NASA lança Capstone, o satélite cubo de 55 libras na Lua

26 de junho de 2022: No domingo, a NASA anunciou pelo menos um dia de atraso no lançamento do CAPSTONE para permitir mais tempo para as verificações finais dos sistemas. O artigo foi atualizado.

Nos próximos anos, a NASA estará ocupada na lua.

Um foguete gigante cobre uma cápsula sem astronautas ao redor da lua e de volta, possivelmente antes do final do verão. Um desfile de aterrissadores robóticos lançará experimentos na lua para coletar resmas de dados científicos, particularmente sobre gelo de água preso nas regiões polares. Daqui a alguns anos, os astronautas estarão de volta lá, mais de meio século após o último pouso lunar da Apollo.

Tudo isso faz parte do Programa Lunar do Século 21 da NASA em homenagem a Artemis, que na mitologia grega era a irmã gêmea de Apolo.

Uma vez nesta semana, uma espaçonave chamada CAPSTONE será lançada como o primeiro pedaço de Artemis indo para a lua. Comparado com o que se segue, é modesto em tamanho e escopo.

Não haverá astronautas a bordo do CAPSTONE. A espaçonave é muito pequena, aproximadamente do tamanho de um forno de microondas. Esta sonda robótica não vai pousar na lua.

Mas difere em muitos aspectos de qualquer missão lunar anterior. Pode servir de modelo para as parcerias público-privadas que a NASA pode realizar no futuro para ter um melhor impacto em seus voos interplanetários.

“A NASA já esteve na Lua antes, mas não tenho certeza se foi montada assim”, disse Bradley Cheetham, CEO e presidente da Advanced Space, empresa que administra a missão da NASA.

O lançamento estava programado para segunda-feira, mas no domingo, o lançamento foi adiado por pelo menos um dia para dar ao Rocket Lab, empresa americana e neozelandesa Isso economiza o vôo do CAPSTONE em órbita e mais tempo para as verificações finais do sistema.

“As equipes estão avaliando o clima e outros fatores para determinar quando será a próxima tentativa de lançamento”, disse a NASA. Em uma postagem do blog. “A próxima oportunidade de lançamento durante o período atual é em 28 de junho.”

O nome completo da missão é Cislunar Autonomous GPS Technology Operations and Navigation Experience. Ele servirá como um explorador da órbita lunar, onde uma estação espacial tripulada será eventualmente construída como parte do Artemis. Este posto avançado, chamado Gateway, servirá como uma estação rodoviária onde as futuras tripulações pararão antes de continuarem para a superfície lunar.

CAPSTONE é incomum para a NASA de várias maneiras. Por exemplo, ele está localizado em uma plataforma de lançamento não na Flórida, mas na Nova Zelândia. Em segundo lugar, a NASA não projetou ou construiu o CAPSTONE, nem o operará. A agência nem é a proprietária. CAPSTONE pertence à Advanced Space, uma empresa com 45 funcionários no subúrbio de Denver.

A espaçonave segue um caminho lento, mas eficiente, até a lua, chegando em 13 de novembro. Se o clima ou um problema técnico fizer com que o foguete perca o lançamento instantâneo, há chances adicionais até 27 de julho. Se a espaçonave já tiver partido até então, ela continuará a atingir a órbita lunar no mesmo dia: 13 de novembro.

A missão CAPSTONE continua os esforços da NASA para colaborar de novas maneiras com empresas privadas na esperança de obter mais rapidamente recursos adicionais a um custo menor.

“É outra maneira de a NASA descobrir o que precisa descobrir e reduzir o custo”, disse Bill Nelson, administrador da NASA.

O custo do contrato Advance Space com a NASA para CAPSTONE, assinado em 2019, é de US$ 20 milhões. A jornada de CAPSTONE para o espaço também é pequena e barata: pouco menos de US$ 10 milhões para lançar o Rocket Lab.

