O lançamento inaugural do foguetão Terran-1 não foi bem sucedido, mas a equipa da Relativity Space obteve bons dados e atingiu metas importantes para o sucesso do segundo lançamento.
Imagem: Kyle Montgomery (@Kyle_M_Photo)
A missão “#GoodLuckHaveFun” (#GLHF) foi lançada às 0325UTC do dia 23 de Março de 2023 a partir do Complexo de Lançamento LC16 do Cabo Canaveral SFS, Florida. As fases iniciais da missão decorreram como previsto, com a ignição do primeiro estágio, passagem pela zona de máxima presão dinãmica e separação do segundo estágio. A missão falhou na ignição do segundo estágio.
O lançamento do Terran-1 foi realizado após várias tentativas anteriores terem sido adiadas devido a problemas técnicos. A primeira tentativa a 8 de Março foi adiada devido às condições térmicas do propelente do segundo estágio estarem foram dos limites aceitáveis. A 11 de Março, a contagem decrescente era interrompida por duas vezes devido a um problema técnico na sequência de separação dos estágios registado a T-0,5 segundos e depois à baixa pressão do propelente no segundo estágio.
Na sua missão inaugural o Terran-1 não transportou qualquer carga útil, com o seu segundo estágio a servir de carga de avaliação ao transportar uma série de sensores e dispositivos para analisar o desempenho do veículo até atingir a órbita terrestre. No interior da carenagem encontra-se a primeira peça que foi impressa segundo os processos da Relativity.
A empresa Relativity Space, Inc. (Relativity) foi criada com o objectivo de desenvolver as capacidades de fabrico avançado e de serviços de lançamento que pretende mudar a paisagem económica do acesso ao espaço. A sua plataforma de impressão 3D integra verticalmente a inteligência artificial, capacidades de robótica e tecnologia de fabrico autónoma patenteada para construir o primeiro foguetão totalmente impresso em 3D, o Terran-1, indo da matéria-prima ao voo em menos de 60 dias. Como uma empresa espacial de última geração, a Relativity pretende melhorar a conectividade e a segurança em todo o planeta, inserindo satélites em órbita com prazos de entrega que irão definir a indústria, flexibilidade, e custo.
O foguetão Terran-1 é totalmente projectado, construído e lançado pela Relativity em instalações americanas, e oferece uma carenagem de 3 metros com capacidade de massa até 1.500 kg para a órbita terrestre baixa para missões dedicadas, multi-manifesto e de partilha, ou 900 kg para órbitas sincronizadas com o Sol. O Terran-1 é capaz de atender a uma ampla gama de inclinações a partir dos locais de lançamento no Cabo Canaveral SFS, Florida (SLC-16), e da Base das Forças Espaciais de Vandenberg, Califórnia (SLC-7/SLC-330).
A Relativity oferece um adaptador de carga personalizado impresso em 3D usando os mesmos recursos de ‘design’, produção e teste usados para o Terran-1. A abordagem de ‘design’ e produção da Relativity oferece maior confiabilidade graças à utilização de menos peças do que os foguetões tradicionais, permitindo taxas de produção aceleradas enquanto também reduz significativamente as oportunidades de erro humano no processo de montagem. A empresa estabelece um novo padrão de qualidade, velocidade e custo na produção aeroespacial. As suas equipas de engenharia e produção estão fortemente unidas para a melhoria contínua da qualidade e capacidades de impressão.
A Relativity foi fundada em 2015 e é uma empresa privada de capitais norte-americanos, cujos investidores incluem a Bond, Tribe, Playground, Y Combinator Continuity, Social Capital, e Mark Cuban, com o apoio adicional de Phil Spector, Stanford, e da Universidade da Califórnia do Sul.
Após a sua primeira missão, a Relativity prevê realizar a sua segunda missão em Abril com o lançamento da missão VCLS (VADR) Demo-2R/ELaNa 42 com três CubeSat a bordo. Esta missão será lançada desde o Complexo de Lançamento SLC-16 do Cabo Canaveral, SFS. Em Outubro está previsto o lançamento da missão “Tipping Point” para a Lockheed Martin e a missão TriSept, além de vários lançamentos com satélites Iridium NEXT.
