Sobre esta questão do Zenite, para que possam entender a questão, a resposta passa por alguns princípios fundamentais do projeto de foguetes lançadores, que vou tentar simplificar ao maximo para vocês. .
Quando se vai projetar um foguete de combustível liquido (os de combustível sólido se aplicam regras diferentes) temos que travar uma relação fundamental de projeto, que é o empuxo divido pelo seu peso.
Digamos, um foguete com empuxo de 110.000Kgf e massa de 100.000Kg, tem uma relação de 1,1. Obviamente para o foguete sair da plataforma a relação deve ser > 1
O que é melhor, um numero baixo próximo a 1 ou um numero alto, próximo a 2 ou 3?
Bem, quando o numero é baixo, algo como 1,1, isto significa que o foguete pode levar mais combustível a bordo, logo sua carga útil é maior.
Quando o foguete tem um numero alto, digamos 2, isto significa que ele pode perder até 50% da potencia durante o lançamento e mesmo assim decolar com segurança não comprometendo a plataforma de lançamento e as instalações de Terra.
E quando queremos potencializar as duas coisas?
Ai o que fazemos é criar um numero de propulsores que varia de 4 a 6.
Vejam a seguinte analise.
Um foguete X precisa de pelo menos 100.000Kgf de empuxo para deixar a plataforma.
• Se ele tiver 4 motores podemos gerar 134.000Kgf de empuxo, 33.400Kgf por impulsor, se ele perder um motor durante o lançamento ainda deixa a plataforma, com 3 impulsores. Sua relação de empuxo / massa é de 1,33
• Se ele tiver 5 motores, podemos gerar 125.000Kgf de empuxo, 25.000Kgf por impulsor, se ele perder um motor durante o lançamento ainda deixa a plataforma com 4 impulsores, Sua relação empuxo / massa é de 1,25
• Se ele tiver 6 motores, podemos gerar 120.000Kgf de empuxo, 20.000Kgf por impulsor, se ele perder um motor durante o lançamento ainda deixa a plataforma com 5 impulsores, Sua relação empuxo / massa é de 1,20
Quer dizer que conforme aumentamos o numero de motores de um foguete, podemos aumentar a sua carga útil sem dispensar as margens de segurança necessárias ao lançamento?
Sim, esta correto.
Então, porque não fazemos um foguete com 20 motores?
Bem, existe um numero critico, conforme aumentamos o numero de motores, também aumentamos a possibilidade de falhas em algum impulsor, então existe um numero ótimo de motores que é de 4 a 6, ou seja, aquela relação de compromisso que privilegia a segurança e a eficiência de satelitização.
A boa pratica de projeto de um lançador (que não utiliza boosters de combustível sólido) dita portanto um numero de impulsores de 4 a 6.
Isto vale para um lançador, quando se projeta um míssil balístico com combustível liquido a relação é outra.
Em um míssil balístico temos que controlar alguns parâmetros de projeto.
• Primeiro que ele tem um tempo de prontidão critico. Isto é, entre a ordem de lançamento e o lançamento efetivo, um míssil balístico não tem mais que alguns minutos para decolar, um numero maiores de motores cria um tempo de prontidão muito grande.
• O diâmetro de um míssil balístico é um elemento muito critico, ele vai ser armazenado em um silo de concreto, quando aumentamos em 25% o diâmetro do míssil, aumentamos em 56% a área de saída do silo. Como a resistência do silo é proporcional a sua área de saída, um míssil balístico “fino” é muito mais eficiente sobrevivência que um míssil balístico “grosso”.
• Em um projeto de míssil balístico lançado de um silo, se formos montar 4 ou 5 impulsores em uma base do míssil, teríamos um estouro do diâmetro, porque haveria partes das tubeiras fora do circulo central da fuselagem, o que obrigaria a criarmos aletas para criar um vácuo próximo a base do foguete, aumentando em excesso o seu diâmetro. Quem tiver interesse no assunto procure fotos do primeiro estagio do Saturno-5, e repare as 4 aletas do primeiro estagio estão ali somente para gerar um vácuo sobre as tubeiras dos 4 motores F-1 externos, sem elas os motores sofreriam uma carga aerodinâmica muito grande, aumentando a potencia hidráulica necessárias ao seu basculamento.
