firmemente o Comercial Crew Program como sua maior oportunidade de consolidar-se como pioneira do transporte espacial privado para a ISS. A empresa de Elon Musk tornou-se famosa até mesmo entre o público que não é especialista no setor aeroespacial e o mais importante: respeitadíssima por sua competência provada nos inúmeros sucessos, principalmente devido a seus lançamentos dos foguetes Falcon 9 e Falcon Heavy, que contam com os audaciosos “boosters” (foguetes auxiliares para decolagem) que de forma autônoma podem retornar do espaço e pousar em solo ou em balsas no oceano. Esta característica se tornou marca registrada da companhia e torna os lançamentos dos foguetes Falcon mais baratos devido à capacidade de reutilizar estes blocos em lançamentos futuros, diferentemente dos lançamentos de outros modelos de foguetes em que partes dos veículos vão se perdendo ao longo de sua trajetória e a cada lançamento é necessário um veículo totalmente novo.

Fonte: Aerotime.aero

2 Boosters de um Falcon Heavy pousando, 2018.

Falando da cápsula que levará os astronautas, ela é chamada de Crew Dragon e vem sendo desenvolvida pela SpaceX desde 2014 com o objetivo de servir ao envio e retorno de humanos para a Estação Espacial Internacional e estações privadas. Ela é uma evolução da Dragon 1 que está operacional desde 2010 e serve ao transporte de cargas.

Infelizmente 2019 não foi um bom ano para o desenvolvimento da Dragon-2, que contou com longos processos de testes após a cápsula utilizada na primeira missão não tripulada explodir durante um teste dos motores SuperDraco que a equipam. Já 2020 tem sido um ano mais generoso, em 19 de janeiro a SpaceX realizou com sucesso o “In-Flight Abort Test”, teste em que a nave deveria se separar do foguete Falcon 9 em voo através do acionamento de seus 8 motores SuperDraco, o que significa que em caso de alguma anomalia que pudesse levar a uma explosão do veículo, a cápsula pode voar para longe, salvando assim a vida dos tripulantes. Foi o sucesso do teste de abortamento que abriu os caminhos para a Demo-2 poder ocorrer.

Fonte: Space.com

Momento exato em que a Dragon-2 se separa do Falcon 9 durante o Teste de Abortamento em voo.

O lançamento da Demo-2 é um dos primeiros marcos do Comercial Crew Program. A expectativa da NASA é que com a certificação da Dragon, a agência possa retomar sua capacidade operacional plena e economizar um bom dinheiro com os lançamentos realizados sem a dependência russa, já que a nave comporta 4 ou mais astronautas e todo o dinheiro investido pode ser “recuperado” ao longo prazo devido aos custos iniciais do desenvolvimento serem diluídos ao longo dos lançamentos.

Curiosamente, um dos astronautas escolhidos para tripular a Crew Dragon Demo-2 é Douglas Hurley, que esteve à bordo da missão que marcou o fim da era dos ônibus espaciais em 2011 e hoje será o Comandante da nave na Demo-2. Seu parceiro de voo é Robert Behnken, também veterano dos ônibus espaciais.

Fonte: NASA.

Robert (Bob) à esquerda e Douglas (Doug) à direita. 2020.

O lançamento deveria ocorrer no último dia 27, mas foi adiado 17 minutos antes da ignição dos 9 motores Merlin 1D do foguete Falcon 9 devido ao mau tempo na área do Centro Espacial Kennedy. Um lançamento de foguete para a Estação Espacial é totalmente calculado até os mínimos detalhes com respeito ao tempo, é o que chamamos de “janela de lançamento” – este período leva em consideração dois fatores: Temperatura do combustível nos tanques e Mecânica Orbital. Mas o que isso quer dizer?

Com relação ao propelente, ele é composto por um elemento combustível e um elemento oxidante, que no caso do Falcon 9 é o oxigênio líquido super denso (LOX) – nesta forma, o oxigênio é criogênico e só é líquido abaixo de -182 ºC. O combustível é o RP-1 (semelhante ao querosene) e assim como o LOX tem uma densidade maior quando está bem frio. Na câmara de combustão de cada um dos motores Merlin 1D, oxidante e combustível se encontram e a quantidade necessária de cada um dos elementos, bem como o desempenho de queima esperado são calculados com base na temperatura estimada da mistura no momento exato do lançamento, desta forma, deixar os elementos aquecerem com o tempo deixará a queima menos eficiente e prejudicará a propulsão do foguete.

Focando na Mecânica Orbital, ela é a ciência que nos permite calcular trajetórias que nos levem a qualquer ponto no espaço com o menor tempo e menor gasto de energia, o que pode ser facilmente entendido como mais rápido e barato possível. Quando o foguete é lançado, a ISS não está nem perto do território americano, podendo estar até mesmo do outro lado do planeta. Quando o Falcon 9 colocar a Dragon-2 em órbita, ela estará abaixo da ISS e uma série de manobras a possibilitará perseguir a estação, indo em direção a um ponto no espaço onde o encontro entre as duas se dará. O momento exato do lançamento é calculado friamente para que essa perseguição seja a mais rápida e menos “exaustiva”, gastando o mínimo de propelente possível, e garantindo também que a Dragon esteja no lugar certo, na hora certa. Se a Dragon-2 se atrasar, ela perde a chance de se conectar a ISS e ficará perdida e sem suprimentos, como ocorreu com a sua concorrente, a cápsula CST-100 “Starliner” da Boeing em dezembro de 2019.

