Desde a virada do século, a exploração espacial mudou drasticamente graças ao aumento sem precedentes da indústria aeroespacial comercial (também conhecida como NewSpace). Com o objetivo de alavancar novas tecnologias e reduzir os custos de lançamento de cargas úteis no espaço, algumas idéias verdadeiramente inovadoras e inovadoras estão sendo apresentadas. Isso inclui a idéia de usar balões para transportar foguetes para altitudes muito altas e, em seguida, disparar as cargas úteis nas órbitas desejadas.
Também conhecido como "Rockoons", esse conceito informou o sistema de lançamento totalmente autônomo e reutilizável da Leo Aerospace - que consiste em um aeróstato de alta altitude (balão) e uma plataforma de lançamento de foguetes. Com os primeiros lançamentos comerciais programados para o próximo ano, a empresa planeja usar esse sistema para fornecer serviços regulares de lançamento ao mercado de microssatélites (também conhecido como CubeSat) nos próximos anos.
O conceito de Rockoon é um dos muitos sistemas de lançamento aéreo que foram investigados e validados desde o início da Era Espacial. Ao contrário dos foguetes convencionais, que dependem de grandes quantidades de propulsor para atingir a velocidade de escape e enviar cargas úteis para a órbita, os sistemas de lançamento aéreo dependem do método comparativamente econômico de transportar uma carga útil para grandes altitudes, onde pode ser enviada para a Terra Baixa. Órbita (LEO).
Isso reduz a quantidade de propulsor necessária, mas também envolve o lançamento de um foguete de altitudes onde a resistência do ar é menor e menos força é necessária para escapar da gravidade da Terra. Tudo isso permite a utilização de veículos de lançamento muito menores e mais leves, o que leva a custos significativamente reduzidos. Esse método é especialmente eficaz quando se trata de pequenas cargas úteis, como microssatélites, que estão se tornando cada vez mais comuns.
Hoje, a maioria dos sistemas de lançamento aéreo que estão sendo perseguidos envolve aeronaves que trazem foguetes ou naves espaciais com motores de foguetes para lançar altitudes - como o SpaceShipTwo da Virgin Galactic, o LauncherOne da Virgin Orbit ou a transportadora aérea Stratolaunch. No entanto, a empresa Leo Aerospace, com sede em Los Angeles, optou por investigar o método igualmente válido de confiar em uma plataforma LTA (Air Isquier Air) (LTA) para transportar cargas úteis para o espaço.
Como Dane Rudy, co-fundador e CEO da Leo Aerospace, disse à Space Magazine por e-mail:
“De uma perspectiva física de primeira ordem, o lançamento de balões é uma solução muito elegante para fornecer um lançamento eficiente e econômico para pequenas cargas úteis. Além disso, essa arquitetura reduz drasticamente a quantidade de infraestrutura de lançamento necessária, possibilitando uma solução totalmente móvel. ”
Os componentes centrais deste sistema de lançamento são a plataforma de lançamento Regulus Orbital e o Orbital Rocket. A plataforma Regulus fornece controle de vôo autônomo através de uma série de queimadores (que garantem que o aerostato permaneça flutuante) e um sistema de controle rotacional de propulsores bipropelentes, todos montados em um corpo isolado composto de material compósito.
Enquanto isso, o Orbital Rocket é um veículo de lançamento em três estágios em miniatura que é anexado à plataforma por meio de um atuador e um trilho de lançamento. Quando o aerostato atingir uma altitude de implantação de 18.000 metros (60.000 pés), o foguete lançará e transportará a carga útil para a órbita desejada. De acordo com a página de perfis de missão da empresa, o sistema será capaz de realizar vários tipos de entregas em diferentes altitudes.
"O custo de desenvolvimento e produção de um sistema de balão é de magnitude inferior ao uso de um avião", disse Rudy. “Em comparação com outros sistemas de balão que usam gás de elevação, nossa arquitetura de ar quente é total e rapidamente reutilizável. Podemos realizar dezenas de lançamentos com um único sistema antes que sejam necessárias reformas. ”
Isso vai desde missões suborbitais - onde cargas úteis são enviadas para altitudes acima de 100 km (62 milhas) - até missões orbitais, onde o CubeSats será enviado para órbita síncrona ao sol (SSO) de 550 km (340 milhas). Outra possibilidade que eles certamente mencionam envolve a entrega de ajuda humanitária ou equipamentos de comunicação de emergência para regiões remotas inacessíveis a aeronaves de asa fixa, drones ou outros veículos aéreos.
