Rússia lança satélite de navegação da nova geração

A Rússia levou a cabo o lançamento de um novo satélite de navegação desde o Cosmódromo de Plesetsk, Arkhangelsk, no dia 7 de Agosto de 2023.

O lançamento do novo satélite 14F160 Glonass-K2 №13L teve lugar às 1320UTC e foi levado a cabo por foguetão 14A14-1B Soyuz-2.1b/Fregat a partir do Complexo de Lançamento LC43 PU-3 (17P32-S3).

O novo satélite recebeu a designação militar Cosmos-2569 e será declarado operacional após a sua fase de comissionamento em órbita.

Tal como é usual nos foguetões Soyuz, o final da queima e separação do primeiro estágio ocorre a cerca de dois minutos de voo. A separação das duas metades da carenagem de protecção ocorre a cerca de T+2m 45s. O final da queima do segundo estágio ocorre por volta de T+4m 42s. Entretanto, o terceiro estágio entra em ignição antes da separação do segundo estágio. Pouco depois, a grelha por onde os gases da ignição do terceiro estágio escapam, separa-se em três secções.

O final da queima do terceiro estágio ocorre por volta de T+9m 22s, dando-se de seguida a separação do estágio Fregat que irá levar a cabo uma série de manobras antes da separação da sua carga.

Porém, aparentemente este lançamento seguiu um perfil de voo que diferiu dos anteriores lançamentos GLONASS, pois a área de impecto definida para o terceiro estágio é diferente das que são usualmente designadas para este tipo de missões.

O sistema de navegação GLONASS

O sistema GLONASS (GLObalnaya NAvigationnaya Sputnikovaya Sistema) é um sistema de radio-navegação por satélite que permite a um número ilimitado de utilizadores obterem dados de navegação tridimensionais sobre quaisquer condições atmosféricas, medição de velocidade e dados de temporização em qualquer zona do globo ou do espaço junto à Terra.

Uragan-M_2014-03-23_14-48-26O sistema GLONASS permite a gerência do tráfego naval e aumento da segurança, serviços de cartografia e geodesia, monitorização do transporte pelo solo, sincronização das escalas de tempo entre diferentes objectos, monitorização ecológica e organização de operações de busca e salvamento.

O sistema GLONASS é dirigido para o Governo da Federação Russa pelas Forças Espaciais Russas (operador do sistema) e providencia benefícios significativos às comunidades de utilizadores civis através de várias aplicações. O sistema GLONASS possui dois tipos de sinais de navegação: o sinal standard de navegação precisa (SP) e o sinal de navegação de alta precisão (HP). Os serviços de temporização e posicionamento pelo sinal SP estão disponíveis a todos os utilizadores civis de um modo contínuo, sendo fornecidos em todo o planeta e providenciando a capacidade de obter uma localização horizontal com uma precisão de entre 57 metros a 70 metros (probabilidade de 99,7%) e uma precisão de localização vertical de 70 metros (probabilidade 99,7%). A precisão da medição dos componentes dos vectores de velocidade é de 15 cm/s (probabilidade de 99,7%). Estas características podem ser significativamente melhoradas utilizando modos de navegação diferencial e métodos especiais de medição.

Para obter dados de localização tridimensional, medições de velocidade e dados de temporização, o sistema GLONASS utiliza sinais rádio que são continuamente transmitidos pelos satélites.

Nas versões iniciais, cada satélite transmite dois tipos de sinais (SP e HP). O sinal L1 de SP tem um acesso múltiplo na frequência de divisão em banda L: L1 = 1602 MHz + n * 0,5625 MHz, onde “n” é o número do canal de frequência (n = 1, 2, 3,…). Isto significa que cada satélite transmite um sinal na sua própria frequência que difere de outras frequências de outros satélites. Porém, alguns satélites possuem as mesmas frequências mas esses satélites estão localizados em posições antipodais dos planos orbitais e não aparecem no mesmo horizonte do utilizador. O receptor GLONASS recebe automaticamente os sinais de navegação de pelo menos quatro satélites e mede as suas pseudo-localizações e velocidades. Simultaneamente selecciona e processa a mensagem de navegação dos satélites. O computador do GLONASS processa todos os dados e calcula três coordenadas, três componentes de velocidade e o tempo preciso.uragan-m__1