“Será menos de US$ 30 milhões em menos de três anos”, disse Christopher Baker, diretor executivo do Programa de Tecnologia de Pequenas Naves Espaciais da NASA. “Relativamente rápido e custo relativamente baixo.”

até Beresheet, um esforço mínimo de uma organização israelense sem fins lucrativos para pousar na lua Em 2019, a um custo de US$ 100 milhões.

“Eu vejo isso como um guia de como podemos ajudar a facilitar missões comerciais além da Terra”, disse o Sr. Baker.

Dr. Cheetham disse que a missão principal do CAPSTONE é durar seis meses, com a possibilidade de um ano adicional.

Os dados coletados ajudarão os planejadores do posto avançado lunar conhecido como Gateway.

Quando o presidente Donald J.

Isso levou a NASA a fazer uma estação espacial ao redor da lua uma parte essencial de como os astronautas chegam à superfície lunar. Uma localização tão gradual tornaria mais fácil para eles alcançarem diferentes partes da lua.

A Gateway não usará a primeira missão de pouso da Artemis, que está programada para 2025, mas provavelmente será adiada. Mas as missões subsequentes irão.

A NASA determinou que o melhor lugar para colocar este posto avançado seria no que é conhecido como a órbita semi-reta de Halo.

As órbitas da coroa são aquelas que são afetadas pela gravidade de dois objetos – neste caso, a Terra e a Lua. O impacto dos dois corpos ajuda a tornar a órbita muito estável, reduzindo a quantidade de combustível necessária para manter a espaçonave orbitando ao redor da lua.

As interações gravitacionais também mantêm a órbita em um ângulo de cerca de 90 graus ao visualizar a linha de visão da Terra. (Esta é a parte semi-reta do nome.) Assim, uma espaçonave nesta órbita nunca passa por trás da Lua, onde as comunicações serão cortadas.

A órbita que o portão irá percorrer está localizada a cerca de 2.200 milhas do pólo norte da lua e orbita 44.000 milhas ao passar pelo pólo sul. Uma viagem ao redor da lua levaria cerca de uma semana.

Em termos de matemática básica, caminhos exóticos como a órbita de uma auréola perto da reta são bem compreendidos. Mas esta também é uma órbita que nenhuma espaçonave passou antes.

Assim, CAPSTONE.

“Achamos que temos características muito distintas”, disse Dan Hartmann, diretor de programas da Gateway. “Mas com o conjunto de carga útil CAPSTONE, podemos ajudar a validar nossos modelos.”

Na prática, sem nenhum satélite GPS ao redor da lua para um posicionamento preciso, pode levar algumas tentativas e erros para descobrir a melhor forma de manter a espaçonave na órbita desejada.

“A maior incerteza é saber onde você realmente está”, disse o Dr. Cheetham. “Você nunca sabe realmente onde está no espaço. Então, você sempre aprecia onde está com alguma incerteza em torno disso.”

Como outras missões da NASA, o CAPSTONE triangulará sua estimativa de posição usando Sinais da Deep Space Network da NASA das antenas parabólicas e então, se necessário, se impulsiona de volta para a órbita desejada depois de passar pelo ponto mais distante da Lua.

O CAPSTONE também testará uma maneira alternativa de encontrar sua localização. É improvável que alguém gaste tempo e dinheiro para construir uma rede de GPS ao redor da Lua. Mas existem outras naves espaciais, incluindo Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA, orbitando a Lua, e com maior probabilidade de chegar nos próximos anos. Ao comunicar-se entre si, uma frota de naves espaciais em órbitas díspares pode, em essência, criar um sistema personalizado de Sistema de Posicionamento Global (GPS).

A Advanced Space vem desenvolvendo essa tecnologia há mais de sete anos e agora testará o conceito com CAPSTONE para enviar sinais de um lado para o outro usando o Lunar Reconnaissance Orbiter. “Seremos capazes de localizar ambas as naves espaciais ao longo do tempo”, disse o Dr. Cheetham.

Quando comecei a desenvolver o CAPSTONE, a Advanced Space também decidiu adicionar um relógio atômico em escala de chip de computador à espaçonave e comparar esse tempo com o que estava sendo transmitido da Terra. Esses dados também podem ajudar a determinar a localização da espaçonave.

