Crew Dragon

O segundo voo de qualificação e o primeiro voo com uma tripulação SpX-DM2 foi lançado em30 de maio de 2020. A tripulação consiste nos astronautas da NASA Robert Behnken e Douglas Hurley . A decolagem ocorreu às 19:22 UTC sem problemas e às 19:35 a órbita foi realizada. Crew Dragon se junta à ISS em31 de maio de 2020após 19 horas de vôo. Depois de uma estadia de dois meses na ISS, os astronautas deixaram a estação em1 r agosto e começou a manobrar de volta para a Terra, e a cápsula pousou com sucesso no Golfo do México em 2 de agosto. Após a conclusão bem-sucedida deste vôo, a espaçonave está qualificada para realizar suas missões operacionais deSetembro de 2020.

Uso operacional (2020-)

Concluídos os voos de qualificação , devem ser iniciados os voos operacionais, que garantirão o alívio das tripulações da Estação Espacial Internacional . Um contrato para 12 voos foi assinado pela NASA em 2017, 6 dos quais serão executados pela cápsula Crew Dragon entre 2020 e 2024 (previsão). Cada voo transportará uma tripulação de até 4 pessoas, com os navios da Soyuz continuando a transportar cosmonautas russos.

A partir de 2020, a espaçonave Crew Dragon não deve apenas assumir o controle das tripulações, mas também substituir a versão de carga SpaceX Dragon para o transporte de carga para a Estação Espacial Internacional.

Características técnicas

As principais características do Crew Dragon são as seguintes.

Arquitetura

O navio Crew Dragon é amplamente baseado na versão de carga Dragon . Ao contrário das gerações anteriores de espaçonaves ( Soyuz , Apollo e Shenzhou ), que usavam uma torre de resgate de ar alto para mover a nave em caso de falha do lançador , a espaçonave Crew Dragon usa motores de foguete embutidos que separam a cápsula por empurrando e que pode ser usado durante o resto da missão para manobras orbitais. Inicialmente, esses motores de foguete deveriam substituir os pára-quedas para o retorno à Terra, mas essa opção acabou não sendo mantida. Difere de seu concorrente, o CST-100, principalmente pela fonte de energia utilizada ( painéis solares em vez de baterias), pela integração das servidões (tanques, baterias, oxigênio, etc.) à cápsula da tripulação (no CST- 100 este equipamento está contido em um módulo de serviço separado que é liberado antes da reentrada atmosférica ), bem como pela capacidade de transportar uma carga útil externa de várias toneladas no módulo cilíndrico oco denominado tronco que estende a embarcação espacial. Ao contrário da versão de carga Dragon , os painéis solares não são implantados em nenhum dos lados do corpo do navio, mas são fixos e alinham metade do tronco. Na verdade, o Crew Dragon precisa de menos energia, o que tornou essa solução possível. A outra diferença importante é o sistema de acoplamento do tipo NASA Docking System (NDS) , que substitui o sistema CBM usado pelo cargueiro espacial. As duas espaçonaves Crew Dragon e CST-100 são as primeiras a usar este sistema de acoplamento andrógino internacional desenvolvido pela NASA. O diâmetro interno da hachura circular é de 80  cm (em comparação com um quadrado de 127  cm de lado para o CBM).

