SpaceX parte rumo a uma estação espacial com problema de espaço

16 de Novembro de 2020 entrou para a História, depois de nove anos a NASA voltou oficialmente a lançar astronautas para a Estação Espacial Internacional, com uma ajudinha da SpaceX. Não foi fácil.

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Quando a NASA viu que os Ônibus Espaciais eram muito perigosos e caros, pensou num substituto ambicioso, o programa Constellation, que se tornou tão caro que nem deu pra ver se era perigoso antes de ser cancelado. Com os restos do Constellation, como a Cápsula Orion a NASA criou o projeto do SLS, que hoje em dia já é o foguete mais caro já projetado, e ninguém acredita que vá voar tão cedo.

A alternativa de emergência foi apelar para as indústrias aeroespaciais, com uma proposta diferente. Ao invés de contratar um projeto, especificando o hardware, a NASA contratou os resultados, ou seja: No modelo antigo a NASA precisava ir para o outro lado da cidade. Ela chegava numa montadora e especificava um carro, que era construído com peças igualmente especificadas e compradas de diversos fabricantes.

No modelo atual a NASA chega pra um empresário que ela sabe ser capaz de construir um carro e diz: “Eu tenho XXX Dólares, quero chegar no outro lado da cidade respeitando estas normas de segurança”.

Esse modelo de pagar por resultados se mostrou muito mais eficiente, com boa parte do desenvolvimento do Falcon 9 sendo pago com os US$1,9 bilhões que a SpaceX recebeu como pagamento por 12 missões para a Estação Espacial Internacional. US$1,9 bilhões é o custo previsto de UM vôo do futuro SLS da NASA.

Em 2011 com o fim dos Ônibus Espaciais a NASA lançou o Commercial Crew Program, para o desenvolvimento de naves capazes de levar tripulações para a ISS, com os russos aumentando os preços e ameaçando simplesmente não levar mais americanos,  era imperativo terem capacidade própria, mas como nove mulheres não fazem um filho em um mês, demorou um bom tempo.

Hoje temos essencialmente a SpaceX com a Crew Dragon, e a Boeing com a Starliner, ambas venceram a competição, mas a Boeing anda com muito azar, o primeiro vôo de testes da Starliner quase acabou em desastre e teve que ser abortado, não alcançando a Estação Espacial. O Vôo não foi tripulado.

Já a SpaceX tirando uma ou outra explosão não-planejada, fez o dever de casa direitinho.

Em 2015, fizeram o teste do sistema de escape:

Em 2019 foi a fez da missão Demo-1, quando uma Crew Dragon levando um manequim chamado Ripley e 180Kg de suprimentos. A missão foi perfeita.

Era chegada a hora do teste mais importante, o teste do sistema de escape em vôo. Em 19 de Janeiro de 2020 um Falcon 9 decolou com uma Crew Dragon. Quando o foguete estava a 42Km de altitude, chegou a seu Max-q, que significa ponto de máxima pressão dinâmica.

Basicamente quanto mais rápido o foguete mais pressão ele sofre do ar à sua frente. Toda criança que brincou de botar a mão pra fora da janela do carro sabe que carro parado não faz nada, carro na estrada a gente mal conseguia manter a mão reta.

Multiplique isso pra vários milhares de Km/h.

O que complica é que quanto mais alto, menor a pressão atmosférica, há menos ar pra ser pressionado, então com velocidade aumentando e pressão diminuindo, em um ponto a pressão chega ao máximo, depois começa a diminuir. Esse ponto, que é onde a estrutura do foguete é forçada ao máximo, é chamado Max-q.

O teste foi perfeito e resultou em algo raro em engenharia aeroespacial: Uma explosão planejada e esperada. Depois que a Dragon acionou os motores Super-Draco e se afastou a altíssima velocidade do primeiro (e do segundo) estágio, as forças aerodinâmicas atingiram o foguete como uma parede de tijolos, fazendo com que ele perdesse integridade estrutural e o sistema de autodestruição fosse acionado. Espetacular, mas inofensivo.

Esses testes aliás são sempre divertidos. Para certificar vários dos sistemas pro projeto Apollo, a NASA criou um foguete chamado Little Joe, que fazia vôos suborbitais com os equipamentos que queriam testar. Em 19 de Maio de 1965 foi a vez da torre de escapa, que deveria rebocar a cápsula Apollo em grande velocidade para longe do foguete, em caso de problemas, como o sistema da SpaceX.

Por azar o engenheiro-estagiário instalou os giroscópios ao contrário, e depois de lançado o foguete saiu de controle, começando a girar até que as forças envolvidas fossem maiores que a integridade estrutural, e ele começou a se desfazer. Nesse momento o sistema de escape automático foi ativado, e a cápsula simulada foi ejetada para uma distância segura. Mesmo dando errado o teste deu certo.