O sistema GLONASS é composto por duas partes principais: a constelação de satélites GLONASS e o complexo de controlo terrestre. A constelação de satélites GLONASS (fabricados pelo Centro de Mecânica Aplicada Reshetnev)  completa é composta por 24 veículos em órbita, distribuídos por três planos orbitais cujos nodos ascendentes estão localizados a 120º de cada um. Cada plano orbital possui oito satélites com argumentos de latitude separados em 45º. Para além disso os planos estão separados 15º em latitude.

Cada satélite GLONASS opera numa órbita circular com uma altitude de 19.100 km e uma inclinação orbital de 64,8º, completando cada satélite uma órbita em 11 horas e 15 minutos. O espaçamento entre as órbitas é determinado para que um mínimo de cinco satélites esteja no horizonte de cada utilizador em qualquer parte do globo terrestre. Com uma geodesia adequada a constelação GLONASS permite uma navegação global e contínua. Cada satélite transmite um sinal numa radiofrequência que contém dados de navegação (efeméride  da transmissão, alteração do tempo do satélite relativo ao sistema de tempo GLONASS e à hora UTC, marcadores de tempo, e almanaque GLONASS) para os seus utilizadores.

As efemérides são as coordenadas exactas do satélite (x, y, z e as suas primeira e segunda derivadas) que descrevem a sua localização no sistema de referência geocêntrico PZ-90. O almanaque GLONASS mantém uma informação actualizada sobre todos os satélites do sistema e inclui os elementos Keplerianos das suas órbitas, dados sobre as alterações do tempo do satélite em relação ao sistema GLONASS e os dados sobre o estado de cada veículo. As efemérides GLONASS são computadas no sistema ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed) de referência PZ-90 (PZ – Parâmetros da Terra). Os parâmetros para um elipsóide terrestre comum para o PZ-90 são: a = 6378136 m; f = 1:298,257839303).

251208-1bO sistema GLONASS é operado pelo GCC (Complexo de Controlo Terrestre). O GCC consiste no SCC (Centro de Controlo do Sistema) localizado em Krasnoznamensk, região de Moscovo, e várias estações de comando CTS (Estações de Comando e Rastreio) espalhadas pela Rússia. As estações CTS observam os satélites GLONASS e obtêm dados de telemetria provenientes dos sinais dos satélites. A informação do CTS é processada no SCC para determinar a hora do satélite e o seu estado orbital, além de actualizar a informação de navegação de cada veículo. Esta informação actualizada é transmitida ao satélite via CTS que também é utilizado para transmitir a informação de controlo. Os dados de detecção do CTS são periodicamente calibrados utilizando dispositivos de detecção a laser nas estações QOTS (Estações de Rastreio Óptico-Quânticas). Cada satélite transporta reflectores laser para este propósito. A sincronização de todo o processo no sistema GLONASS é muito importante para a sua operacionalidade. Existem um sincronizador central no GCC para este efeito. O sincronizador central é um relógio de hidrogénio atómico de alta precisão que origina a escala de tempo GLONASS. As escalas de tempo a bordo (tendo por base relógio atómicos de césio) de todos os satélites GLONASS estão sincronizadas com o tempo UTC registado em Mendeleevo, região de Moscovo.

Os satélites 14F113 Uragan-M têm uma massa de 1.415 kg, tendo um comprimento de 7,84 metros (sem o megnetómetro na sua posição operacional), um diâmetro de 2,35 metros e uma largura de 7,23 metros (sem os painéis solares na sua posição operacional). Os satélites 11F654 Uragan (versão original) têm uma vida útil de dois anos, enquanto que os veículos 14F113 Uragan-M, com uma massa de 1.480 kg, têm um período de vida útil de sete anos. Os satélites da rede GLONASS são fabricados pela empresa russa Reshetnev NPO Prikladnoy Mekhaniki (NPO PM).

