AeroespacialCiênciaEngenharia aeroespacialTecnologiaUma nova geração de foguetes gigantes está prestes a decolar

Diógenes Henrique1 ano atrásUma renderização do Space Launch System da NASA. (Crédito: NASA)
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Anos de trabalhos e produto de centenas de milhões de dólares de investimentos, uma nova geração de foguetes enormes em breve irá decolar.

Faz 44 anos que o poderoso Saturno V rugiu em direção ao céu de uma plataforma de lançamento no Kennedy Space Center, na Flórida. O foguete alto, gerando energia suficiente para levantar o equivalente a 122 toneladas em órbita, foi o cavalo-de-obra das missões Apollo para a Lua.

No começo deste ano, a SpaceX planeja lançou o seu foguete ainda mais poderoso a partir da mesma plataforma. O tão aguardado Falcon Heavy é a chave para enviar turistas ao redor da Lua, lançar a primeira missão da companhia rumo a Marte e para melhorar o negócio de defesa, planos da empresa Hawthorne.

Mas, ao contrário do Saturno V, o Falcon Heavy terá muita concorrência.

Obra de anos e produto de centenas de milhões de dólares de investimentos, uma nova geração de foguetes gigantes em breve ocupará o céu. Seus fabricantes variam desde startups espaciais passando por gigantes aeroespaciais até as agências espaciais dos Estados Unidos, da Rússia e da China.

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Graças aos avanços com relação a combustível, materiais e eletrônicos, os novos foguetes, embora fisicamente menores que algumas das gigantes da Era Espacial, podem ser mais eficientes e econômicos. Eles serão capazes de levantar pesados satélites espiões para uma grande órbita ou tripulações para o espaço profundo.

A corrida de novos foguetes levou alguns a questionar se a NASA precisa mesmo construir seu próprio veículo espacial novo e grande — e se haverá negócios de lançamento suficientes para acionar os motores.

Após anos de monopólio, o lucrativo negócio de lançamento de satélites confidenciais de segurança nacional agora é competitivo, o que pode ser um incentivo para os grandes foguetes. Mas, ao mesmo tempo, a demanda por lançamentos de grandes satélites não deverá mudar.

E, no caso da SpaceX, o foguete Falcon 9, que acabou de completar a 47ª missão, 17 dessas ano passado, foi atualizado até o ponto em que pode lidar com cargas mais pesadas do que inicialmente previsto.

Enquanto a SpaceX pensou primeiro que iria voar os mesmos números de Falcon 9s quanto os de Falcon Heavys, mas essa proporção está a ser cerca de duas a três vezes mais missões comerciais para o Falcon 9. O lançamento do satélite Inmarsat-5 F4 pela primeira vez na empresa em um Falcon 9 havia sido inicialmente programado para um Falcon Heavy.

“Existe uma parte do mercado comercial que requer Falcon Heavy”, declara a presidente da SpaceX Gwynne Shotwell ao Los Angeles Times. “Existe, e será consistente, mas é muito menor do que pensávamos”. Mas isso não dissuadiu os fabricantes de foguetes.

Um analista estimou que as empresas juntas estão despejando centenas de milhões de dólares nos grandes foguetes. A SpaceX diz que o preço de um lançamento do Falcon Heavy será de pelo menos 90 milhões de dólares, contra os 62 milhões de dólares para o Falcon 9.

Em 2016, o presidente-executivo da Amazon Inc., Jeff Bezos, revelou planos para um foguete pesado chamado New Glenn a ser construído pela empresa espacial Blue Origin. O foguete, que terá versões de dois estágios e três estágios, foi projetado para lançar satélites comerciais e levar seres humanos ao espaço. Os analistas especularam que a Blue Origin também pode eventualmente competir no mercado de lançamento para a segurança nacional dos Estados Unidos.

A United Launch Alliance (ULA), uma joint venture da Lockheed Martin Corp. e da Boeing Co., propôs um novo foguete chamado Vulcan, que eventualmente substituiria seus atuais veículos de capacidade intermediária e pesada.

A Orbital ATK Inc., uma empresa aeroespacial comercial em Dulles, Virginia, pretende expandir sua formação com seus primeiros foguetes intermediários e pesados, conhecido por agora como o Next Generation Launcher (NGL).

A Arianespace da Europa já pode usar o seu lançador pesado Ariane 5 para levar dois grandes satélites ao espaço.

Embora os foguetes pareçam semelhantes na decolagem, seus fabricantes podem ser seletivos nos contratos que eles visam.

A SpaceX, por exemplo, tentou competir por quase todos os tipos de lançamentos, mas a Orbital ATK parece se concentrar nos extremos do mercado: pequenas e grandes cargas úteis, disse Carissa Christensen, diretora-chefe da consultoria Bryce Space and Technology“O mercado de lançamento é complicado e tão especializado que todos esses competidores poderiam encontrar um nicho”.