Em 30 de Maio de 2020 foi a Grande Missão, a Crew Dragon Demo-2, quando uma Dragon decolou levando Douglas G. Hurley e Robert L. Behnken, acabando com um jejum de nove anos desde a última vez que astronautas decolaram para o espaço de solo americano.

Uma viagem sem surpresas terminou na Estação Espacial, quando os dois astronautas se tornaram parte da tripulação e trabalharam com pesquisas científicas por dois meses.

62 dias depois de decolar a Dragon partiu da ISS, rumo a uma zona de pouso na costa da Flórida. Infelizmente apesar dos avisos da Guarda Costeira a zona de pouso virou uma zona, com dezenas de barcos de curiosos cercando a cápsula e atrapalhando os procedimentos de recuperação do veículo.

Depois do retorno da Demo-2, a NASA começou um longo complexo e exaustivo processo de revisão da missão, analisando cada parafuso, cada dado de telemetria e cada meleca colada debaixo dos assentos, para ter a certeza absoluta de que tudo havia corrido bem.

Enquanto isso a tripulação da próxima missão treinava, desta vez com objetivos totalmente focados na ISS. Agora seria a Crew-1, levando não dois, não três mas quatro astronautas, incluindo um japonês: Mike Hopkins, Victor Glover, Shannon Walker e Soichi Noguchi.

Eles decolaram 16 de Novembro, e chegaram na ISS na madrugada do dia seguinte, mas não sem percalços.

Depois que já estavam em órbita, os sensores começaram a apontar problemas com os aquecedores de combustível. Eles são necessários, do contrário o RP-1 (que é apenas querosene altamente puro) congelaria. O sistema tem quatro aquecedores, por redundância. Três estavam reportando temperaturas na faixa de 23C, sendo que o limite era 15.5C.

As regras da NASA e da SpaceX especificavam que o limite de falhas era de dois aquecedores, com três fora dos parâmetros a missão não poderia prosseguir.

Felizmente não foi preciso uma reunião tipo a dos engenheiros da Apollo 13. Os técnicos da SpaceX consultaram os manuais, fizeram conferences com a NASA e perceberam que eles exageraram no Fator de Encagaçamento. Em explico:

Nas palavras do Engenheiro Montgomery Scott, um engenheiro é sempre conservador quando especifica os parâmetros de um projeto. Assim se um elevador é feito para carregar 500Kg, ele trabalha com um limite teórico de 800Kg e na hora de especificar projeta para resistir a 1000Kg antes de se romper.

Isso salvou a vida de muita gente, inclusive tripulantes de submarino que em emergências mergulharam seus barcos muito além da profundidade de colapso, quando segundo as especificações oficiais seriam implodidos pela pressão.

No caso da Dragon, o limite de 15.5 graus era extremamente conservador, e 7.5 graus a mais de temperatura não fariam a menor diferença. A solução então foi aplicada: Reprogramaram o software para a faixa de normalidade agora ir até 23C.

Depois disso foi só seguir adiante com as manobras orbitais, todas automatizadas. A Dragon literalmente voa sozinha, e pelo menos dois acionamentos de motores foram feitos enquanto a tripulação dormia.

Chegando na Estação Espacial na madrugada, os quatro tripulantes foram recebidos por Kate Rubins, Sergey Ryzhikov e Sergey Kud-Sverchkov, mas eles enfrentarão outro problema: A Superlotação.

Embora teoricamente ocupe um campo de futebol, a Estação Espacial Internacional é bem menor do que aparenta, e com sete tripulantes ela atingirá sua lotação máxima teórica.

Claro, aqui entra de novo o tal Fator de Encagaçamento, e o sistema de suporte de vida aguenta bem mais gente. Por alguns dias em 2015 ela chegou a ter nove tripulantes, entre gente chegando e gente saindo, e em 2009 com a visita de um ônibus espacial e um turista levado pelos russos, foram 13 cabeças batendo naquele espaço apertado.

O limite oficial de 7 é definido pela quantidade de veículos de escape disponíveis, mas com a Dragon e a Starliner levando até 7 tripulantes, esse limite pode aumentar, mas isso dificilmente irá acontecer, por um motivo simples:

A ISS não tem espaço pra mais gente. Somando as acomodações só há “camas” para seis pessoas, tanto que um dos tripulantes da missão atual terá que dormir na Dragon. E para piorar, são somente dois banheiros.

Chega a ser divertido perceber que nossas maiores aspirações, nossos sonhos de exploração, de desbravar o espaço indo audaciosamente aonde nenhum homem, aonde ninguém jamais esteve são severamente limitadas por duas atividades tão pouco glamourosas: Dormir e ir ao banheiro.