Designação

Internacional

NORAD Satélites Nº de Série  Data de Lançamento Hora de Lançamento (UTC) Veículo Lançador
2014-032A 40001 Cosmos 2500 79456555 14 / Jun / 14 17:16:48.211 T15000-023/112-02
2016-008A 41330 Cosmos 2514 79448251 07 / Fev / 16 00:21:07.141 G15000-030/112-03
2016-032A 41554 Cosmos 2516 79468253 29 / Mai / 16 08:44:35.411 G15000-027/112-04
2017-055A 42939 Cosmos 2522 80068252 22 / Set / 2017 00:02:32.531 R15000-036/112-05
2018-053A 43508 Cosmos 2527 80056556 16 / Jun / 2018 21:46:28.171 L15000-020/112-06
2018-086A 43687 Cosmos 2529 79456557 03 / Nov / 2018 17:17:53.191 R15000-036/112-08
2019-030A 44299 Cosmos 2534 80016558 27 / Mai / 2019 06:23:00.191 Ya15000-053/112-09
2019-088A 44850 Cosmos 2544 79416559 11 / Dez / 2019 08:54:48.591 N15000-046/112-10
2020-018A 45358 Cosmos 2545 80016560 16 / Mar / 2020 18:28:10,041 76058145/112-11
2022-161A Cosmos 2564 ? 28 / Nov / 2022 15:13:50 N15000-047/112-13

A tabela em cima mostra os últimos 10 lançamentos de satélites 11F654M Uragan-M.

O sistema de tempo GLONASS

Os satélites GLONASS estão equipados com relógios de césio cujo atraso diário não é superior a 5*10-13 s. Isto providencia uma precisão na sincronização do tempo do satélite relativa ao sistema GLONASS de cerca de 15 nanossegundos, com correcções efectuadas duas vezes por dia pelas estações terrestres. O sistema de tempo GLONASS (GLONASST) é gerado na base do tempo do sincronizador central. As instabilidades diárias do sincronizador central (relógio de hidrogénio atómico) não são superiores a 5*10-14 s. O desvio do tempo GLONASST relativamente ao tempo UTC deve ser menos de 1 milissegundo. A precisão do desvio deve ser inferior a 1 micro segundo.

261207É bem conhecido que a escala de tempo fundamental na Terra é determinada pelo IAT (International Atomic Time) que resulta da análise levada a cabo pelo Bureau International de l’Heure (BIH) em Paris que analisa os dados de muitos países. A unidade fundamental do IAT é o segundo SI que está definido como a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre dois estados do átomo de Césio 133. Devido ao facto de o IAT ser uma escala de tempo contínua, possui um problema fundamental para a sua utilização prática: o tempo de rotação da Terra em relação ao Sol está a diminuir em cerca de 1 segundo por ano. O IAT irá ficar inconvenientemente dessincronizado em relação ao dia solar. Este problema foi superado ao se introduzir o UTC que decorre ao mesmo ritmo que o IAT mas é incrementado por saltos de 1 segundo quando necessário e normalmente no final de Junho ou Dezembro de cada ano.

É também sabido que cada um dos centros de tempo terrestres mantém uma hora local do tempo UTC, a época e a variação da qual em relação ao tempo UTC (BIH) são monitorizadas e corrigidas periodicamente.

O tempo UTC (CIS ) é mantido pelo VNIIFTRI (Centro Meteorológico Principal para o Tempo da Rússia e Serviços de Frequência) em Mendeleevo. Quando o tempo UTC é aumentado em Junho ou Dezembro em 1 segundo, o tempo GLONASST também o é, não existindo assim diferenças de sincronização entre os dois sistemas. Porém, existe uma diferença de 3 horas entre o tempo GLONASST e o tempo UTC (CIS).

Em comparação como sistema GPS (que não sofre actualizações como dia solar) existe uma diferença de sincronização entre o tempo IAT e o GPS: GPST-UTC = +10 s; IAT-UTC = +29s, logo GPST+19 s = IAT.

