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Nessa semana, ocorreram duas tentativas de lançar a primeira missão do programa Artemis, também o primeiro voo do foguete SLS. As duas tentativas foram abortadas durante a contagem regressiva, o que gerou muitas perguntas. Neste artigo, mas um em nossa série sobre o programa Artemis, vamos discutir o que aconteceu, qual será o futuro da missão e, principalmente, o significado de cancelar tentativas de lançamento.
As tentativas de lançamento
A primeira tentativa, em 29 de agosto, teve um atraso de 1 hora para o inicio do abastecimento para esperar as condições de tempo melhorarem, pois na hora originalmente marcada a chance de raios estava acima do limite (20%). O início atrasado implicou em haver 1 hora a menos disponível para examinar e tentar resolver os problemas que vieram depois. Após o início do abastecimento, houve um pequeno vazamento nos desconectores do estágio principal, detectado pelos sensores de hidrogênio instalados na plataforma. Estes vazamentos ocorreram durante o abastecimento lento, no qual o combustível é bombeado devagar para que os componentes esfriem gradualmente. Após interromper o abastecimento, deixar as vedações esquentarem e reiniciar o abastecimento lento, estes vazamentos pararam. Então veio a fase de resfriamento dos motores, feita deixando fluir combustível e oxidante por eles, para que os componentes dos motores não sofram com o choque térmico de um súbito alto fluxo de líquidos criogênicos (-183°C para o oxigênio, -253°C para o hidrogênio) e para evitar que os líquidos fervam ao encontrar componentes “quentes” do motor (temperatura ambiente). 3 dos 4 motores do estágio principal estavam esfriando como esperado, mas o motor número 3, não. Depois de muito tempo tentando soluções para o problema e do início de um vazamento pequeno na válvula de escape interestágio, a equipe considerou que não ia ser possível resolver a temperatura do motor 3 a tempo, e a tentativa foi cancelada cerca de 4 horas antes do fim da contagem. Também foi observado que as condições do tempo estavam difíceis no dia, apenas na última meia hora da janela de 2 horas teria sido possível lançar, por causa de tempestades na área.
A análise de todos os dados de múltiplos sensores em vários locais do foguete indicou que o problema possivelmente estava no sensor de temperatura, pois outros sensores ao redor indicavam temperaturas corretas. Para a segunda tentativa, no dia 3 de setembro, foi alocado mais tempo para o resfriamento, para dar mais chance de analisar melhor o comportamento dos motores e tentar outros procedimentos se necessário. Mas não foi possível chegar ao estágio de resfriar os motores. Após o início do abastecimento rápido (depois do lento, onde houve problemas no dia 29), foi observado um vazamento grande no desconector de 8 polegadas do estágio principal. Este foi muito maior que todos os detectados em outros testes e tentativas de lançamento. Após 3 tentativas de selar o vazamento com ciclos de aquecimento e resfriamento e mudando a taxa de bombeamento, com o vazamento retornando nas 3 vezes, a equipe considerou que não ia ser possível resolver o vazamento a tempo de lançar dentro da janela, e o lançamento foi cancelado cerca de 3 horas antes do fim da contagem.
Estes “desconectores rápidos” são componentes críticos, que fazem a conexão entre a tubulação da plataforma de lançamento e a tubulação do foguete, e precisam no momento do lançamento se separar e vedar completamente o lado do foguete. O processo tem que ser rápido porque ocorre nos últimos instantes antes de o foguete começar a subir, pois até este momento o foguete ainda está recebendo combustível e oxidante por estas tubulações. Por que não parar de abastecer antes? Porque os propelentes criogênicos passam o tempo todo fervendo e evaporando dentro dos tanques, com o excesso de vapor saindo por válvulas (para manter a pressão sob controle), então é necessário manter reabastecendo continuamente até o lançamento. E é notoriamente difícil obter boas vedações em juntas que precisam desconectar (juntas não permanentes) em tubulações de hidrogênio, pois o gás hidrogênio, tendo as menores moléculas, vaza com muita facilidade. Este é um dos motivos de muitos foguetes usarem RP-1 (rocket propellant 1, essencialmente querosene), que é menos eficiente, mas é muito mais fácil de lidar do que hidrogênio criogênico. Como comparação, os foguetes Falcon 9 da SpaceX usam apenas oxigênio criogênico (o combustível é RP-1, que pode ficar a temperatura ambiente) e não usam desconectores rápidos. E por este motivo lançamentos mais pesados do Falcon 9 muitas vezes são cancelados por pequenos atrasos, pois a janela de lançamento é instantânea: eles não podem atrasar a hora de lançar por causa da perda de oxigênio evaporando desde a hora da desconexão.