Principais características

A nave Crew Dragon de 8,23 metros inclui dois subconjuntos. O topo do navio é constituído por uma cápsula em forma de cone truncado, com 4,88 metros de altura e diâmetro máximo de 3,96 metros. Sua base é formada por um escudo térmico que protege a nave durante a reentrada atmosférica . A parte pressurizada é destinada à tripulação (volume total de 9,3  m 3 ) e também contém controle de atitude Draco e motores de orientação, tanques de propelente, etc. A parte superior da cápsula inclui uma pequena tampa removível que protege a câmara de acoplamento na Estação Espacial Internacional quando a espaçonave é colocada em órbita e retornada à Terra. A cápsula tem quatro vigias relativamente grandes em comparação com os navios anteriores. Uma escotilha lateral permite que a tripulação entre no navio. Duas escotilhas estão localizadas acima e abaixo da escotilha: a escotilha superior cobre o compartimento dos paraquedas piloto que realizam a primeira frenagem e estabilização da cápsula durante o retorno à Terra enquanto a escotilha inferior dá acesso ao compartimento dos quatro paraquedas principais. O fundo da embarcação cilíndrica, denominado tronco ( tronco em inglês), tem 3,66 metros de altura e diâmetro de 3,66 metros. Esta parte da nave não é recuperada após a missão porque é lançada antes da reentrada atmosférica e é destruída durante a mesma. Metade de sua superfície é coberta por células fotovoltaicas destinadas ao fornecimento de energia enquanto a outra metade é coberta por radiadores destinados à regulação térmica da embarcação. Pequenos ailerons ajudam a estabilizar o navio aerodinamicamente se ele for ejetado por seus propulsores após uma falha do lançador . O porta-malas é oco e permite o transporte de carga despressurizada se necessário. O volume disponível é de 37  m 3 . A espaçonave pode transportar uma carga útil de 6 toneladas em órbita (na parte pressurizada ou não) e trazer de volta à Terra uma carga de 3 toneladas na parte pressurizada.

• Propulsão

• Os SuperDraco são montados em pares.

• SuperDraco na bancada de testes McGregor da SpaceX.

Propulsão

O Crew Dragon possui dois tipos de motores de foguete de propelente líquido , que são caracterizados pelo uso de uma mistura hipergólica de peróxido de nitrogênio e UDMH . Os oito motores do foguete SuperDraco , com impulso de 73  kilonewtons , são usados ​​apenas para a possível ejeção da cápsula em caso de falha do lançador . Os 16  Draco , com um impulso de unidade de 400 newtons, são usados ​​para manobras orbitais e correções. Esses motores são divididos em quatro grupos de três na base da cápsula, bem como mais quatro na frente do navio sob o cone removível. Os motores são dispostos de forma a garantir redundância em caso de falha de algum deles.

Sistema de suporte de vida

O objetivo do sistema de suporte de vida é manter as características da atmosfera da cabine do navio, permitindo a permanência de quatro pessoas por até cinco dias. Renova o oxigênio à medida que é consumido, mantém a pressão em um valor próximo ao nível do mar (101,3 kPa), garante que o nível de umidade esteja entre 25 e 75%, remove o dióxido de carbono (CO 2) produzido pela respiração da tripulação, dissipa o calor produzido pelos astronautas e eletrônicos , mantendo a temperatura entre 18,3 e 26,7 ° C. Este sistema foi desenvolvido a partir daquele usado para manter pequenos animais (ratos) vivos no navio de carga Dragão .

A maioria dos equipamentos do sistema de suporte de vida está alojada no compartimento pressurizado da embarcação sob os assentos ocupados pelos astronautas . Existem filtros para (CO 2) usando hidróxido de lítio , dois grupos de três tanques de ar comprimido e oxigênio (dois tanques de oxigênio e quatro tanques de ar comprimido). Esses tanques são baseados nos desenvolvidos para a Embarcação de Resgate da Tripulação da Estação Espacial Internacional X-38 desenvolvida pela NASA (projeto cancelado). Os tanques devem permitir manter uma pressão mínima de 55 quilopascais em caso de vazamento ou purga voluntária da atmosfera para evacuar esta última, se tiver sido contaminada pelo início de um incêndio ou por uma substância poluente. Quando os astronautas vestem seus trajes, eles têm soquetes em seus assentos aos quais conectam seus cordões umbilicais para renovar e manter a temperatura dentro deles. Um desumidificador remove o excesso de água presente na atmosfera da cabine, descarregando-a no espaço. O controle da temperatura é realizado de duas maneiras. Quando a embarcação está no espaço, o ar é resfriado pelo contato com um circuito no qual circula um refrigerante que por sua vez remove as calorias no espaço por meio de radiadores instalados na superfície do "tronco" da embarcação. Durante o lançamento e após o pouso, a temperatura é mantida em um valor suficientemente baixo usando um circuito de refrigeração convencional que usa a atmosfera externa.

