Nota do editor: esta postagem de convidado foi escrita por Lukas Davia e Marijn Achternaam.
Ao digitar "foguetes reutilizáveis" em um mecanismo de pesquisa, você não pode deixar de se sentir atraído pelo fascínio dos links relacionados ao SpaceX que preenchem a tela. A razão para isso é compreensível: com a morte do ônibus espacial e a falta de um planejamento claro para o futuro da maioria dos jogadores antigos no campo de voos espaciais, o plano simples e de curto prazo da SpaceX e os testes de voo anteriores os tornam os favoritos de todos para reduzir drasticamente os custos para orbitam com foguetes que voltam para casa - prontos para serem reutilizados.
E com o próximo lançamento do 14º foguete Falcon 9 da SpaceX, em 6 de janeiro, transportando Dragon para a ISS, o potencial de verdadeira reutilização de foguetes certamente estará ao alcance pela primeira vez nos próximos 90 anos desde que Goddard lançou o primeiro foguete a combustível líquido do mundo. Massachusetts em 1926. No entanto, agora é um momento mais importante do que nunca para atenuar nossas selvagens expectativas quanto à possibilidade de foguetes que voam de volta à plataforma de lançamento. Embora uma revolução do foguete possa estar entre nós, é um processo iterativo e de várias etapas que transcende uma única missão - e não devemos esperar ver reutilizações regulares semelhantes a companhias aéreas e grandes custos a curto prazo.
Deve-se notar que Elon Musk, por todas as suas incríveis realizações, nunca estabeleceu um cronograma rígido e rápido sobre quando foguetes baratos e acessíveis estariam disponíveis, sem falar em um preço sólido. Por quê? Simplesmente porque estamos entrando em território que permanece desconhecido.
O único veículo de lançamento na história que já foi voado várias vezes após atingir a órbita foi o ônibus espacial. Apesar de reutilizar de longe a parte mais cara de qualquer foguete - os motores e os sistemas associados - o ônibus espacial custou pelo menos US $ 450 milhões para ser lançado de acordo com a NASA, com uma carga útil relativamente pequena de 24 toneladas para a Low Earth Orbit, ou quase US $ 19.000 por quilograma . Incluindo os custos de desenvolvimento, somados e divididos por voo, o preço a ser lançado pode chegar a US $ 1,5 bilhão ou três vezes o valor declarado da NASA. O que deveria reduzir drasticamente o custo por quilograma de elevação de carga em órbita acabou sendo um dos veículos de lançamento mais caros da história da humanidade. Por que ficou tão caro?
A concepção do ônibus espacial foi resultado de um casamento entre a NASA, a Força Aérea e outros parceiros. Cada um queria suas próprias especificações de projeto, que acabaram produzindo um veículo pesado, sem um objetivo bem definido, e tornou-se o "pegar tudo" da indústria espacial. Principalmente, a quantidade de manutenção necessária após cada missão foi subestimada pela NASA. Após cada voo, todo o veículo tinha que ser essencialmente reconstruído: ladrilhos substituídos, motores inspecionados, reforços reformados. Em particular, o trio de motores principais RS-25 teve que ser desmontado e verificado quanto a todos os defeitos possíveis que poderiam causar uma falha. Quando as coisas quebravam, não havia uma linha de suprimento saudável que pudesse substituí-los facilmente, causando O custo das peças sobressalentes disparou, e a manutenção de uma força de trabalho pronta e capaz de reformar o ônibus espacial rapidamente se tornou uma economia que a NASA nunca conseguiu recuperar.
A SpaceX ainda não é a NASA. Eles introduziram uma abordagem de desenvolvimento mais ágil e responsiva para seus produtos, que tem sido extremamente bem-sucedida. Eles também têm anos de projetos anteriores (de várias fontes) para aprender com o que a NASA não tinha. No entanto, esses não são problemas que podem ser simplesmente descartados. Pelo contrário, são questões fundamentais que precisam ser abordadas: não há como escapar dos limites da física.
Um tema comum das declarações de Musk é a aspiração audaciosa de revolucionar o modelo "um uso e jogá-lo fora" que domina a indústria de foguetes desde o início, transformando-a em algo mais estreitamente relacionado a um modelo de companhia aérea baseada em serviços. Essa é uma grande tarefa, mesmo para os padrões do Homem de Ferro.
Muitos fãs mostram uma subestimação das barreiras à entrada. De fato, em uma pesquisa recente realizada na comunidade de fãs da SpaceX no Reddit.com, quando solicitado a adivinhar o preço do lançamento de um foguete Falcon 9 em cinco anos, uma parcela significativa dos quase 600 entrevistados selecionou um valor abaixo de US $ 20.000.000. Alguns até selecionaram preços abaixo de US $ 10.000.000. Embora o COO da SpaceX, Gwynne Shotwell tenha mencionado de passagem que os lançamentos reutilizáveis do Falcon 9 poderiam eventualmente custar um preço de US $ 5 a 7 milhões, isso provavelmente está longe no futuro, muito além do surgimento de foguetes reutilizáveis. Para alguma perspectiva, há cinco anos em 2010, a SpaceX lançou dois foguetes Falcon 9. No ano passado, eles lançaram seis e, de repente, até 2020, o custo de um lançamento padrão do Falcon 9 será três vezes mais barato? De onde vem essa aceleração extra no desenvolvimento? Possivelmente, vem da mente de alguns fãs um pouco otimistas demais.