Isso é normal?
Sim, completamente normal. O Artemis I é o primeiro voo do foguete SLS e é um voo de teste – por isso não tem tripulação dentro. Embora todos os componentes tenham sido testados individualmente em situações simuladas e haja complexos modelos para prever como tudo vai funcionar, é necessário testar o sistema todo, integrado, em um voo real. E isso não se trata “apenas” de testar se o foguete funciona como construído. Inclui testar os procedimentos no seu uso. Pois, ao contrário de um carro, por exemplo, não é só apertar um botão para ligar. Há um conjunto enorme e complexo de procedimentos necessários para que o lançamento ocorra, cada um com muitos parâmetros a escolher. Por exemplo: quanto abrir quais válvulas, por quanto tempo, na hora de encher os tanques de combustível e oxidante criogênicos, fazendo muitos testes e controlando as temperaturas e pressões em diferentes componentes para não exceder os limites de segurança nem provocar danos ou vazamentos (por esfriar muito rápido, por exemplo). Todos esses procedimentos foram definidos previamente de acordo com testes e simulações anteriores, mas é em testes como esse que se aprende o que funciona e o que precisa ser alterado.
É por isso que a contagem regressiva 46 horas antes do lançamento, tendo a parte mais intensa nas últimas 8 horas, que é quando os tanques criogênicos são abastecidos. Cancelamentos de uma tentativa de lançamento (scrubs) por motivos técnicos, como esses dois do Artemis I, ocorrem quando em algum ponto da contagem regressiva a avaliação dos engenheiros é que há algo que precisaria ser diferente e não vai dar tempo de consertar ou mudar antes do final da janela de lançamento (que, no caso destas duas tentativas, era de 2h). Ter cancelado uma tentativa não quer dizer que haja algo seriamente errado, nem indica que haja incompetência ou que não vão conseguir lançar. Pelo contrário, os operadores mais confiáveis são os que monitoram muito detalhadamente muitas variáveis durante a contagem regressiva e não hesitam em cancelar se algo estiver fora dos parâmetros adequados. Quando isso não ocorre, seja por não haver monitoramento suficiente, seja por haver uma postura de “precisamos lançar, de qualquer jeito”, há um grande risco de uma falha séria da missão, incluindo perda do veículo, carga e até vidas.
No caso da NASA, uma grande mudança de postura foi o principal resultado da investigação do acidente do Ônibus Espacial Challenger, que em 1986 explodiu durante o lançamento, com a perda dos 7 astronautas a bordo. A causa imediata do acidente foi lançar quando estava frio demais: as vedações de borracha, (O-rings) que selam as juntas entre os segmentos dos boosters sólidos congelaram e com isso perderam a elasticidade, deixando de conter as chamas da combustão acontecendo dentro do foguete. Mas, muito mais fundamental, a causa do acidente foi a pressão para lançar sem atrasar a densa agenda de lançamentos do ano, que levou os avisos de engenheiros sobre a baixa temperatura serem deixados de lado. A investigação levou a uma grande mudança de postura, colocando muito mais ênfase em aumentar o monitoramento, testes e simulações de todos os sistemas críticos antes do lançamento e dar muita atenção caso qualquer parâmetro esteja fora do esperado ou fora dos domínios conhecidos de operação. O que pode ser resumido com o atual ditado sempre repetido aos operadores: “ninguém vai se lembrar de um lançamento cancelado, mas todo mundo vai sempre lembrar se lançar e explodir”. Ou, como costuma ser repetido pela SpaceX após cada nova explosão do Starship: “é por isso que testamos”. Todos os foguetes (atuais e passados, sem exceção) de qualquer empresa ou agência já tiveram muitas tentativas de lançamento adiadas ou canceladas, por inúmeros motivos. Mas scrubs são algo tão normal e freqüente que não costuma virar notícia. O Artemis I ganhou tanta divulgação agora por causa da grande expectativa para a volta a Lua. Mas, assim, como nas tentativas de lançar o telescópio espacial James Webb em 2021, logo estes cancelamentos vão estar esquecidos.