Acessórios de interior

Inicialmente foi planejado que o interior da espaçonave seria equipado para acomodar até sete astronautas, enquanto a versão usada pela NASA para o alívio das tripulações da estação espacial internacional seria ter menos para aumentar o número de astronautas. espaço disponível para o material transportado. Após o abandono do pouso motorizado em favor de um pouso sob paraquedas, o número de astronautas transportados teve que ser reduzido para quatro para levar em consideração as forças de desaceleração no momento do contato com a superfície do oceano (a inclinação de as poltronas tiveram que ser revistas, o que levou a uma reorganização do layout interno). Telas de toque planas voltadas para os berços do piloto e do copiloto reúnem todos os dados e controles. Para situações de emergência, a tripulação possui botões manuais clássicos e uma alça central para ejetar a cápsula durante o lançamento. A cabine foi projetada para operar em caso de despressurização acidental. Para lidar com essa eventualidade, os astronautas usam um traje espacial à prova d'água e à prova de chamas de corpo inteiro projetado pela SpaceX durante o vôo . Um conduíte umbilical conecta o traje e a embarcação. O traje espacial suporta comunicações com o exterior e dentro da cabine, bem como regulação térmica. O capacete é feito por impressão 3D. Luvas permitem o uso de telas sensíveis ao toque.

• Acessórios de interior

• Tripulação de vôo da SpaceX Crew-1 em treinamento (agosto de 2020).

• Tripulação de voo da SpaceX Crew-1 em órbita (novembro de 2020).

Reentrada atmosférica

Durante sua reentrada atmosférica, a espaçonave é protegida do calor gerado pela transformação da energia cinética em energia térmica por um escudo térmico do tipo Ablador de Carbono Impregnado Fenólico (PICA-X) em uma versão adaptada do material usado no espaço Stardust sonda .

Ancorando na estação espacial internacional

Ao contrário da versão mais antiga do cargueiro, o Crew Dragon pode atracar autonomamente com a Estação Espacial Internacional . Além disso, o cone que protege a escotilha não é liberado para o espaço, mas é removível e integrado ao veículo, o que permite sua reutilização. O sistema de acoplamento é do tipo NASA Docking System (NDS) em vez do sistema CBM usado pelo cargueiro espacial. As duas espaçonaves Crew Dragon e CST-100 são as primeiras a usar este sistema de acoplamento andrógino internacional desenvolvido pela NASA. O diâmetro interno da escotilha circular é de 80  cm (contra um quadrado de 127  cm de lado para o CBM) e permite a transferência de energia, dados, controles, ar, comunicações e potencialmente propelentes, água, oxigênio e gás pressurizante. Para permitir sonda para atracar, a estação espacial internacional está equipado com dois IDA adaptadores (IDA-IDA e 2-3). Eles são instalados nas portas de encaixe dos próprios PMAs conectados às portas frontal e zenith do módulo Harmony . Os PMAs foram usados ​​anteriormente pelo ônibus espacial americano que tinha um sistema de ancoragem periférico andrógino do tipo APAS-95. IDA-2 foi instalado em19 de agosto de 2016durante uma caminhada no espaço pela tripulação da estação enquanto a configuração IDA-3 ocorre emagosto de 2019.

• Sistema de amarração

• Adaptador de acoplamento IDA instalado na Estação Espacial Internacional.

• Demonstração terrestre de amarração com o sistema NDS.