O foguetão Terran-1
O Terran-1 é um foguetão lançador a dois estágios que utiliza gás natural líquido (Liquid Natural Gas LNG) e oxigénio líquido (LOX), sendo projectado, construído e operado pela Relativity para fornecer aos seus clientes o serviço de lançamento de satélites mais responsivo e de baixo custo no mercado.
O foguetão Terran-1 tem um comprimento de 35 metros e um diâmetro de 2,3 metros, utilizando 10 motores Aeon: 9 motores Aeon-1 no primeiro estágio e 1 motor Aeon Vacuum no segundo estágio. Todas as estruturas e componentes principais do motor são impressos utilizando ligas metálicas imprimíveis, levando a um processo de fabricação drasticamente simplificado quando em comparação com os métodos tradicionais de fabrico. Isto fará possível diminuir os períodos de construção e de integração dos veículos para apenas 60 dias. A carenagem de protecção lidera na sua classe de volume com 3 metros de diâmetro por 6,8 metros de comprimentos com uma ‘interface’ de carga ‘standard’ de 986 mm. O volume da carenagem do Terran-1 acomoda uma variedade de desenhos de cargas e configurações, incluindo lançamentos dedicados a uma só carga e constelações, bem como configurações de multi-manifesto e lançamentos partilhados. O Terran-1 é projectado para missões até 2,5 horas como um serviço ‘standard’.
O desenho do Terran-1 fornece um ambiente de lançamento previsível e controlado, permitindo requisitos simplificados de carga útil. O Terran-1 pode suportar tanto o padrão da indústria e ‘interfaces’ personalizadas, usando adaptadores disponíveis comercialmente e ‘hardware’ de separação, além de projetos específicos da missão. Os sistemas de controlo ambiental mantêm a limpeza e os
ambientes de carga útil termicamente controlados.
O primeiro estágio do Terran-1 é composto por três partes principais: a estrutura de impulso, o tanque do 1.º estágio e o interestágio. Os tanques compartilham uma cúpula e estrutura comum que é impressa integralmente como secções monolíticas, onde um processo de soldagem horizontal integra os segmentos do 1.º estágio para alcançar a estrutura do estágio final. Um tubo de transferência transporta o LOX através do centro do tanque de GNL para os motores. Nove motores Aeon-1 alimentam o primeiro estágio com um impulso de 102,31 kN por motor ao nível do mar, para um impulso total até 920,78 kN no lançamento.
O lançador pressuriza autogeneamente os tanques com gás natural gasoso e oxigénio gasoso via trocadores de calor integrados nos motores Aeon-1, eliminando a necessidade de um sistema de pressurização e evitando totalmente o uso de hélio no veículo. Actuadores electromecânicos estabilizam os 8 motores externos, fornecendo controlo vectorial de impulso. O sistema de separação de estágios está localizado na extremidade dianteira do interestágio e faz ‘interface’ com o segundo estágio.
O segundo estágio do Terran-1 é composto por um tanque impresso de forma monolítica com cúpula comum integral, encaixe de carga útil e carenagem separável. Um único motor Aeon Vacuum alimenta o
segundo estágio com até 125,88 kN-vac usando um bocal de expansão fixo de 165:1 e consegue várias reinicializações, incluindo provisões para uma queima de saída de órbita. De forma semelhante ao 1.º estágio, um trocador de calor no motor AeonVac gera gás natural gasoso e oxigénio gasoso que pressurizam os respectivos tanques autogeneticamente. O controlador de carga útil do 2.º estágio oferece iniciação de separação, detecção de separação, comunicações Ethernet e canais de telemetria de carga útil em voo. O controlo do estágio é fornecido por actuadores de controlo de vector de impulso eletromecânicos fixados ao motor Aeon Vacuum. O controlo de rotação e a orientação são realizados usando propulsores de reação a nitrogénio localizados perto da extremidade traseira.
Os motores Aeon são projetados, montados e testados internamente. Exceptuando a extensão do bocal do segundo estágio, cada um dos 10 motores do Terran-1 é baseado num projecto comum, permitindo testes de aceitação e fabricação simplificados e repetíveis. Os motores Aeon são alimentados por gás natural líquido e oxigénio líquido, operando usando o ciclo de gerador de gás. Cada motor usa dois conjuntos de turbobombas para controlo de impulso e taxa de mistura: um
para gás natural líquido e um para oxigénio líquido. A câmara de impulso é arrefecida regenerativamente com gás natural líquido, sendo então injetado na câmara de combustão principal e queimado com oxigénio líquido para produzir o impulso necessário.