 

Novo combustível, motores velhos

O governo dos EUA, juntamente com seus contratados, tem uma longa história de desenvolvimento de grandes foguetes. Isso inclui o Saturno V, o maior e mais poderoso foguete já lançado com sucesso, e o Delta IV Heavy da ULA, o foguete mais poderoso atualmente usado pela Força Aérea para transportar satélites de segurança nacional para a órbita terrestre.

Os lançadores pesados de amanhã pretendem aproveitar as vantagens dos principais desenvolvimentos em materiais compostos, eletrônicos e outras tecnologias.

O propulsor de primeiro estágio do foguete Vulcan proposto pela ULA, por exemplo, poderia ser alimentado por motores BE-4 em desenvolvimento pela Blue Origin, que funcionam com combustão em fase transitória de gás natural liquefeito e oxigênio líquido. Esses motores também serão usados foguete New Glenn da própria Blue Origin.

O gás natural liquefeito, ou o metano, é mais limpo do que o querosene, um combustível de foguete mais convencional. Isso significa que ao usar o gás natural liquefeito é menos provável o entupimento as tubulações de combustível no motor e facilita a limpeza e o reuso, constata Ann Karagozian, professora de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade da Califórnia (UCLA), em Los Angeles.

O metano também auto pressuriza, o que poderia eliminar a necessidade de um sistema separado de pressurização dos tanques de combustível.

“Seria bastante novo, original e diferente usar metano”, concluiu Karagozian. “Mas … não foi usado em nenhum grau significativo neste país”, então não há infraestrutura instalada capaz de disponibilizar o combustível nas instalações de lançamento.

Mas nem toda a tecnologia é completamente vanguarda. O estágio central do veículo Space Launch System (SLS) da NASA usará quatro motores RS-25 — relíquias da era do programa dos ônibus espaciais que estão sendo adaptadas com novos controladores que são mais inteligentes do que os computadores do passado.

A NASA já tem quatorze motores que já haviam voado nos ônibus espaciais e material suficiente para criar dois novos motores, afirmou Jim Paulsen, vice-presidente de programas da NASA na Aerojet Rocketdyne, que fabrica os motores. Apesar de sua idade, o RS-25 continua a ser o “motor de reforço mais eficiente”, declarou o porta-voz da empresa, Glenn Mahone. A empresa realizará testes nos motores para garantir que tudo esteja funcionando corretamente antes de ser testado como um estágio central.

A reutilização de peças após o lançamento mudou a conversa sobre economia de foguetes, e isso poderia ser mais um fator a derrubar os preços dos grandes foguetes, se houver demanda suficiente. Tanto a Blue Origin quanto a SpaceX projetaram seus propulsores de primeiro estágio para poderem aterrissar após o lançamento.

O presidente-executivo da SpaceX, Elon Musk, já havia dito ao Los Angeles Times em julho do ano passado que o Falcon Heavy tentaria aterrar seus dois propulsores laterais — e que vinha planejando em seu voo de demonstração será reutilizado primeiro estágio de missões anteriores —, bem como seu reforço central em uma espécie de “balé aéreo sincronizado”. Ontem tal façanha foi realizada pela SpaceX, missão que é tida como um completo sucesso, apesar de um dos três propulsores não ter sido recuperado, pois a “carga útil” chegou com segurança ao seu destino.

Na época, Shotwell havia informado que a empresa estava atualmente trabalhando para ver se era possível trazer os impulsionadores laterais de volta à terra, mais especificamente à zona de pouso em Cabo Canaveral. A SpaceX também poderia precisar, naquela altura, construir mais droneships, as balsas não tripuladas que ficam no oceano esperando o propulsor pousar, caso a empresa optasse por pousar os impulsionadores laterais no mar, ela disse. Mas hoje sabemos que esse não foi o caso.

O veículo espacial Apollo 11 Saturn V decola com os astronautas Neil Armstrong, Michael Collins e Edwin
O veículo espacial Saturn V decola com os astronautas da missão Apollo 11. A bordo Neil Armstrong, Michael Collins e Edwin “Buzz” Aldrin em 1969. (Foto: NASA)

Perseguindo satélites espiões

Uma explosão de lançamento de pequenos satélites para disponibilização de Internet, de imagem comercial e de observação da Terra levou a uma onda de novas empresas de foguetes, várias delas com sede no sul da Califórnia.

Enquanto os pequenos lançadores estão sendo desenvolvidos para dar a esses satélites um passeio direto ao espaço, a implantação inicial dessas chamadas constelações provavelmente exigirá lançamentos de 10 ou mais satélites de cada vez — e foguetes mais pesados — para que essas constelações de pequenos satélites entrem em operações o mais rápido possível, constata Marco Caceres, analista sênior para assuntos do espaço no Teal Group.

A demanda por foguetes pesados permanecerá relativamente estável nos próximos 10 anos, de 20 a 25 lançamentos por ano, de acordo com dados da Bryce Space and Technology. No entanto, espera-se que as empresas dos EUA ganhem mais contratos no mercado internacional de lançamento, segundo Phil Smith, analista sênior de espaço na Bryce Space and Technology.

O sucesso da SpaceX há dois anos em desafiar o monopólio da ULA em lançamentos militares pode ter encorajado novos desafiadores a tentar competir pelo número limitado de lançamentos de segurança militar e outros.