Resumo
Pela pratica clássica de engenharia espacial:
• Foguetes lançadores privilegiam a segurança x capacidade de satelitização, logo tem idealmente de 4 a 5 impulsores
• Mísseis balísticos privilegiam tempos de reação e diâmetro de fuselagem, logo de 1 a 3 motores.
Mas o assunto não era o Zenite?
Então. O Zenite tem 1 motor apenas e não é baseado em um míssil balístico.
O que isto significa?
Que ele é um foguete que quando perde potencia na decolagem, perde virtualmente 100% de potencia, causando este indesejável efeito que vocês podem observar no vídeo:
http://www.youtube.com/watch?v=eMG2SBwIcrM
Se não é um míssil balístico, porque a escolha de uma configuração monomotora para o Zenite?
Quando ele foi projetado, isto na segunda metade dos anos 70, o Zenite fazia parte de um plano amplo do programa espacial soviético que contemplava a padronização de alguns hardwares, que seriam empregados na terceira geração dos sistemas espaciais soviéticos.
Até o começo dos anos de 1980, existiam os seguintes sistemas de lançamento:
• UR-100 com < 3000Kg de capacidade LEO (Low Earth Orbit)
• Soyuz: com 7500Kgf de capacidade LEO
• Pronton:com 19.000Kgf de capacidade LEO
Haviam dois foguetes planejados para completar esta geração, e substituir no futuro alguns mais antigos como o Soyuz.
Seriam:
• Zenite com capacidade 14.000Kg LEO
• Energia com capacidade 110.000Kg LEO
O Energia, que passaria a ser o maior foguete do mundo, era impulsionado no seu lançamento por 4 impulsores RD-170, com cerca de 750.000Kgf de empuxo em cada um dos seus 4 boosters laterais (maior propulsor soviético, e equivalente em tamanho ao F-1 americano) e 4 RD-120, equivalente soviético do SSME, motor de criogênico do Space Shuttle.
O fato era que os soviéticos para produzir o maior foguete do mundo, também tinham criado os maiores impulsores do mundo, com seus custos de desenvolvimento e fabricação acima do que tradicionalmente era a referencia soviética.
O Zenite para satelizar os seus 14.000Kg deveria ter uma massa de lançamento de 470.000Kgf, então os planejadores soviéticos tiveram a seguinte idéia.
Empregar no Zenite um impulsor RD-170 e criar um foguete mono impulsor.
Qual seria o ganho?
Como o Zenite era um foguete médio, seria lançado dezenas de vezes ao longo do ano, então manteria a linha de produção do RD-170 aberta e aquecida, o que baratearia os custos de produção para o gigante Energia, que precisava de 4 RD-170.
Mas e as questões de segurança associadas a operação de um lançador monomotor que foram explicadas no inicio do texto?
Na terceira geração de sistemas espaciais tanto soviéticas quanto americana a noção de confiabilidade dos sistemas tinha mudado. Nos primeiros 10 anos da corrida espacial as margens de segurança cresceram bastante, e o que os projetistas soviéticos acreditavam era que seria possível criar uma lógica de operação baseada em conceitos de gestão de riscos, com a estratégia de confiabilidade de componentes e praticas de operação.
Seria análogo ao que aconteceu na aviação. Nos anos 50 e 60 era inconcebível crusar o atlântico em um jato comercial de 2 motores, também até pouco tempo atrás era inconcebível um jato executivo monomotor. Com a evolução das turbinas e dos sistemas de manutenção e praticas de operação, os 777 podem ser tão ou mais segundos que os antigos 707 ou 747 ou os VLJ monomotores podem ser confiáveis como os primeiros Learjets.