A missão #GoodLuckHaveFun
A activação do lançador e as verificações iniciais para a missão são realizadas a partir de T-7h. A T-4h, os técnicos abandonam a plataforma de lançamento, iniciando-se o abastecimento do lançador com metano (LNG) e com oxigénio líquido. Esta processo termina a T-1h.
A T-16m, o Director de Lançamento consulta todos os postos de controlo para verificar se tudo está pronto para o início da sequência de contagem decrescente automática que se inicia a T-10m. Nos minutos finais, os motores do lançador são termicamente condicionados através de procedimentos que arrefecimento. Os ignitores dos motores serão preparados e o Terran-1 começa a utilizar as suas fontes internas para o fornecimento de energia. A torre de serviço na plataforma de lançamento é parcialmente retraída nos minutos finais antes da ignição.
A T-1m 10s, são realizados testes automáticos que verificam que tudo está pronto para o lançamento e a T-6s ocorre a ignição dos nove motores Aeon-1 primeiro estágio. Nesta altura, dá-se uma verificação do desempenho dos motores e a T=0s os quatro dispositivos de fixação do foguetão são accionados, permitindo que o veículo abandone a plataforma de lançamento. A janela de lançamento decorria entre as 1800UTC e as 2100UTC.
A missão #GoodLuckHaveFun teria uma duração de 8 minutos entre a ignição e a entrada em órbita terrestre. O objectivo da missão era a de colocar o segundo estágio numa órbita com um perigeu a 200 km de altitude, apogeu a 210 km de altitude e inclinação orbital de 28,5.º.
Abandonando a plataforma de lançamento, o lançador vai-se colocar a T+12s no seu azimute de voo a partir do Complexo de Lançamento SLC-16. A zona de maior pressão dinâmica sobre o veículo (MaxQ) é atingida a T+1m 20s. O final da queima do primeiro estágio (Main Engine Cut-Off, MECO) chega a T+2m 40s, com a separação entre o primeiro e o segundo estágio a ocorrer cinco segundos depois.
A ignição do segundo estágio ocorre a T+2m 51s, terminando a T+7m 43s. O segundo estágio entrará em órbita terrestre a T+8m. Nesta missão não estava prevista a separação da carenagem de protecção.
O Complexo de Lançamento SLC-16
O Complexo de Lançamento SLC-16 faz parte de um conjunto de complexo de lançamento que foram construídos para o programa do míssil balístico intercontinental Titan. Os complexos foram aceites pelo governo americano entre Fevereiro e 
Setembro de 1959 e foram utilizados para os testes e lançamento do míssil Titan-I em 1959 e nos princípios dos anos 60, com os Complexos 15 e 16 a serem utilizados para o programa do míssil Titan-II entre 16 de Março de 1962 e 10 de Abril de 1964.
O Titan-I foi o verdadeiro primeiro míssil balístico intercontinental multiestágios a ser desenvolvido nos Estados Unidos. Sendo o primeiro de uma série de lançadores, é único entre eles por utilizar uma combinação de oxigénio líquido e querosene RP-1 como propelentes enquanto as versões posteriores utilizaram propelentes hipergólicos armazenáveis.
O Complexo 16 foi transferido para a NASA em Janeiro de 1966 para ser utilizado nos testes estáticos do motor de propulsão do módulo de serviço Apollo, sendo desactivado em 1969 e posteriormente transferido para a Força Aérea dos Estados Unidos em 1972. Em 1974 o complexo foi transferido para o exército americano e foi utilizado para 79 lançamentos do míssil Pershing-1A e 49 lançamentos do míssil Pershing-II entre 7 de Maio de 1974 e 22 de Março de 1978. O Complexo 16 foi desactivado em 1988 no âmbito do tratado INF (Internediate Nuclear Forces), com o equipamento utilizado nos lançamentos Pershing a ser removido.
A 17 de Janeiro de 2019 era anunciado que a Relativity Space havia estabelecido um acordo de cinco anos para a utilização do SLC-16 para o lançamento do foguetão Terran-1 e do foguetão Terran-R.