Ares I-X

Missão e Triboelectrificação:
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O lançamento inaugural do Ares I, na sua versão Ares I-X, foi adiado devido ao mau tempo sobre o Centro Espacial Kennedy. A passagem de sistemas nublosos sobre a plataforma de lançamento e na zona pela qual o foguetão deveria voar, levou os controladores de voo a adiar o lançamento por 24 horas. Curiosamente, um dos aspectos que mais interesse despertou foi o aparecimento de uma nova regra no dicionário da NASA que até agora nunca tinha evitado um lançamento, nomeadamente de um vaivém espacial, a triboelectrificação.

Este lançamento irá marcar a primeira vez desde o longínquo ano de 1981 que a NASA irá levar a cabo uma missão com um veículo espacial que não o vaivém espacial. O Ares I-X é um veículo único, desenhado para testar um primeiro estágio unicamente constituído por um motor de propulsão sólida.

O último fim de semana foi passado pelos engenheiros e trabalhadores da NASA a levarem a cabo os últimos preparativos para o lançamento. Foram levados a cabo ligações das ordenanças, testes de resistência dos controladores PIC (Pyro Initiator Controller), verificações dos sistemas de recolha e do sistema de finalização de voo.

O Ares I-X foi elctricamente activado na fase inicial da contagem decrescente que teve início ás 0500UTC do dia 27 de Outubro. Não existiram problemas técnicos associados aos preparativos do foguetão e todos os testes relacionados com os sistemas no solo, nomeadamente da plataforma de lançamento LC-39B, decorreram como previsto. Por outro lado, quase todos os 700 sensores instalados no Ares I-X funcionaram como previsto.

De facto, o único problema que a NASA antecipava que pudesse levar a um adiamento do lançamento era a chamada ‘triboelectrificação’. Nos últimos anos a NASA não se teve de preocupar com este problema pois não afecta o vaivém espacial e os foguetões que são lançados desde o Cabo Canaveral ou desde a Base Aérea de Vandenberg, estão protegidos.

Mas o que é a triboelectrificação? Este fenómeno pode ser testado quando caminhamos em cima de uma carpete seca ou então quando passamos a mão pelo pêlo de um gato e depois tocamos numa superfície metálica: a energia estática. No cado do Ares I-X, a voar através de nuvens altas, pode gerar a denominada ‘estáctica P’, P de precipitação, que pode criar uma coroa de estáctica em torno do foguetão que interfere com os sinais de rádio enviados para ou pelo lançador. Isto pode criar problemas quando o foguetão tenta transmitir os dados para as estações no solo ou quando o Range Safety Officer, na estação da Força Aérea em Cabo Canaveral, necessita de enviar um sinal para o sistema de finalização de voo. Até que o 45º Space Wing e respectivo avião de observação não observarem os céus limpos, o Ares I-X terá de esperar.

Com uma altura de 99,7 metros, o Ares I-X é o terceiro meior foguetão alguma vez construído atrás do Saturno-V e do N-1. O lançador é composto por quatro segmentos SRB (Solid Rocket Booster), um quinto elemento SRB de simulação (isto é, sem combustível sólido no seu interior), um simulador do estágio superior USS (Upper Stage Simulator), e um simulador da cápsula Orion e sistema de emergência LAS (Launch Abort System). Devido ao facto de um Ares-I possuir como única fonte de propulsão um único SRB, tiveram de ser levadas a cabo algumas adaptações ao sistema de controlo do veículo para este lançamento. A mais importante destas modificações foi a inclusão de um sistema RoCS (Roll Control System) para auxiliar o veículo a manter a sua orientação durante o voo. Desenvolvido pelo Centro de Voo Espacial Marshall (Huntsville, Alabama), o RoCS irá levar a cabo uma manobra de rotação de 90º após o veículo passar a altura da torre de serviço da plataforma de lançamento, levando também a cabo o controlo da rotação no voo.