Como a Advanced Space é proprietária do CAPSTONE, ele teve a flexibilidade de fazer essa alteração sem permissão da NASA. E embora a agência ainda colabore estreitamente em tais projetos, essa flexibilidade pode ser uma bênção para empresas privadas, como a Advanced Space e a NASA.

“Como tínhamos um contrato comercial com nossos fornecedores, quando precisávamos mudar alguma coisa, não era necessário passar por uma grande auditoria dos contratantes do governo”, disse o Dr. Cheetham. “Ajudou do ponto de vista da velocidade.”

O outro lado é que, como a Advanced Space negociou uma taxa fixa para a missão, a empresa não pôde ir à NASA para solicitar fundos adicionais (mesmo tendo recebido pagamentos adicionais devido a atrasos na cadeia de suprimentos devido à pandemia de Covid-19). Os contratos tradicionais da NASA conhecidos como “sobretaxas de custo” reembolsam as empresas pelo que elas gastam e adicionam taxas – recebidas como lucros – além disso, fornecendo pouco incentivo para que elas mantenham os custos sob controle.

“Como as coisas aconteceram, tivemos que descobrir como lidar com isso de forma muito eficiente”, disse o Dr. Cheetham.

Isso é semelhante à estratégia bem-sucedida da NASA de usar contratos de preço fixo com a empresa SpaceX de Elon Musk, que agora transporta carga e astronautas de e para a Estação Espacial Internacional a um custo muito menor do que os ônibus espaciais anteriores da agência. Para a SpaceX, os investimentos da NASA permitiram atrair clientes não pertencentes à NASA interessados ​​em lançar cargas úteis e astronautas particulares em órbita.

Até CAPSTONE, o trabalho da Advanced Space era principalmente teórico – analisando órbitas e escrevendo programas para GPS personalizado – em vez de construir e operar naves espaciais.

A empresa ainda não está realmente no ramo de construção de naves espaciais. “Compramos a espaçonave”, disse Cheatham. “Digo às pessoas que as únicas máquinas que construímos aqui na Advanced são Legos. Temos uma enorme coleção de Lego.”

Nas últimas duas décadas, Pequenos satélites conhecidos como CubeSats proliferaram, permitindo que mais empresas construam naves espaciais rapidamente com base em um design padronizado com cada cubo medindo 10 centímetros ou quatro polegadas. CAPSTONE está entre os maiores, com um volume de 12 cubos, mas a Advanced Space conseguiu comprá-lo, grosso modo, da Tyvak Nano-Satellite Systems em Irvine, Califórnia.

Isso ainda requer muita resolução de problemas. por exemplo, A maioria dos CubeSats Em órbita baixa da Terra, algumas centenas de quilômetros acima da superfície. A lua está a quase um quarto de milhão de milhas de distância.

“Ninguém jamais voou com xícarasat na lua”, disse o Dr. Cheetham. “Então faz sentido que ninguém tenha construído rádios para levar CubeSats à Lua. E então tivemos que realmente mergulhar em muitos desses detalhes e realmente nos envolver com um monte de pessoas diferentes para obter os sistemas que poderiam funcionar.”

O Sr. Hartmann, diretor do Programa Gateway, está animado com o CAPSTONE, mas diz que não é necessário avançar com o posto avançado lunar. A NASA já concedeu contratos para construir as duas primeiras unidades Gateway. A ESA também contribui para duas unidades.

“Podemos voar sem ele?” Sr. Hartmann disse sobre CAPSTONE. “Sim. É obrigatório? Não.”

Mas ele acrescentou: “Sempre que você pode reduzir as barras de erro em seus modelos é sempre uma coisa boa”.

Dr. Cheetham está considerando o que pode vir a seguir, talvez mais missões à Lua, seja para a NASA ou outros parceiros comerciais. Ele também pensa mais.

“Estou muito fascinado com a ideia de como podemos fazer algo semelhante a Marte”, disse ele. “Pessoalmente, também estou muito interessado em Vênus. Acho que ele não está recebendo atenção suficiente.”