A empresa também planeja incorporar planadores e drones que podem ser implantados a partir de seus aeróstatos, oferecendo outros perfis de missão - como monitoramento de drones, experimentos científicos e serviços de comunicação. Além de ser um meio mais econômico de colocar pequenas cargas em órbita, o sistema de lançamento também tem o benefício de ser muito compacto.
Por esse motivo, o foguete, o aeróstato e o maquinário necessários para inflá-lo podem ser colocados em um contêiner de remessa padrão, carregado em um semi-caminhão e depois transportado para onde for necessário. A cabine do reboque também serve como estação de comunicação inicial para o lançamento. Esse nível de mobilidade e flexibilidade é uma das características que podem tornar as plataformas de aeróstato eficazes na prestação de serviços de ajuda e assistência de emergência. Como Rudy disse:
“Estamos começando a descobrir muitos casos de uso diferentes para a plataforma de aeróstato reutilizável e autônoma que estamos desenvolvendo. É totalmente móvel e cabe em um contêiner de remessa padrão, facilitando o transporte e a armazenagem. Além disso, é simples de operar e incrivelmente robusto. Ao contrário do levantamento de balões de gás, nosso sistema ainda pode operar com um orifício do tamanho de um carro no material do balão. Nossos colaboradores estão empolgados em aproveitar esses recursos para implantar rapidamente conjuntos de sensores em áreas de desastre após o furacão ou fornecer suprimentos de emergência em locais difíceis de alcançar. Foi incrível trabalhar com grupos como o setor de Experiências Espaciais do Exército e de Alta Altitude para identificar e resolver uma variedade de casos de problemas. ”
Tudo isso coloca empresas como a Leo Aerospace e outras que buscam conceitos mais leves que o ar, em boa parte para aproveitar o crescimento do mercado de satélites. Entre a proliferação de microssatélites (também conhecida como CubeSats) e o surgimento de serviços de lançamento de carga útil leve (como Rocketlab e Virgin Orbit), este mercado deverá explodir nos próximos anos.
O que diferencia a Leo Aerospace, no entanto, é a maneira como eles se concentram na entrega de satélites que pesam menos de 25 kg (55 libras). Como Rudy explicou, ainda não existe uma solução dedicada para microssatélites que se enquadram nessa faixa. Normalmente, o CubeSats é forçado a "compartilhar" os foguetes de lançamento, onde ocupa espaço livre ao lado de cargas úteis mais pesadas.
Isso é algo que Rudy e seus colegas esperam remediar:
“Isso é ainda mais surpreendente, já que quase metade de todos os satélites nos próximos 10 anos deverá cair dentro desse segmento. Nós trabalhamos duro para capturar e manter uma vantagem de primeiro motor no segmento de 25 kg. Realizamos as mais extensas operações e testes de nosso veículo. Além disso, somos os mais distantes no trabalho regulatório por meio de nosso relacionamento próximo com a FAA e a participação ativa na Commercial Spaceflight Federation. Por fim, nosso sistema é adaptado para fornecer o lançamento dedicado de que nossos clientes precisam, e com uma frequência alta o suficiente para atender à incrível demanda. ”
Até o final de 2018, a empresa havia concluído com sucesso uma campanha de teste de lançamento e garantido financiamento através da National Science Foundation e de uma empresa de capital de risco. Em 2020, eles esperam qualificar totalmente sua plataforma, realizando seu primeiro voo, que será seguido por operações comerciais e talvez até contratos com a NASA.
"Essas operações comerciais serão a nossa entrada no mercado de serviços de plataforma de alta altitude de US $ 2,6 bilhões com uma variedade de clientes civis, de defesa e comerciais", disse Rudy. “Trabalhamos com o JPL da NASA para explorar vários casos de uso diferentes. Um exemplo é transportar veículos de entrada marcianos para a atmosfera superior aqui na Terra e soltá-los para coletar dados e testar o desempenho aerodinâmico. ”
Desde seu começo humilde, a comercialização em larga escala do espaço vem progredindo aos trancos e barrancos nos últimos anos. Entre os custos de lançamento em declínio, o desenvolvimento de cargas úteis menores e o aumento de fornecedores de lançamentos comerciais que podem acomodar cargas úteis menores, a Low Earth Orbit (LEO) provavelmente se tornará um lugar muito ocupado no futuro próximo!