De notar que numa missão lunar o Ares-I não terá de levar a cabo uma manobra de rotação após passar a LUT (Launch Umbilical Tower), o Ares I-X tem de levar a cabo uma manobra de rotação de 90º para se orientar para a mesma posição que o Ares-I estará na fase de queima do primeiro estágio. O eixo de voo do Ares-I irá apontar em direcção a Este enquanto que o foguetão está na plataforma de lançamento. O Ares I-X está a apontar para Sul devido à necessidade de se utilizar o actual equipamento do vaivém espacial para o acesso ao SRB na plataforma de lançamento. No entanto, se o Ares-I for utilizado para transportar tripulações e equipamento para a ISS, o veículo terá de levar a cabo uma manobra de rotação para se orientar para uma trajectória em direcção a Norte.

Para além do facto de o Ares-I ter de executar ou não esta manobra, o RoCS será utilizado para impedir que o veículo entre em rotação desordenada em relação ao seu eixo de voo. Este fenómeno é causado pela combinação da tendência natural do veículo para rodar em torno do seu eixo e das múltiplas protuberâncias na fuselagem que criam instabilidades na corrente de ar que percorre a sua superfície em voo.

Os sistemas de eliminação deste fenómeno estão localizados logo abaixo do USS no Ares I-X.

A introdução do RoCS não foi a única modificação feita em especial para este voo. Outros quatro componentes do SRB para o Ares I-X foram construídos especificamente para este lançamento: o Frustum, a Forward Skirt Extension, a Forward Skirt e o Fifth Segment Simulator. Este último é de especial interesse e será recuperado após a missão. O segmento está colocado no topo do segmento dianteiro mais activo e na parte inferior da ‘forward skirt‘, ou saia dianteira do SRB. Este simulador serve para alongar o Ares I-X até à altura do Ares-I e contém a maior parte dos sistemas electrónmicos e aviónicos que serão utilizados durente o voo, além de simular a massa de um SRB.

Os sistemas aviónicos no Ares I-X foram desenvolvidos pela Jacobs Engineering e pela Lockheed Martin e contém de equipamentos provenientes do foguetão Atlas, de sistemas aviónicos modificados dos SRB, alguns desenvolvimentos e sistemas inovadores. Os sistemas são constituídos pela FTINU (Fault Tolerant Inertial Navigation Unit), pelo sistema de comunicações do solo, pelos sistemas de comendo e controlo, pelo módulo FSAM (First Stage Avionics Module), pelo ATVC (Ascent Thrust Vector Controller), e pelo COTS-DFI (Commercial-Off-The-Shelf Developmental Flight Instrumentation).

O sistema será responsável pelo controlo do primeiro estágio desde o lançamento até à sua recuperação, e pelo registo de dados e envio de telemetria para o solo através das antenas de comunicações do lançador.


Vôo:
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O voo de ensaio do Ares I-X deverá ter uma duração de sete minutos desde o momento da ignição do primeiro estágio até à sua amaragem. Deste tempo, a duração da fase de propulsão deverá variar entre 122 segundos e 132 segundos.

Não havendo problemas e atrasos a registar, a contagem decrescente para o lançamento tem início às 0500UTC. Nesta altura é também lançado o primeiro balão meteorológico, além de se iniciarem os preparativos para a activação do sistema eléctrico do lançador. Pelas 0730UTC são removidos os sistemas de arrefecimento, dando-se o alinhamento para o voo da unidade de navegação a bordo do Ares I-X e a retracção da plataforma de acesso ao módulo do sistema de aviónicos do primeiro estágio.

Por volta das 0800UTC a equipa de controlo chega às suas consolas no Centro Espacial Johnson, Houston – Texas, e pelas 0830UTC são lançados mais balões atmosféricos. O alinhamento da unidade da plataforma inercial é finalizado pelas 0900UTC.

Abrigado pela estrutura de serviço rotativa RSS, esta é recolhida para a sua posição de lançamento às 0925UTC.

O Ares I-X é mantido estável na plataforma de lançamento pelo sistema de estabilização do veículo VSS. Este sistema é recolhido às 1000UTC e logo de seguida procede-se ao início dos preparativos para tornar a plataforma segura para o lançamento. A evacuação final da plataforma de lançamento inicia-se às 1100UTC, com a verificação de todas as interfaces críticas para o voo.