Reuso

A SpaceX projetou sua espaçonave para que pudesse realizar uma dúzia de voos. A NASA, inicialmente relutante, finalmente aceitou em junho de 2020 que a espaçonave Crew Dragon, bem como o lançador, fossem reutilizados para a rotação das tripulações. Alguns desses navios também serão reutilizados na versão de carga como parte do contrato de fornecimento da estação espacial CRS-2.

Complexo de lançamento

Os lançamentos da espaçonave Crew Dragon são realizados a partir da plataforma de lançamento do Complexo de Lançamento 39A, localizado no Centro Espacial Kennedy, na Flórida. Este kit de lançamento foi usado como parte do programa Apollo e para missões do ônibus espacial dos EUA . O último vôo do ônibus espacial (missão STS-135 ) decolou em 8 de julho de 2011 a partir desta plataforma de lançamento. A torre fixa usada para preparar o lançador foi redesenhada para se adequar às características do lançador Falcon 9 . O braço que permite o embarque da tripulação foi elevado em 21 metros e o escorregador para evacuação da tripulação e dos técnicos em caso de anomalia também foi levantado. A espaçonave e o lançador são completamente montados horizontalmente e depois testados em um edifício (o Centro de Integração Horizontal ) construído pela SpaceX não muito longe da plataforma de lançamento. A montagem é transportada por um transportador eretor ( Transporter Erector ou TE) para a plataforma de lançamento e então endireitada verticalmente. Todas essas instalações permitem a montagem e lançamento dos foguetes Falcon 9 na versão de passageiro ou de carga, bem como do foguete Falcon Heavy.

• Instalações de lançamento

• A missão Falcon 9 da missão SpaceX Crew-1 e o foguete no prédio de montagem.

• Portal permitindo que a tripulação acesse o Crew Dragon.

Lançador

O único lançador qualificado para colocar o Crew Dragon em órbita é o foguete Falcon 9 em sua  versão “  bloco 5 ”. Este foguete de dois estágios fez seu primeiro vôo em 2012 e desde então demonstrou sua confiabilidade ao realizar quase uma centena de voos (em 2020). Com 70 metros de altura e um peso de decolagem de 549 toneladas, este foguete pode colocar mais de 22,8 toneladas em órbita baixa (a uma altitude abaixo da Estação Espacial Internacional) e 8,3 toneladas em órbita de transferência geoestacionária . Seu primeiro estágio é reutilizável, mas se essa opção for implementada, a carga útil será de 16,8 toneladas em órbita baixa e 5,8 toneladas em órbita de transferência geoestacionária. Os dois estágios são movidos por motores Merlin 1D (9 para o primeiro estágio, um para o segundo) com uma unidade de empuxo de 903 quiloNewtons e um impulso específico de 298 segundos (no solo). Para atender às especificações da NASA que visa reduzir a probabilidade de perda da tripulação abaixo de 1/270, a SpaceX desenvolveu uma nova versão, também utilizada para as demais missões comercializadas pela SpaceX. Entre os requisitos está a necessidade da estrutura do lançador suportar uma carga 40% maior que a carga máxima calculada enquanto este valor é de apenas 25% para o lançamento de satélites .

Sequência de uma missão Crew Dragon

Situação do tempo

O lançamento só ocorre se um determinado número de condições meteorológicas for atendido: velocidade do vento inferior a 55 km / h no topo do lançador, nenhum vento na altitude, nenhum raio nos 30 minutos anteriores ao lançamento. Decolagem, ausência de tempestade associada a uma nuvem cumulonimbus semelhante a uma bigorna nos cerca de 20 quilômetros, nenhuma camada de nuvem espessa com temperatura interna abaixo de 0 graus. Além disso, as condições meteorológicas da trajetória da embarcação sobre o oceano Atlântico Norte , onde a embarcação é susceptível de aterrar em caso de falha do lançador, devem permitir a sua recuperação em caso de interrupção do voo.