Fonte: SpaceX

Perfil da missão até a ISS.

No caso da Demo-2, a janela de lançamento é de cerca de 30 minutos, divididos em duas partes: uma metade deste tempo antes e a outra após a hora exata programada para o lançamento, já contando com uma digna margem de segurança. Dada a importância da janela de lançamento, e o porquê da primeira tentativa ser abortada, uma nova tentativa de lançamento deveria ocorrer na próxima janela, que é justamente hoje (30) às 16h22 (Brasília).

Os trajes que os dois astronautas usarão são desenvolvidos (surpresa) também pela SpaceX, com direito a capacetes impressos em 3D e luvas sensíveis ao toque. A função principal do traje é garantir a pressurização e regular a temperatura corporal dos tripulantes, mas não serve para as caminhadas espaciais fora de ambientes pressurizados, as famosas “spacewalks”.

Depois dos astronautas serem devidamente vestidos e terem seus últimos exames médicos realizados, deixarão o prédio e partirão em Teslas Model X customizados para a plataforma de lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy (Merritt Island, Flórida) e desembarcarão frente aos elevadores que os levarão até o futurístico braço de acesso para dentro da Crew Dragon.

Diferente de qualquer outro lançamento da história, o foguete só é carregado com oxidante e combustível após o embarque dos tripulantes, isto acontece porque como já vimos, quanto mais próximo do lançamento o foguete for carregado, mais eficiente será a combustão do propelente e melhor a propulsão. A preocupação natural da NASA é que algum problema aconteça nesse período levando a uma explosão do veículo, porém, em caso de anomalia, o Abort System entra em ação e os motores da cápsula garantem que  ela seja ejetada para longe do corpo do foguete.

Fonte: NASA

Falcon 9 pronto na Base de lançamento.

O Falcon 9 vai decolar às 16h22 (horário de Brasília) se um novo adiamento não for necessário. Depois de 02:33 minutos de voo a separação de estágios deve ocorrer e o primeiro-estágio dará meia volta para tentar um pouso autônomo na balsa OCISLY (Of Course I Still Love You) posicionada no oceano, deixando a missão ainda mais incrível.

Fonte: SpaceX.

Perfil da missão até o momento que o primeiro-estágio pousa e a Dragon segue sua trajetória.

A Dragon é bastante diferente de outras naves utilizadas no passado, totalmente avançada e com um belo design, além de ter todos os botões e os típicos “reloginhos” do passado substituídos por telas touchscreen similares ao “Full Glass Cockpit” já conhecido nas aeronaves mais modernas.

Os tripulantes devem checar o sistema de controle manual da nave, porém a aproximação com  a ISS vai acontecer de forma totalmente autônoma e o acoplamento com o adaptador pressurizado PMA-2 do módulo Harmony da estação deve ocorrer 19 horas após o lançamento, concluindo a primeira parte da missão.

Os dois astronautas podem ficar até 110 dias na ISS e durante este período orbitando nosso planeta podem realizar suas tarefas relacionadas à certificação da cápsula, bem como participar de experimentos em andamento na estação.

Quando chegar a hora de retornar para a casa, Bob e Doug vão retornar aos seus assentos dentro da Dragon e iniciar o procedimento de reentrada. Ocorre a separação entre o módulo de comando (onde os astronautas estão) e o módulo de serviço chamado de tronco “trunk”.

Apenas o módulo de comando faz as manobras de reórbita e reentrada atmosférica, caindo em direção ao oceano atlântico. O sistema de recuperação da Dragon é avançadíssimo e conta com uma série de drogues e paraquedas que garantem que o “splashdown” no Atlântico seja suave, aí é só relaxar e aguardar o resgate. Veja o vídeo a seguir de testes de desenvolvimento do sistema: https://youtu.be/B9eYCGOlr5Y 

Fonte: SpaceX.

Momento em que a Dragon-2 amerissa com seus paraquedas no mar.

Em sua totalidade, a missão valida todo o sistema de transporte de tripulação da SpaceX: Projeto, Equipes de Engenheiros e Técnicos, Foguete, Base de Lançamento, Nave e Capacidade de Operação.

Se a missão acontecer atendendo todos os critérios da NASA a Crew Dragon deverá ser certificada para voos tripulados e sua agenda de lançamentos poderá ser aberta. Os EUA recuperam sua capacidade operacional de enviar seus astronautas ao espaço por meios próprios e a SpaceX sai à frente de suas concorrentes detendo o título de primeiro lançamento comercial tripulado da história. Sem dúvidas, a Demo-2 marca o início de uma era de exploração e transporte espacial sem precedentes, contando com empresas privadas podendo projetar e operar seus veículos, o que fomenta (quem sabe) até mesmo o turismo espacial e abre caminhos para novas missões tripuladas para a Lua e escalas para Marte.

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