O próprio projeto do impulsor RD-170 que é uma duplamente alimentado em circuitos independentes, deu a segurança aos projetistas soviéticos que um grande foguete monomotor era possível, e o Zenite foi o pioneiro no mundo e uma tendência que hoje a Rússia exporta até para as principais fabricantes de foguetes americanas que é a padronização do core impulsor, posso falar disto mais adiante.
Os planejadores espaciais soviéticos, acharam que o risco poderia ser controlado, e pagaram para ver.
A estréia operacional do Zênite foi em 1985.
Depois de um atraso de 2 anos, em função de alguns problemas de desenvolvimento. Foram 4 lançamentos orbitais, associados a um programa militar de satélites ELINT da série Tsenina, então o foco da URSS em utilização militar do espaço.
Dois 4 lançamentos, 3 foram um sucesso, em um deles houve uma perda de satelitização pelo mal funcionamento do segundo estagio do foguete. Uma comissão de investigação foi formada, e seis meses depois o Zenit voaria a voar.
De 1986 a 1990 foram cerca de 12 lançamentos sem problemas. Existiam dois tipos de satélites onde o Zenite era empregado. Os satélites da série Tsenina, utilizados para plotagem de pontos emissores de radar dentro do território da OTAN, e o uma nave não tripulada chamada Uragan, que descendia de um programa chamado BOR onde a URSS procurava desenvolver as tecnologias necessárias ao Buran.
Com o Buran pronto na segunda metade dos anos de 1980, o programa BOR estava concluído, mas a megalomania dos projetistas soviéticos mantiveram em desenvolvimento um conceito de interceptador orbital chamado Uragan, caso a NASA leva-se adiante seus planos de lançar o Space Shuttle da costa da Califórnia em missões polares, que seriam as melhores para observação da URSS. O Shuttle em um vôo polar poderia levar 10.000Kg de sensores em seu compartimento de carga, algo mais que suficiente para combinado com a presença humana a bordo realizar missões de reconhecimento de grande eficiência. O Uragan era um projeto de nave, para ser lançado com uma pequena tripulação e ficar “na cola” do Shuttle em órbita, analisando suas atividades e eventualmente disparando contra ele em caso de um conflito. O programa foi cancelado em 1987.
O que estou narrando para vocês sobre a vida operacional do Zenite?
Que ele era um foguete de interesse militar para a URSS. Também era um foguete que teve um bom começo de vida operacional, e que existia uma aposta em um novo conceito pelos soviéticos que era um foguete lançador monomotor, pelos motivos de padronização da produção de motores.
Em 1990 aconteceu porem uma surpresa. Um acidente em Baikonur quando um Zenite ao deixar a plataforma, perdeu potencia e retornou ao solo. Novamente comissão de investigação, 6 meses de quarentena, e um novo vôo no final de 1990.
Sabem o que aconteceu no novo vôo?
O Zenite teve uma falha no segundo estagio e o lançamento foi perdido.
Novamente comissão de investigação, alguns meses de quarentena, e um novo vôo.
Adivinhem!!
O segundo estagio falha denovo!
Ai temos que abrir um parênteses.
Um foguete é diferente de um avião.
Normalmente no projeto aeronáutico buscamos o equilíbrio, isto é, todos os componentes de custos, desempenho e segurança são dosados de forma bastante equilibrada. Obviamente em um avião comercial estamos privilegiando segurança e economia. Em um militar estamos privilegiando desempenho, mas existe uma lógica de equilíbrio.
Em um projeto de foguete não.
As questões de segurança e custos são controladas quando a sua criticidade, mas o fogo é desempenho, quando se projeta um foguete, normalmente temos uma listas de 10 ou 20 coisas que sabemos que vai acontecer com ele durante a vida operacional. E compete ao profissional de planejamento de operação ter planos de qualidade e contingência para cada uma das situações criticas que estão previstas.
Então entra um conceito que chamamos de “operação assistida” isto é, listar itens críticos do projeto e manter em condições assistidas a sua operacionalidade.