De fato, algo tão básico quanto a manutenção de longo prazo do motor ainda é relativamente desconhecido. Anteriormente, a SpaceX esclareceu que cada mecanismo tem uma vida útil de aproximadamente 40 disparos, e um observador casual assumiria que isso resulta em um mecanismo que pode ser usado em 40 missões. No entanto, com três testes de motor acionados antes de cada lançamento, o próprio lançamento e as três queimaduras necessárias para concluir o processo de reentrada e aterrissagem, o motor central é de fato acionado 7 vezes para concluir uma missão e com nove motores em todos os estágios inferiores - mesmo com a maioria apenas disparando algumas vezes, isso resulta em várias partes que podem quebrar após cada voo. Verificar essas falhas e repará-las pode se tornar muito mais caro e demorado do que se poderia esperar.
Por exemplo, com um diâmetro de 3,66 m e uma altura de aproximadamente 42 metros, existem quase 500 metros quadrados de superfície do primeiro estágio que foram expostos de um lado às temperaturas frias do oxigênio líquido e querosene resfriado e, por outro , várias temperaturas desde a reentrada na atmosfera mais baixa e quente. De fato, mesmo o acúmulo de gelo somente na superfície externa do veículo é significativo o suficiente para alterar substancialmente a massa do veículo! Dentro dessa grande área, a fadiga por tração, termodinâmica e relacionada à pressão tem potencial para se acumular. Estrias podem nuclear e formar rachaduras na linha do cabelo. Esse é um risco que pode levar a uma falha crítica em uma missão operacional, e esse evento pode estabelecer permanentemente uma associação entre o nascente foguete reutilizável e a instabilidade na mente dos operadores de satélite e do setor de seguros. E embora o Falcon 9 possa ser considerado com excesso de engenharia, é improvável que a SpaceX jogue roleta de foguete.
Embora o engenheiro-chefe do foguete tenha estimado a probabilidade de sucesso do sorteio, após o esperançoso pouso propulsivo do CRS-5 no recém-batizado "navio autônomo de pouso de drones", o primeiro estágio vazio provavelmente será enviado de volta à sede da SpaceX em Hawthorne, Califórnia, e inspecionado com vários métodos de análise destrutiva e não destrutiva para quantificar como os rigores de acelerar a uma velocidade de quase 2 quilômetros por segundo em menos de três minutos e depois desacelerar o suficiente, entrando novamente na atmosfera, para aterrissar próximo ao mar e ao sal , afetam o veículo.
Outro exemplo de um custo potencial de reforma está no combustível de escolha da SpaceX, o querosene. Ele queima relativamente sujo, como evidenciado pelo pilar translúcido de fuligem marrom-preto em que o Falcon 9 sobe, um retrocesso aos dias dos primeiros aviões. Isso leva a um efeito predominantemente associado aos motores kerolox conhecidos como “coque” - onde fuligem incompletamente queimada adere ao motor e ao bico quase derretidos, reduzindo sua capacidade de irradiar o calor. Limpe, você diz? Parabéns, você acabou de introduzir a reforma na equação, algo que a SpaceX está se esforçando para evitar.
Mesmo ignorando o próprio veículo, lançamentos e produtos químicos necessários são caros! Há o hélio com preço exorbitante necessário para manter os tanques pressurizados e o fluido de ignição pirofórico TEA-TEB usado para iniciar o casamento explosivo entre o RP-1 e LOX. Também não são apenas produtos químicos. Também existem custos de operação de lançamento no solo, variando do salário dos funcionários, ao processo tedioso de pedidos de permissão, à tinta ablativa um pouco mais interessante que reveste a estrutura do Transportador-Eretor que mantém o Falcon 9 vertical, até os custos de transporte e realocação. Com toda a probabilidade, as atuais despesas de capital de um único lançamento, ignorando o valor óbvio do próprio foguete, totalizam cerca de US $ 3 milhões.
Fundamentalmente, precisamos dissociar o desembarque, a reforma, a reutilização e a reutilização financeira viável e rápida entre si. Pode ser um conceito difícil de entender que todos os quatro são distintos, e o sucesso de um não implica que o próximo passo seja garantido. Por esse motivo, ainda restam pontos de interrogação sobre o custo, tempo e complexidade das etapas finais necessárias para a SpaceX concluir seu plano mestre de foguete reutilizável. Por exemplo: o desembarque de um foguete não necessariamente torna a reforma inexistente. Esta é a história do ônibus espacial.
Um pouso por si só não revoluciona o foguete; pelo contrário, podemos apenas perceber que a revolução de refinar foguetes em um modelo semelhante a uma companhia aérea ocorreu bem apenas olhando para trás no espelho retrovisor.
Vivemos na esperança de que a SpaceX alcance o que originalmente se propôs a fazer quase 13 anos atrás. A SpaceX chegou muito, muito mais perto do que qualquer outra pessoa desse objetivo, mas como o próprio Musk disse: "Rockets are hard". Boa sorte para a equipe da SpaceX em sua próxima tentativa de lançamento e pouso do CRS-5, é o começo de algo muito maior.
Escrito por Lukas Davia e Marijn Achternaam
Bios: quando não está fazendo malabarismo como estudante de engenharia de software e desenvolvedor da Web em tempo integral na Nova Zelândia, Lukas Davia é um viciado em SpaceX e pode ser encontrado contribuindo com a comunidade Reddit / r / SpaceX, adicionando ao seu site SpaceXStats.com e criando infográficos. Acredite ou não, ele encontra tempo para sair e caminhar também no seu tempo livre!
Marijn Achternaam é um estudante holandês, autoproclamado engenheiro de poltrona e fanático por voos espaciais que pode ser encontrado com frequência contribuindo para as comunidades / r / space e / r / SpaceX Reddit.