A OrbitalATK  planeja competir os seus foguetes intermediários e pesados NGL propostos em futuras disputas por lançamentos da Força Aérea. Até ano passado, a empresa havia aprovado revisões de design do NGL cruciais e atualmente planeja um teste estático de seu propulsor de quatro segmentos por volta de 2022. A empresa espera que o foguete esteja operacional em 2024.

A Orbital ATK vê o NGL como uma progressão natural de seus foguetes menores, como o Pegasus e o Antares. O Antares atualmente fornece suprimentos para a NASA para a Estação Espacial Internacional.

“Nós demos passos muito graduais na melhoria de nossa capacidade”, afirma Mark Pieczynski, vice-presidente de desenvolvimento de negócios e estratégia do grupo de sistemas de voo da Orbital ATK. “Estamos agora prontos para entrar na classe intermediária e pesada”. A empresa e a Força Aérea estão investindo mais de 200 milhões dólares para desenvolver o sistema de lançamento.

A SpaceX também planeja buscar a certificação da Força Aérea para seu Falcon Heavy visando lançamentos de segurança nacional. Após o voo de demonstração de 06 de fevereiro, o primeiro lançamento do cliente do Falcon Heavy será para a Força Aérea.

A entrada da SpaceX no mercado de lançamento militar também pode ter encorajado a ULA a desenvolver seu foguete da próxima geração, o Vulcan, para competir, disse Caceres. A joint venture da Boeing-Lockheed tem afirmado que o Vulcan permitirá lançamentos “mais acessíveis”. “Eu acho que a ULA se sentiu vulnerável e eles tiveram que se mudar para uma nova direção”, afirmou.

A missão para Marte

A exploração do espaço profundo é uma missão que não pode ser abordada sem o poder que proporcionam os foguetes maiores.

A NASA embarcou em um provável programa de vários bilhões de dólares para desenvolver o foguete SLS, a cápsula da tripulação Orion e suas instalações associadas necessárias ao lançamento. Com a nova diretriz para a política espacial dos Estados Unidos, a chamada “Diretiva de Política Espacial 1”, assinada pelo Presidente Trump ano passado, a ordem é que a NASA use nosso satélite natural com ponto de apoio para uma futura missão tripulada ao planeta vermelho.

A versão mais pequena do SLS está configurada para fazer o seu primeiro vôo não tripulado em 2019 quando ele viajará por uma órbita retrógrada distante em torno da Lua. A versão maior  de  111,25 metros (ou 365 pés) do foguete deverá fazer seu primeiro voo em 2028 ou 2029.

O objetivo final é chegar ao espaço profundo, que inclui Marte, disse Garry Lyles, engenheiro-chefe da Escritório do Programa do SLS no Marshall Space Flight Center em Huntsville, Alabama. “Não foi concebido para fazer uma missão. É projetado para fazer qualquer missão no espaço profundo”.

O programa SLS da NASA utilizou novos avanços tecnológicos e baseou-se nas lições aprendidas com o programa dos ônibus espaciais ao incorporar de materiais compósitos mais leves e baratos. O SLS é também pioneiro na nova tecnologia de soldagem que utiliza impressão 3-D para fabricar peças do motor, disse Lyles.

Mas o programa também enfrentou desafios técnicos e de custo que, em última análise, contribuíram para um atraso no primeiro voo do foguete e da cápsula.

Um relatório do Escritório de Inspetores da NASA, divulgado ano passado, citou estimativas de que o envio de uma equipe para Marte poderia custar mais de 400 bilhões no momento de uma segunda missão ao Planeta Vermelho na década de 2040.

O relatório diz que a NASA precisa desenvolver um plano e horário de missão mais detalhados e deve estabelecer estimativas de custos aproximadas para deixar claro a “magnitude do investimento contínuo necessário para tornar a exploração humana de Marte realidade em 2030 ou 2040”.

O Congresso dos Estados Unidos pode recusar a fazer esse investimento se a SpaceX for bem-sucedido com o Falcon Heavy, disse ano passado Caceres do Teal Group ao Los Angeles Times.”Haverá crescente pressão do Congresso para obter da NASA uma resposta do porquê a agência precisa do SLS”, afirmou o analista. “É um programa extremamente caro”.

Lyles, no entanto, disse que apoiava a entrada da indústria privada no negócio de grandes foguetes. “Tanto quanto possível podemos inspirar outras empresas de veículos de lançamento e a indústria a entrar nesse empreendimento espacial, acho que esse é o nosso trabalho”, disse ele. “Estou realmente esperançoso e torcendo para que as empresas comerciais façam o que estão fazendo”.

Texto traduzido e adaptado do original de Samantha Masunaga publicado no Los Angeles Times em 14 de julho de 2017. Saiba mais sobre o SpaceX BFR aqui. Saiba mais sobre a certificação já obtida pela SpaceX para o Falcon 9 aqui, contudo, a certificação para o Falcon Heavy ainda não foi emitida para empresa de Elon Musk.