Preparação para o lançamento

O lançador e o navio deixam o prédio de montagem em seu transportador de montagem vários dias antes da data de lançamento e são colocados em uma posição vertical na plataforma de lançamento. Várias horas antes da decolagem, a tripulação entrou na embarcação pela ponte da torre fixa adjacente à plataforma de lançamento.

A sequência de lançamento ocorre em uma cronologia quase sempre idêntica. O enchimento dos tanques do lançador começa 45 minutos antes do horário programado para decolagem (t) quando a tripulação já está a bordo da embarcação. 3 minutos depois, o corredor que permitia aos astronautas acessar a espaçonave foi retraído. 37 minutos antes da decolagem, o sistema de resgate da embarcação é armado e o enchimento dos tanques da primeira etapa é iniciado, então t-16 'é a vez dos tanques da segunda etapa. Em t-5 ', o navio recebe sua energia de suas baterias. Em t-45 segundos o responsável pelo lançamento dá luz verde para a continuação das operações. Três segundos antes do lançamento, a sequência de ignição do motor do foguete começa.

Órbita

45 segundos após a decolagem (t + 45 s), o lançador atinge Max Q (ponto máximo de pressão dinâmica). Os motores do primeiro estágio são desligados em t + 2min33s: o primeiro estágio é liberado três segundos depois e os motores do segundo estágio são ligados em t + 2 min 44seg. A segunda etapa desliga 8 minutos e 47 segundos após a decolagem. A embarcação separou-se do segundo estágio em t + 12 minutos e 46 segundos depois foi acionada a sequência de abertura do cone de proteção do sistema de amarração. O primeiro estágio que é recuperado inicia uma sequência de frenagem t + 8 min 47 seg, então pousa em uma barcaça localizada ao largo da Flórida em t + 9 min 42 seg.

Cenários de interrupção de vôo (lançamento)

No caso de o lançador falhar antes da decolagem (e enquanto a tripulação estiver presente na embarcação) ou durante a fase de propulsão, vários cenários são planejados para salvar a embarcação e sua tripulação nas várias configurações encontradas (altitude, velocidade ,. ..):

• Se o incidente ocorrer antes da decolagem (durante a fase de enchimento do tanque ou logo após o acionamento dos motores do foguete), a embarcação é arrancada do lançador pelos motores SuperDraco e pousará no Oceano Atlântico a aproximadamente 1,2 km da plataforma de lançamento;
• Desde a decolagem em 1 min 15 seg (a linha do tempo é a da missão SpaceX Crew-1 ): a cápsula deve pousar em uma área costeira entre a Flórida e a Carolina do Norte . As equipes de resgate que intervêm neste cenário estão pré-posicionadas nesses dois estados e podem chegar à área em menos de uma hora;
• De 1 min 15 seg a 2 min 36 seg (fim da propulsão do primeiro estágio), o pouso ocorreu na costa da Virgínia  ;
• De 2 min 36 seg a 8 min 5 seg (depois de largar o primeiro estágio): o navio pousa em uma grande área entre as águas costeiras de Delaware e o norte da Nova Escócia  ;
• De 8 min 5 seg a 8 min 29 seg: neste modo, a embarcação Crew Dragon deve usar seus motores para reduzir sua velocidade e pousar na Nova Escócia;
• De 8 min 29 seg a 8 min 39 seg: neste modo, a embarcação Crew Dragon após a separação do lançador usa seus motores para aumentar sua velocidade e alcançar a zona de pouso localizada na costa oeste da Irlanda  ;
• De 8 min 39 seg a 8 min 46 seg: neste modo, a embarcação Crew Dragon após a separação do lançador usa seus motores para reduzir sua velocidade para alcançar a zona de pouso localizada na costa oeste da Irlanda;
• Entre 8 min 46 seg e 8 min 48 seg: se a falha do lançador ocorrer durante os últimos dois segundos da fase de propulsão, a espaçonave é colocada em órbita, mas a uma altitude inferior à planejada. Ele pode usar seus motores para atingir a altitude nominal e continuar sua missão.