Logo depois da volta ao voo dos Ônibus Espaciais, houve um grande exemplo de como a nova postura foi aplicada e manteve a segurança: você provavelmente se lembra da explosão do Challenger, em 1986, mas você se lembra do “verão do hidrogênio” de 1990? Foi uma situação que durou 7 meses, envolvendo todos os 3 Ônibus Espaciais existentes na época. Não se lembra? Pois é, quase ninguém hoje sequer sabe que aconteceu. Porque tentativas de lançamento foram canceladas e depois todos os 3 veículos fizeram seus voos sem problemas:
O “verão do hidrogênio”
O ano de 1990 estava programado para ser extremamente ocupado para os Ônibus Espaciais, com 9 voos entre os 3 veículos que existiam na época (Columbia, Discovery e Atlantis). Em maio, o Columbia estava na plataforma sendo abastecido para seu lançamento e um vazamento pequeno foi detectado no desconector entre o veículo e a plataforma, no início do abastecimento rápido, 4 horas antes do lançamento. Ao examinar o problema, foi detectado um vazamento muito maior, vindo de dentro do Columbia, que não podia ser resolvido na hora. O lançamento foi cancelado. 6 dias depois, um teste de abastecimento mostrou que não ia ser possível resolver o problema na plataforma, o Ônibus Espacial foi levado de volta ao prédio, de onde foi removido da pilha (o conjunto do avião, tanque externo e os dois boosters) para ser aberto e examinado. Foram trocados os dois lados dos desconectores entre o Ônibus Espacial e o tanque externo, que juntam tubos de 43 cm de diâmetro por onde passa o hidrogênio que alimenta os 3 motores. Enquanto isso acontecia, já no mês de julho, o Ônibus Espacial Atlantis estava na plataforma para o seu lançamento. Foi feito um teste de abastecimento… e o mesmo tipo de vazamento foi detectado. Mais instrumentos foram adicionados para medir melhor as condições e um novo teste foi feito 12 dias depois. Onde foi observado um vazamento na mesma região. O Atlantis também teria que ser levado de volta ao prédio e desmontado. Em agosto, o Columbia foi levado de volta à plataforma para um lançamento em setembro, no caminho passando pelo Atlantis, que estava sendo levado de volta para o prédio:
Apesar de ter os mesmos sintomas, foi identificado que a causa dos vazamentos foi diferente: no Columbia era a vedação na tampa do desconector rápido do Ônibus Espacial. No Atlantis, foi o torque incorreto aplicado a uma flange no desconector. Com o Columbia de volta à plataforma, após mais um atraso de alguns dias para resolver um problema eletrônico na carga (o satélite ASTRO-1), começou o novo abastecimento. E foi detectado um novo grande vazamento de hidrogênio. Os sensores novos indicaram que o vazamento original não existia mais, este era um outro vazamento, dentro do compartimento dos motores do Columbia. Enquanto se tentava resolver esses problemas, se aproximava o lançamento do Ônibus Espacial Discovery, este com uma janela estreita e crítica, por estar carregando a sonda Ulysses que ia observar o Sol. 3 bombas de circulação de hidrogênio e uma vedação foram trocadas no Columbia, ainda na plataforma, para tentar lançar novamente 13 dias depois. Nesta nova tentativa… de novo um vazamento de hidrogênio. Com a proximidade do lançamento crítico do Discovery, não dava para o Columbia esperar mais na plataforma: de volta para o prédio, pela segunda vez. Foi montada uma grande equipe de engenheiros de vários centros da NASA para trabalhar intensamente no problema. Enquanto isso, o Discovery lançou sem problemas em 6 de outubro. No final de outubro, o Columbia finalmente passou um teste de abastecimento sem problemas. E logo após, em 17 de novembro, o Atlantis, de volta à plataforma de lançamento após os reparos, voou também sem problemas. Chegou o dia 2 de dezembro, mais de 6 meses depois da data original de lançamento, e o Columbia finalmente voou, sem problemas. Foi identificado que a origem de muitos vazamentos do Columbia foi restos de polidor após uma operação de limpeza feita no começo do ano, combinada a o foco das inspeções na época estar nos desconectores, não sendo feitas inspeções e testes suficientes nas juntas dos motores, um procedimento que foi mudado para evitar repetições destes problemas no futuro.