O Space Shuttle é um projeto de operação assistida, isto é, a NASA desde o começo do projeto sabia quais os itens críticos. Quando ela perde um Shuttle não aconteceu absolutamente nada de novo do que já era conhecido, o que houve foi uma falha de assistência no item controlado. Este é um outro assunto, que geraria paginas e paginas de consideração, fico por aqui com o tema.
O Zenite foi o primeiro projeto soviético a empregar este conceito de forma ostensiva. O que aconteceu em 1990 foi na verdade uma falha dos processos de operação. Era uma época de transição na URSS, recursos, pessoas, prioridades, tudo mudou, e o conceito de operação assistida, mostrou a sua principal desvantagem, ele não poderia ser empregado em um programa em uma fase turbulenta como eram os anos de 1990/91.
Em 1992 os planos de assistência a operação do Zenite foram refeitos, e rapidamente ele voltou a cena, era uma questão de honra para os gestores espaciais russos, a sua carga típica continuava a ser os satélites militares ELINT.
De 1992 a 1998, foram 13 lançamentos. Todos perfeitos. O conceito do foguete era correto, desde que os conceitos associados a sua operação fossem corretamente seguidos.
Em 1998 o Zenite deixaria de carregar satélites militares russos, e passaria operação comercial. A Globalstar, operadora de telefonia celular via satélite, estava ansiosa para estar em paridade com a rival Iridinun.
E foi contratado do governo russo um lançamento de 12 pequenos satélites de cerca de 250Kg cada um, a ser lançado de uma só vez por um Zenite.
Na época eu ainda estudava, e fomos a um coquetel, por conta do fabricante, empolgado com a sua nova fase comercial, na antiga fabrica da Yuzhnoye para vermos o final do processo de montagem do foguete antes do embarque para a base de lançamento.
Adivinhem o que aconteceu?
As seguradoras responsáveis pelos satélites não tiveram um bom 9 de setembro, dada do lançamento, em que um problema no software de controle gerou um final de queima prematuro para o segundo estagio.
De 1998 pra frente, a historia do Zenite iria mudar um pouco. Os satélites ELINT que ele normalmente lançava, estavam em processo de substituição, a nova geração de satélites, subiria no Soyuz, seria mais leve, mais barata, e mais adequada a nova Rússia que não tinha as mesmas necessidades em termos espaciais militares que a “velha Rússia”.
O acordo com a Boeing era a nova cara para este foguete.
Nos EUA a Boeing e a Lockheed estavam desenvolvendo seus novos lançadores, Delta IV e Atlas-5 respectivamente. Já se faziam 20 anos que um novo foguete de combustível liquido não era projetado nos EUA, o ultimo foi o Shuttle. Depois dele, somente o pequeno Pegasus, mas este pequeno demais para ser considerado neste tipo de analise.
A Lockheed conservadoramente fez um acordo com a agencia espacial russo e incorporou no seu Atlas-5 um impulsor russo, basicamente um motor RD-170 empregado no Zenite com 2 e não 4 câmaras de combustão. O Atlas-5 era um foguete simples, conservador e de menor custo. Exatamente como a USAF, grande compradora de serviços de lançamento gostava, já que operou por mais de 30 anos um foguete com estas características, que era o sistema Titan II, III e IV.
A Boeing por sua vez, ia no caminho da Arianespace e do programa espacial japonês, foguetes criogênicos uma opção do ponto de vista tecnológica primorosa, mas mais cara e arriscada.
A Boeing então criou uma estratégia de diversificar. Operaria um foguete mais sofisticado como o Delta IV e criaria seu produto de menor custo, que seria a operação de um foguete russo, comprado “inteiro” e não apenas o propulsor como a sua rival Lockheed.
A ultima vez que assisti um lançamento do Atlas-5 foi pela TV em janeiro de 2006. Eu olhava para ele e tinha, o que imagino a mesma impressão que Marcel Dassault tivesse quando olhava para um Kfir.
As duas principais fabricantes de foguetes americanas teriam se aproximado da industria russa. Uma importaria o propulsor e a outra, simplesmente o foguete inteiro.