De volta à Terra

A nave Crew Dragon, após se separar autonomamente da Estação Espacial Internacional , usa sua propulsão para reduzir sua velocidade orbital. Após várias horas ele realiza as manobras finais para entrar na atmosfera para que o pouso do navio seja feito na área de recuperação planejada. Vários locais fora da Flórida podem ser selecionados dependendo das condições climáticas e a vala também pode ser feita no Golfo do México, se necessário. A escotilha cônica que protege o sistema de amarração (instrumentos e escotilha ) está fechada. A parte não pressurizada da embarcação é liberada e a embarcação é reorientada de modo que seu escudo térmico fique voltado para frente para proteger a embarcação do aquecimento gerado pelo atrito da atmosfera. A parte da frente da embarcação é aquecida rapidamente até uma temperatura atingir 1600  ° C . Durante esta fase, o navio usa seus propulsores para controlar seu ângulo de entrada de forma a otimizar sua trajetória e chegar o mais próximo possível do ponto-alvo. A precisão alcançada é de alguns quilômetros. A cerca de 13,7  km de altitude, a espaçonave dispara dois pequenos paraquedas piloto que estabilizam a espaçonave e a reduzem a velocidade. Os três pára-quedas principais são lançados a uma altitude de cerca de 3 quilômetros e reduzem a velocidade de descida para cerca de 20  km / h . A espaçonave pousou aproximadamente 50 minutos após o início das manobras que desencadearam a reentrada atmosférica. A embarcação foi rapidamente recuperada e devolvida a uma embarcação presente na zona de desembarque. Os astronautas então deixam o navio.

Histórico de voo

Crew Dragon

Voo n °	Missão	Fragmento	Cápsula	Lançar	Retornar	Equipe	Resultados
1	Demo-1		C201	2 de março de 2019	8 de março de 2019	Sem tripulação	Sucesso
	Voo de qualificação não tripulado
-	Teste de ejeção de voo		C205	19 de janeiro de 2020		Sem tripulação	Sucesso
	Voo atmosférico usado para testar o sistema de ejeção da cápsula
2	Demo-2		C206 Endeavor	30 de maio de 2020	30 de agosto de 2020	Robert Behnken Douglas Hurley	Sucesso
	Voo de qualificação com tripulação
3	Tripulação-1		Resiliência C207	16 de novembro de 2020	2 de maio de 2021	Michael Hopkins Victor Glover Soichi Noguchi Shannon Walker	Sucesso
	Primeiro vôo operacional
4	Tripulação-2		C206 Endeavor	23 de abril de 2021	Novembro de 2021 (previsto)	Robert Shane Kimbrough K. Megan McArthur Akihiko Hoshide Thomas Pesquet	Em progresso
5	Inspiração 4		Resiliência C207	15 de setembro de 2021	Setembro de 2021 (previsto)	Jared Isaacman Sian Proctor Hayley Arceneaux Christopher Sembroski	Previsto
	Primeiro vôo privado; primeiro vôo operacional sem atracar na ISS.
6	Crew-3			31 de outubro de 2021		Raja Chari Tom Marshburn Matthias Maurer Kayla Barron	Previsto
7	Axiom Space-1			Janeiro de 2022		Michael López-Alegría Larry Connor Mark Pathy Eytan Stibbe	Previsto
	Primeiro voo privado para a ISS
8	Crew-4			2022		Kjell N. Lindgren Robert Hines Samantha Cristoforetti A ser anunciado	Previsto
9	Axiom Space-2			Outono 2022		Peggy Whitson John Shoffner A ser anunciada A ser anunciada	Previsto
	Segundo voo privado para a ISS

Navio de carga dragão

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Veja também

Artigos relacionados

• CCDev
• SpaceX Dragon
• CST-100
• SpaceX
• Falcon 9

links externos

• ( fr ) Kit de imprensa da NASA
• (en) Site oficial
• (pt) Simulador de ancoragem