O sistema de finalização de voo FTS, que permite a destruição do foguetão no caso da ocorrência de algum problema na fase inicial do lançamento, é activado às 1117UTC. A contagem decrescente entra numa paragem às 1136UTC a T-4m. Não ocorrendo qualquer problema, a denominada Launch Authority Team irá levar a cabo a verificação final para o lançamento às 1146UTC, com a contagem decrescente a ser retomada às 1156UTC não havendo qualquer problema. Caso ocorra algum problema (técnico ou relacionado com as condições atmosféricas), existe uma janela de lançamento de quatro horas para se aguardar para melhoria das condiçoes atmosféricas ou para resolver qualquer problema técnico.

Quando a contagem decrescente for retomada, os dispositivos do sistema FTS são armados a T-3m 30s. A T-3m 45s é armad o dispositivo de segurança do SRB.

A T-2m 59s o Ares I-X começa a utilizar as suas baterias internas para o fornecimento de energia, procedendo-se também ao início do registo de dados através do gravadores a bordo (T-2m 54s). O sistema de controlo de voo é colocado em modo de voo a T-1m 40s, passando a modo de voo interno a T-1m 20s. Nesta altura dá-se início à denominada à contagem da Ground Control Station.

Os aquecedores das juntas do SRB são desactivados a T-50s e a T-40s são desactivados os aquecedores do geradores a gás. A T-35s o sistema de controlo de voo passa a operar em modo inercial e a única APU (Auxiliary Power Unit) é activada a T-28s com um teste de movimento do escape do SRB a ter lugar a T-21s.

Os sistemas piortécnicos de ignição e fixação são armados a T-18s e o sistema de supressão sónica através de descarga de água é activado a T-16s. O denominado Commander Receiver/Decoder é inibido a T-10s.

Os parafusos de fixação são rompidos e o SRB entra em ignição a T-0s (1200UTC). Nesta altura o Ares I-X tem um peso de 816.300 kg com o primeiro estágio a fornecer entre 1.179.300 kgf e 1.497.000 kgf que irão levar o veículo a uma altitude de 39,6 km.

Logo após a ignição o escape do SRB é orientado de forma a afastar o lançador da torre de lançamento. O primeiro movimento do foguetão deverá ocorrer a T+0,2s. A T 6s o sistema RoCS será activado e dará início ao programa de rotação. Durante os primeiros 91 segundos de voo o RoCS será activado a cada 10 segundos para eliminar qualquer rotação axial do veículo. Por volta dos T 50s o Ares I-X deverá atingir a zona de máxima pressão dinãmica sobre o veículo, ou MaxQ.

A fase do sistema de controlo de voo termina a T+2m 00,6s, iniciando-se então a fase de separação. O final da queima do SRB deverá ter lugar a T+2m 4s, mas esta poderá também acontecer a T+2m 12s. A T+2m 13,9s (tendo em conta que o final de queima ocorra a T+2m 12s), é armado o controlador BDMPIC (Booster Decelaration Motor and Pyro Initiator Controller) para que a separação do primeiro estágio ocorra a T+2m 13,9s com o sistema TVC (Thrust Vector Control) a ser anulado e o sistema RoCS a der desactivado a T+2m 14s. A unidade APU do primeiro estágio é desactivada a T+2m 14,5s.

A T+2m 14,9s são activados oito motores BDM (Booster Decelaration Motors), seguidos 0,1 segundos mais tarde pela separação entre o SRB e a USS. Nesta altura o Ares I-X estará a viajar a uma velocidade de Mach 4,76 e a uma altitude de 39,6 km. Os motores de queda do SRB serão activados a T+2m 18s para induzir no propulsor um movimento horizontal e aumentar assim o atrito, impedindo o posterior contato com o USS. A T+2m 45s dá-se a activação dos sistemas pirotécnicos da unidade de recolha.