Os satélites Uragan-K

Os satélites da terceira geração 14F143 Uragan-K, são os primeiros satélites Uragan despressurizados, isto é todos os seus componentes operam em vácuo, o que por si só permite um aumento da vida útil dos satélites.

Construídos pela ISS Reshetnev (anteriormente designada NPO Prikladnoi Mekhaniki – NPO PM), e iriginalmente designados Uragan-K1, estes satélites são baseados na plataforma Ekspress-1000K e têm uma massa de 962 kg no lançamento. A sua vida operacional é de 10 anos. Os satélites transportam também painéis solares mais eficientes.

Os satélites transmitem sinais de navegação em cinco canais, melhorando assim a precisão do sistema. Destes canais, quatro são para utilização militar (bandas L1 e L2), enquanto que o sinal civil é transmitido na banda L3. A bordo encontra-se também uma carga de transmissores do sistema KOSPAS-SARSAT que têm como objectivo retransmitir sinais de pedidos de socorro provenientes de navios e aviões.

Os satélites GLONASS-K2

Não se sabe muito sobre o desenho dos satélites GLONASS-K2, não estando disponíveis fotografias deste tipo de satélite para além de um modelo (o que nos dá uma ideia do seu tamanho, sendo este cerca de duas vezes maior do que os satélites GLONASS-K) e um modelo da sua carga de navegação que foi utilizada para testes numa câmara de vácuo.

Algumas fontes indicam que os satélites GLONASS-K2 são baseados na plataforma Ekspress-1000K ou na plataforma Ekspress-1000A (ambas da ISS Reshetnev), mas numa classificação das suas plataformas publicadas pela empresa em 2017 (somente acessível a utilizadores registados, mas a mesma classificação pode ser vista aqui), a plataforma destes satélites é classificada como KAUR-4N (com KAUR a significar “série de satélites unificada”).

A KAUR-4N é uma plataforma numa série de plataformas não pressurizadas com um desenho denominado “monobloco”, o que significa que a plataforma e a carga são integradas de forma mais próxima do que num desenho modular tal como é utilizado para os satélites Ekspress. O KAUR-1N foi o desenho utilizado para os pequenos satélites Yubileinyy e Mir, enquanto a KAUR-2N foi um desenho que seria utilizado num pequeno satélite de detecção remota, e o KAUR-3N foi utilizado nos satélites GLONASS-K (em contradição com outra informação de que os satélites GLONASS-K são também baseados na plataforma Ekspress-1000K). Os satélites GLONASS-K2 poderiam também ser lançados em tripletos a bordo de foguetões 8K82KM Proton-M/Briz-M, mas estes planos foram abandonados.

Os satélites GLONASS-K2 n.º 13L e GLONASS-K2 n.º 14L (com o índice militar 14F160) serão os únicos satélites a utilizar este desenho específico. Os próximos satélites GLONASS-K2 (designados “14F170” e com o número de série a iniciar em 24L) tiveram de ser redesenhados para incorporar mais compponetes electrónicos de fabrico russo (devido às sanções) e terão um aspecto significativamente diferente.

Para além da sua carga de navegação, os satélites GLONASS-K2 transportam várias cargas secundárias, entre as quais um repetidor de busca e salvamento KOSPAS/SARSAT; um repetidor de busca e salvamento KSPS-MO especificamente para utilização militar; uma carga de detecção nuclear BAL-K2; e a carga Ruveta, possivelmente uma carga de inteligência que será utilizada para indicar a localização de embarcações militares estrangeiras e assim fornecer dados de alvo para mísseis lançados a partir do mar.

Os satélites GLONASS-M e GLONASS-K também transportaran cargas de detecção nuclear, enquanto os repetidores KOSPAS foram transportados nos satélites GLONASS-K. As cargas KSPS-MO e Ruveta são exclusivas dos satélites GLONASS-K2. A carga Ruveta é claramente considerada uma carga altamente sensível em termos militares, podendo-se assim explicar o secretismo em torno dos satélites GLONASS-K2. Esta carga deverá estar equipada com uma ou mais antenas que serão claramente visíveis em fotografias do satélite.