O Zenite era um foguete ideal para a operação. Ele tem um sistema de montagem e preparação para o lançamento bastante simplificado, com tudo que os soviéticos aprenderam com o R-7 e com o Proton. Tem procedimentos de contagem regressiva bastante simples, seria análogo a aviação a um projeto com foco em disponibilidade e baixo custo de operação. Perfeito para ser lançado no meio do oceano, apesar de não ter sido pensado para isto, a situação era análoga. Da sua fabrica até Baikonur são cerca de 3000Km, ele deveria ser montado e lançado sem depender de praticamente nada na sua base em termos de infra estrutura.
O Sea Launch foi planejado com duas alternativas de lançamento, uma primeira convencional, a ser operada da Austrália, e a segunda a alternativa da plataforma naval.
A negociação com os australianos estava foram do timming de investimentos necessários ao projeto. A Austrália também não trazia vantagens geográficas tão evidentes como em outras bases russas que já operaram o Zenite. Então foi congelado o plano da plataforma flutuante.
Alguém pode ser perguntar, mas e Alcântara?
Bem, Alcântara era e é, um lugar mais ideológico do que tecnológico. É difícil explicar para um planejador espacial, que vai investir ali centenas de milhões de dólares, porque a Igreja Católica brasileira e um partido de esquerda como o PSTU, organizam um plebiscito para votar sobre a “entrega” da base aos imperialistas americanos, mesmo que a minuta de um acordo espacial, seja com a Rússia, Ucrânia (como o Brasil já assinou) seja igual na sua essência a minuta americana. Alcântara não foi considerada seriamente neste projeto.
Como também não foi considerado em projeto comercial algum. O único acordo comercial de Alcântara é com os Ucranianos. Sabem quando satélites a Ucrânia lançou comercialmente desde que se separou da URSS?
NENHUM!
Os Russos fizeram um acordo com a ESA e o Soyuz vai subir de Kourou nos seus vôos comerciais. Os acordos russos com o Brasil não são focados em exploração comercial de Alcântara e sim em outros segmentos.
Voltando ao Zenite.
Com o Sea Launch em operação, foram 24 lançamentos com 3 falhas. Sendo esta ultima que estamos comentando nestes últimos dias. Uma media de segurança boa, mas não ótima como por exemplo nos lançamentos Soyuz comerciais. Dentro porem dos padrões esperados neste tipo de operação.
Este acidente de dias atrás também trás algumas peculiaridades interessantes
Aconteceu em águas internacionais
Não envolvia operadores governamentais
Não deixou vitimas
A sua investigação esta sendo realizada pela primeira vez em 50 anos de exploração espacial pelas empresas envolvidas no lançamento e não pelas agenciais espaciais governamentais.
Com isto, o acesso a informações sobre o ocorrido segue um fluxo diferente do normal. Normalmente quando existe um acidente ou incidente com um foguete russo, cada um dos 65 gestores espaciais russo recebe diariamente informações sobre o andamento da investigação. Nos EUA o fluxo é parecido.
Depois de concluída a investigação, ela é submetida a pelo menos 6 gestores que aceitam ou rejeitam o trabalho da comissão.
Agora pela primeira vez, ninguém sejam nas forças espaciais seja na agencia civil sabe exatamente nada do que esta acontecendo, uma experiência culturalmente interessante para alguns que estão adorando a maturidade da ciência espacial, menos burocrática e dependente de carimbos e processos. Outros estão achando estranho ficaram a margem destes processo, já que a 50 anos é de um jeito, e agora esta sendo de outro.
As informações que tenho são de domínio publico. Houve uma falha de uma linha de suprimento de oxigênio liquido no momento da ignição que deixou uma das duas turbo bombas de oxigênio sem fluido, o que gerou um disparo da rotação do rotor, danificando os sistemas de rolamentos. Os motivos da falha na linha de oxigênio e a seqüência exata dos eventos estão sob domínio das empresas envolvidas na operação.
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"Na época eu ainda estudava, e fomos a um coquetel, por conta do fabricante..."