Após chegar a uma altitude de 45,7 km, o sistema dos pára-quedas será activado a 4,9 km com a abertura dos pára-quedas piloto. Os pára-quedas principais serão abertos a T+6m 15s, abrandadndo a queda do SRB para a sua posterior amaragem que irá ocorrer pouco depois de T+7m. O SRB deverá ser recuperado e rebocado para Port Canaveral onde será inspeccionado, procedendo-se á remoção do gravador de dados, e posteriromenet desmontado e enviado para a ATK no Utah.


Plataforma de Lançamento:
Arex I-X00044
A NASA procedeu ao transporte do foguetão Ares I-X para a Plataforma de Lançamento LC-39B do Centro Espacial Kennedy, Florida, iniciando assim os preparativos finais para o seu lançamento que terá lugar às 1200UTC do dia 27 de Outubro de 2009.
O foguetão Ares I-X consiste em quatro segmentos de propuslores sólidos sobre os quais está um simulador de um outro segmento de propulsão sólida, terminando assim o primeiro estágio. O segundo estágio criogénico do Ares-I é também aqui simulado, bem como a cápsula Orion e o sistema de salvamento de emergência. O segundo estágio, a cápsula Orion simulada e o sistema de emergência serão descartados para o Oceano Atlântico durante este voo suborbital.
No Ciência Hoje:
“Ares 1-X é a proposta da NASA para substituir os space shuttles. (…)
Embora 40 por cento dos foguetões fracassam nos seus testes, a NASA está confiante no sucesso deste protótipo.
Contudo, a viabilidade deste foguetão está em risco, pois a comissão de especialistas designada por Barack Obama já apresentou a lista de naves que iriam servir a estação espacial americana, onde não constava o Ares, por o considerarem “insustentável”.
Ainda assim, caso o projecto se mantenha, este foguetão, que é o de maior envergadura desenvolvido pela NASA nas últimas três décadas, deverá realizar a sua missão inaugural antes de 2016.”


Lançamento:
Ares I-X
Depois de alguns adiamentos, devido às condições meteorológicas, o gigante Ares I-X foi lançado com sucesso!
O vôo experimental do novo mega-foguetão da NASA, o Ares 1, partiu hoje do Centro Espacial Kennedy, na Flórida, às 15h30 de Portugal.
Ares I-X
O Ares 1 (o X à frente do nome, é por ainda estar na fase experimental) tem quase cem metros de altura e pretende substituir os vaivéns espaciais!
O Ares1-X custou 300 milhões de euros, e até pode ser descartado, se fôrem adoptadas algumas opções do Relatório Augustine (leiam aqui).

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Proporcionando um espectáculo visual que fez lembrar os grandes momentos da exploração espacial, a NASA procedeu ao lançamento do foguetão experimental Ares I-X a partir da Plataforma de Lançamento LC-39B do Centro Espacial Kennedy. O lançamente teve lugar às 1530:01,000UTC do dia 28 de Outubro de 2009.
A NASA considerou o lançamento um sucesso apesar de se terem verificado algumas anómalias, entre as quais a falha de um dos pára-quedas do primeiro estágio. Ainda está por determinar se o primeiro estágio colidiu ou não com o estágio superior USS logo após a separação entre ambos.

Apesar do sucesso da missão, e tendo em conta as conclusões do Relatório Augustine, o programa de desenvolvimento do Ares-I encontra-se num limbo á espera da decidão da Administração Obama. Para muitos, este espectacular lançamento pode ter sido o canto do cisne do Ares-I e duvida-se que alguma vez o Ares I-Y, previsto para Setembro de 2013, veja a luz do dia.

Como foi referido anteriormente, a primeira tentativa para o lançamento do Ares I-X, registada a 27 de Outubro, foi adiada por 24 horas devido às várias violações das regras relacionadas com as condições atmosféricas, entre as quais as limitações ao nível da regra de triboelcetrificação e dos ventos excessivos na plataforma de lançamento. Outros problemas levaram ao adiamento, nomeadamente a entrada de uma embarcação na área restrita e os problemas na remoção de uma cobertura protectiva no topo do lançador. ESta remoção havia sido ensaiada mais de 200 vezes sem qualquer problema!