As várias funções dos satélites GLONASS-K2 são sumarizadas numa apresentação publicada on-line em 2016/2017 e que pode ser acedida aqui.

Nessa altura, os satélites GLONASS-K2/14F160 deveria ser lançado em 2018 e os satélites GLONASS-K2/14F170 em 2020. Pela informação disponível, os satélites 14F170 terão exactamente as mesmas funções que os satélites 14F160.

Curiosamente, surge também a informação sobre os satélites GLONASS-VKK, uma versão dos satélites GLONASS que seria colocada em órbitas geossincronizadas inclinadas e muito semelhantes no desenho aos satélites GLONASS-K. O actual estado dos satélites GLONASS-VKK é desconhecido.

(Texto sobre os satélites GLONASS-K2 da autoria de Bart Hendricx)

O foguetão 14A14 Soyuz-2

O foguetão 14A14 Soyuz-2 representa a mais recente evolução do épico míssil balístico intercontinental R-7 desenvolvido por Sergei Korolev nos anos 50 do século passado. O novo lançador apresenta motores melhorados, modernosSoyuz-2_2014-03-23_14-08-06 sistemas aviónicos digitais e uma reduzida participação de componentes de fabrico não russo.

O lançador é também conhecido pela designação Soyuz-ST (quando lançado desde o CSG Kourou) e foi especialmente desenhado para uma utilização comercial, aumentando a seu desempenho geral apesar de o desenho básico do veículo permanecer o mesmo. As alterações foram realizadas ao nível de uma melhoria do desempenho dos motores do primeiro e do segundo estágio com novos injectores e alteração da mistura dos propelentes; aumento no desempenho do terceiro estágio; introdução de um novo sistema de controlo, permitindo uma alteração do plano orbital já durante o voo; introdução de um novo sistema de telemetria digital para a monitorização do lançador e a introdução de uma nova ogiva de protecção de carga com um diâmetro de 3,6 metros.

O foguetão 14A14 Soyuz-2 pode ser equipado com um quarto estágio, nomeadamente o estágio Fregat (nas suas diversas variantes), utilizando as carenagens de protecção do tipo ST e SF.

Para as missões OneWeb é utilizado um “sistema dispensador” de satélites desenvolvido pela RUAG Space AB (Linköping, Suécia). Este dispensador transporta os satélites durante o voo até à órbita terrestre baixa, libertando-os assim que a altitude e as condições ideais são atingidas. Este dispensador é projectado para acomodar até 36 satélites por lançamento.

Este lançador é capaz de colocar uma carga de 7.800 kg numa órbita terrestre a 240 km de altitude com uma inclinação de 51,80.º. No lançamento desenvolve uma força de 4.144.700 kN. A sua massa total é de 310.000 kg, o seu diâmetro no estágio principal é de 2,95 metros e o seu comprimento total é de 43,40 metros.

O primeiro estágio do 14A14 Soyuz-2 é composto pelos quatro propulsores laterais (Blok B, V, G e D) com uma massa bruta de 44.400 kg, tendo uma massa de 3.810 kg sem combustível. Cada propulsor tem um motor RD-107A (14D22) que desenvolve uma força de 1.021.097 kN (vácuo), com um Ies 310 s e um Tq de 120 s. Têm um comprimento de 19,60 metros, um diâmetro de 2,69 metros e consomem LOX e querosene.

O segundo estágio (Blok-A) tem um comprimento de 27,80 metros, um diâmetro de 2,95 metros, um peso bruto de 105400 kg e um peso sem combustível de 6.975 kg. Está equipado com um motor RD-108A que no lançamento desenvolve 999.601 kgf (vácuo), com um Ies de 311 s e um Tq de 286 s. Consome LOX e querosene.

O terceiro estágio (Blok-I) tem um comprimento de 6,74 metros, um diâmetro de 2,66 metros, um peso bruto de 25.200 kg e um peso sem combustível de 2.355 kg. Está equipado com um motor RD-0110 que no lançamento desenvolve 294.000 kgf (vácuo), com um Ies de 359 s e um Tq de 300 s. Consome LOX e querosene.