Após todos estes meses de tentativas de lançamento canceladas, testes, viagens de volta para o prédio e reparos, todos os 3 Ônibus Espaciais da época (o Endeavour estava sendo construído) fizeram suas missões com sucesso. E hoje ninguém se lembra desses atrasos. Mas dá para imaginar como teria sido se na época existisse Twitter: inúmeros posts sobre “desastre”, “NASA falhando”, “NASA não consegue ir ao espaço” ou “o futuro é o foguete revolucionário da Orbital Sciences Corporation” (o foguete Pegasus da Orbital Sciences, o primeiro a ser desenvolvido por uma empresa privada, tinha acabado de fazer seu primeiro voo).
Veja mais sobre a história do “verão do hidrogênio” nestes artigos:
O futuro
Como não vai haver tempo de examinar as causas do vazamento antes do fim do período atual (25), na terça-feira, a próxima tentativa seria no período 26 (19/set – 4/out) ou 27 (17-31/out). O período 26 parece pouco provável, por exceder o limite de 25 dias na plataforma de lançamento dado pelos oficiais de segurança de voo, devido a não haver testes do sistema de terminação do voo (“autodestruição”) para períodos mais longos. É possível que, revendo os dados de testes do sistema, seja concedida uma extensão, mas não certo que vá haver, e nem parece provável. Isso implica na necessidade de levar o SLS de volta ao prédio do montagem (Vehicle Assembly Building, VAB) para revisão do sistema de terminação. Também é possível que outros sistemas nas muitas cargas (veja mais sobre elas no nosso artigo sobre o Artemis I) precisem ser renovados, como troca de baterias ou outros consumíveis. Além disso, no final do mês de setembro e começo de outubro há um conflito com o lançamento pela SpaceX da missão Crew 5 para a Estação Espacial (atualmente marcada para dia 3 de outubro, depois de muitos adiamentos).
Os próximos passos mais para resolver os vazamentos são desfazer as conexões suspeitas, trocar as vedações e as reconectar. Foi feita a escolha de os fazer na plataforma de lançamento. É um local mais difícil de trabalhar e exige construir uma estrutura para fechar a área de trabalho, mas tem a vantagem de ser possível fazer testes criogênicos, que são mais informativos – pois uma causa freqüente de vazamentos é mudanças de temperatura desiguais de dois lados de uma junta, que provocam contração térmica diferente de componentes diferentes. Se a operação fosse feita no prédio (outra opção que foi considerada) os testes estariam limitados a temperaturas mais altas. Além disso, será feita uma detalhada análise dos eventos durante as duas tentativas dessa semana, combinada com comparações com o testes de componentes feitos previamente no Centro Stennis da NASA (antes da montagem do foguete), dados dos vôos dos Ônibus Espaciais e análise dos componentes removidos do SLS, para identificar que mudanças nos procedimentos podem ajudar a evitar novos vazamentos.