No dia 28 de Outubro, e tal como já havia acontecido no dia anterior, o lançamento foi sendo sucessivamente adiado devido às más condições atmosféricas. No entanto, e com o aproximar do limite da janela de lançamento, todas as condições foram reunidas para que o Ares I-X pudesse ser lançado.
Estando parada durante longos minutos em T-4m, a contagem decrescente foi retomada ás 1326UTC. Então os dispositivos do sistema FTS foram armados a T-3m 30s.
A T-2m 59s o Ares I-X começou a utilizar as suas baterias internas para o fornecimento de energia, procedendo-se também ao início do registo de dados através do gravadores a bordo (T-2m 54s). O sistema de controlo de voo foi colocado em modo de voo a T-1m 40s, passando a modo de voo interno a T-1m 20s.
Os aquecedores das juntas do SRB foram desactivados e de seguida foram desactivados os aquecedores do geradores a gás. A T-35s o sistema de controlo de voo passou a operar em modo inercial e a única APU (Auxiliary Power Unit) foi activada a T-28s (escutando-se nesta altura o seu tradicional som). A T-21s teve lugar um teste de movimento do escape do SRB.
Os sistemas pirotécnicos de ignição e fixação foram armados a T-18s e o sistema de supressão sónica através de descarga de água foi activado a T-16s. O denominado Commander Receiver/Decoder foi inibido a T-10s. Os parafusos de fixação do lançador foram rompidos e o SRB entrou em ignição a T-0s (1530:01,000UTC).

Logo após a ignição o escape do SRB foi orientado de forma a afastar o lançador da torre de lançamento. O primeiro movimento do foguetão deverá ter ocorrido a T+0,2s. Os movimentos iniciais do lançador provocaram um calafrio nos observadores habituados à ascensão do vaivém espacial. Por momentos parecia que o Ares I-X estava demasiado inclinado e que poderia embater na torre da plataforma de lançamento. Porém, esta foi uma manobra normal e prevista. A T+6s o sistema RoCS foi activado e deu início ao programa de rotação. Durante os primeiros 91 segundos de voo o RoCS foi activado a cada 10 segundos para eliminar qualquer rotação axial do veículo. O seu funcionamento pôde ser observado por várias vezes nas imagens enviadas desde o foguetão. A T+50s o Ares I-X atingia a zona de máxima pressão dinâmica sobre o veículo, ou MaxQ.

A fase do sistema de controlo de voo terminou a T+2m 00,6s, iniciando-se então a fase de separação. O final da queima do SRB foi acompanhado com alguma ansiedade e a separação fez os corações bater mais forte quando o primeiro estágio pareceu por momento embater no segundo estágio após a separação.

Após o final da queima foi armado o controlador BDMPIC (Booster Decelaration Motor and Pyro Initiator Controller) TVC (Thrust Vector Control) a ser anulado e o sistema RoCS a der desactivado. De seguida deu-se a desactivação dos oito motores BDM (Booster Decelaration Motors), seguidos 0,1 segundos mais tarde pela separação entre o SRB e a USS. Nesta altura o Ares I-X viajava a uma velocidade de Mach 4,76 e a uma altitude de 39,6 km.

Após chegar a uma altitude de cerca de 45 km, o sistema dos pára-quedas foi activado a 4,9 km com a abertura dos pára-quedas piloto. Os pára-quedas principais foram abertos de seguida para abrandar a queda do SRB para a sua posterior amaragem que irá ocorreu pouco depois de T 7m. Um dos pára-quedas não se abriu. O SRB foi recuperado e foi rebocado para Port Canaveral onde será inspeccionado, procedendo-se á remoção do gravador de dados, e posteriromenet desmontado e enviado para a ATK no Utah.

O USS também atingiu uma altitude de cerca 45 km antes de iniciar uma queda destrutiva para o Oceano Atlântico onde foi destruido com o impacto nas águas.

launch

Ares launch

ares and shuttle

bow

Vale bem a pena ver o vídeo do lançamento!

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