As modificações introduzidas no novo lançador foram sendo testadas em duas versões do mesmo veículo, o 14A14-1A Soyuz-2.1a e o 14A14-1B Soyuz-2.1b. Este último veículo é um lançador a três estágios no qual o motor RD-0124 é já empregado no último estágio.

Soyuz-2-1a 1

Com dimensões semelhantes ao motor RD-0110 utilizado nas versões anteriores dos lançadores Soyuz, o motor RD-0124 apresenta como principal diferença a introdução de um sistema de ciclo fechado no qual o gás do oxidante utilizado para propulsionar as bombas do motor é então direccionado para a câmara de combustão onde é queimado com restante propelente em vez de ser descartado. Esta melhoria no motor aumenta o desempenho do sistema e, como consequência, aumenta a capacidade de carga do lançador em 950 kg. Um propelente especial de ignição é utilizado para activar a combustão do motor e são utilizados dispositivos pirotécnicos para controlar o funcionamento do motor. Cada uma das quatro câmaras de combustão pode ser movimentada ao longo de eixos para manobrar o veículo.

Lançamento Data de Lançamento

Hora (UTC)

Lançador Local de Lançamento Carga
2021-113 25/Nov/21

01:09:13,491

?/111-305 GIK-1 Plesetsk

LC43 Pu-44

Cosmos 2552
2021-132 27/Dez/21

13:10:37,088

N15000-052/123-04 Baikonur

LC31 PU-6

OneWeb L12 (x36)
2022-075 07/Jul/22

09:18:06,211

R15000-037/112-13 GIK-1 Plesetsk

LC43 PU-4

Cosmos 2557
2022-096 09/Ago/22

05:52:38,282

Ya15000-055/123-06 Baikonur

LC31 PU-6

Khayyam-1

CubeSX-HSE 2

CYCLOPS

Geoscan-Edelweiss

ISOI

KAI-1

Kuzbass-300

Monitor-1 (KODIZ)

MIET AIS

Polytech Universe 1

Polytech Universe 2

ReshUCube

Siren (LILAC)

Skoltech-B1

Skoltech-B2

UTMN

VIZARD SS1

2022-130 10/Out/22

02:52:32,531

Ya15000-056/112-16 GIK-1 Plesetsk

LC43 PU-3

Cosmos 2559
2022-139 21/Out/22

19:57:09,456

Kh15000-011/142-503 Vostochniy

LC-1S

Gonets-M n.º 33

Gonets-M n.º 34

Gonets-M n.º 35

Skif-D

2022-145 02/Nov/22

06:47:48.xxx

x/111-306? GIK-1 Plesetsk

LC43 PU-4

Cosmos 2563
2022-161 28/Nov/22

15:13:50.xxx

N15000-047/112-13 GIK-1 Plesetsk

LC43 PU-3

Cosmos 2564
2023-091 27/Jun/23

11:34:49,415

Kh15000-010/142-02 Vostochniy

LC-1S

Meteor 2-3

Múltiplos satélites

2023-114 07/Ago/23

13:20

? GIK-1 Plesetsk

LC43 PU-3

Cosmos 2569

Em 1996 tiveram início os testes do motor RD-0124 e foram finalizados em Fevereiro de 2004 nas instalações da Khimavtomatika em Voronezh. Nesta altura previa-se que a produção em série do novo motor teria início em 2005. A 27 de Dezembro de 2005 teve lugar outro teste do motor, abrindo caminho para os ensaios em grupo de todo o terceiro estágio do lançador 14A14-B Soyuz-2.1b nas instalações da NIIKhimMash em Sergiev Posad.

No início de 2005 a Arianespace anunciava que a primeira missão de teste do foguetão 14A14-1B Soyuz-2.1b teria lugar desde o Cosmódromo GIK-5 Baikonur para colocar em órbita o satélite astronómico CoRoT. Este lançamento dependeria dos resultados de novos ensaios do motor RD-0124 que tiveram lugar em Março e Abril de 2006. Um último teste teve lugar a 20 de Outubro de 2006 e o satélite CoRoT acabaria por ser lançado a 21 de Dezembro desse ano.