Atualização (15 de novembro): Durante a passagem do furacão Nicole, os ventos, apesar de fortes (rajadas de até 160 km/h na altura do topo do foguete) nunca excederam os limites de operação. E é bom lembrar que os limites de operação foram escolhidos ao nível de 75% do limite de segurança, deixando 25% de margem. E o limite de segurança, por sua vez, é 70% do limite estrutural do veículo, deixando mais 30% de margem. Houve apenas pequenos danos encontrados, nenhum estrutural, o mais relevante sendo a perda de parte de um revestimento chamado RTL na emenda do revestimento da Orion com o módulo de serviço, mas o resultado das análises é que o efeito (no arrasto e aquecimento) deve ser pequeno, assim como o risco de outros pedaços se soltarem e causarem dano. Além disso, apenas houve um conjunto de cabos que caiu da treliça de suporte, que já foram recolocados, e uma conexão elétrica em um sensor usado para iniciar a unidade de energia auxiliar (APU) antes do lançamento, que estava apresentando mais ruído que o normal, mas não é considerada um impedimento, por ser redundante.
Atualização (8 de novembro): Após ser preparado para o lançamento e levado de volta à plataforma, para ser lançado em 14 de novembro, o lançamento foi adiado por causa do furacão Nicole. Desta vez, por a previsão ser de ventos abaixo do limite de segurança, o foguete vai agüentar o furacão na plataforma, sem ser levado de volta ao prédio. A próxima tentativa está por enquanto marcada para o dia 16 de novembro, se não houver maiores dificuldades com o retorno dos funcionários após o furacão.
Atualização (26 de setembro): Após analisar as últimas previsões do tempo, foi decidido nesta manhã que o SLS será levado de volta para dentro do prédio (VAB), devido ao furacão Ian. O movimento vai começar às 23h desta noite (hora local), e deve terminar amanhã, dando tempo para o foguete ser protegido e para os funcionários se ausentarem e cuidarem de suas precauções para o furacão. A região já tem estado de emergência declarado preventivamente e a população está sendo instruída a aprender as rotas de evacuação, ter malas prontas e ter suprimentos, incluindo água, para pelo menos 3 dias.
Atualização (24 de setembro): Após o teste de abastecimento com sucesso no dia 21, o lançamento no dia 27 provavelmente vai ser adiado por conta da tempestade tropical Ian, que se aproxima da Flórida. A previsão atual indica que vai ser necessário, além de adiar, voltar com o SLS para dentro do prédio, onde ele fica protegido e para permitir a mais funcionários que se ausentem mais cedo, o que pode ser necessário, principalmente se houver evacuações. A decisão final será tomada amanhã (dia 25), após analisar as novas previsões do tempo.
Atualização (12 de setembro): Já começaram os trabalhos de desfazer as conexões para troca das vedações. É esperado fazer um teste de abastecimento criogênico no dia 21 de setembro. Se este teste indicar que todos os problemas forem resolvidos, há duas janelas de lançamento possíveis no período 26: dia 27 de setembro, com uma possível alternativa dia 2 de outubro, com o SLS permanecendo todo o tempo na plataforma, sem retornar ao prédio. Estas são as datas possíveis para não haver conflito com o impacto da sonda DART em um asteróide, no dia 27 (o que vai ocupar a rede Deep Space Network, de que o Artemis precisa para se comunicar com a Terra a partir do dia seguinte ao lançamento), e o lançamento da missão tripulada Crew 5 para a Estação Espacial. Mas o uso destas janelas ainda depende de o oficial de segurança aprovar o pedido de extensão do prazo de uso das baterias do sistema de terminação do voo. Caso seja necessário as trocar, o foguete terá que ser levado de volta ao prédio, o que levaria o próximo lançamento para o período 27, no final de outubro.
Nas palavras do administrador da NASA, Bill Nelson: “não há pressão política para lançar de qualquer jeito e se houvesse, eu estaria rejeitando fortemente” e “vamos lançar quando houver confiança de que está tudo certo”. Ele também lembrou que quando ele foi ao espaço, no Ônibus Espacial, houve 4 tentativas de lançamento canceladas, mas na quinta tentativa tudo funcionou e foi uma missão muito bem sucedida – ainda antes do acidente do Challenger, que ocorreu apenas 10 dias depois.
Saiba mais em
Nosso artigo sobre a Artemis I
Como foi o lançamento
Nosso artigo sobre o foguete SLS
Nosso artigo sobre o Programa Artemis
