A propulsão de naves espaciais tradicionalmente depende de combustíveis voláteis e de sistemas separados e volumosos para diferentes tipos de manobras no espaço. A NASA está trabalhando para mudar esse paradigma. Engenheiros do NASA’s Marshall Space Flight Center, em Huntsville, Alabama, concluíram recentemente uma rigorosa série de testes ambientais e físicos em um novo satélite pequeno projetado para tornar os voos espaciais mais seguros e eficientes.
A missão ASCENT (Advanced Spacecraft Energetic Non-Toxic) Propulsion Dual Mode é uma demonstração em voo de uma nave espacial com aproximadamente o tamanho de uma caixa de sapatos grande. A missão testará um único sistema de propulsão integrado que usa um tanque de combustível comum para alimentar dois tipos diferentes de motores.
Normalmente, as naves espaciais transportam dois sistemas de propulsão separados para se deslocar: um sistema químico de alto empuxo para movimentos rápidos, como entrar em órbita, e um sistema elétrico de baixo empuxo para manobras lentas e altamente eficientes, como manter uma posição. Isso exige vários tanques de combustível e uma tubulação pesada, que consomem espaço e massa valiosos.
A nave espacial em desenvolvimento usa um propelente não tóxico único chamado ASCENT. Ao alimentar tanto um motor de combustão de alto empuxo quanto propulsores eletrospray de baixo empuxo a partir de um único tanque central, a nave espacial economiza massa e volume essenciais. Para missões futuras, isso significa mais espaço para instrumentos científicos e a possibilidade de lançamento em foguetes menores e mais baratos.
Levar esse conceito ao voo exige um esforço colaborativo de todo o país. Enquanto o NASA Marshall gerencia a missão, a nave espacial conta com propulsores eletrospray desenvolvidos pelo Massachusetts Institute of Technology, um módulo de propulsão química construído pela Plasma Processes e um módulo estrutural de nave espacial integrado pelo Georgia Institute of Technology.
“Há muitas peças e detalhes, muitos desafios pequenos e alguns grandes”, disse Nehemiah Williams, gerente de projeto da demonstração no NASA Marshall. “Mas garantir o funcionamento do sistema de propulsão entre todas essas equipes é o que torna a missão bem-sucedida.”
Antes que uma nave espacial possa operar com segurança no ambiente hostil da órbita baixa terrestre, ela precisa passar por uma bateria de testes em solo. Nos últimos meses, a equipe de engenharia do Marshall submeteu o hardware de voo a uma série de testes no Small Spacecraft Servicing and Integration Lab do centro.
Para verificar a integridade do sistema de propulsão unificado, a equipe realizou testes extensivos de vazamento. Engenheiros fizeram um teste de vazamento pressurizado com hélio na nave espacial dentro de uma câmara de vácuo para garantir a integridade das vedações da nave espacial, comprovando com sucesso que elas estavam funcionando conforme o esperado. Como o sistema compartilha um único tanque de propelente ASCENT para alimentar dois tipos diferentes de propulsores, garantir que as linhas de combustível e as válvulas estejam perfeitamente vedadas é essencial para a segurança e o sucesso da missão.
A equipe também submeteu a nave espacial a testes de vácuo térmico. O espaço é um ambiente implacável, caracterizado pela ausência total de ar e por variações extremas de temperatura. Ao colocar a nave espacial dentro de uma câmara de vácuo especializada que reproduz essas condições severas, os engenheiros podem garantir que os componentes eletrônicos, os propulsores e os sistemas mecânicos funcionarão normalmente quando estiverem em órbita.
Além disso, a nave espacial passou por um teste de rotação. Assim como um pneu de carro, uma nave espacial precisa estar perfeitamente equilibrada. O teste de rotação mede as propriedades de massa e o centro de gravidade da nave espacial. Isso valida a capacidade do CubeSat de voar de forma estável e manter a atitude correta, permitindo que suas antenas se comuniquem com a Terra e que seus painéis solares captem com precisão os raios do Sol.
Com os testes ambientais e físicos concluídos, a missão está entrando em seus estágios finais de preparação. A equipe concluirá as verificações finais do sistema, integrará os painéis solares da nave espacial e enviará o hardware ao local de lançamento.
A missão ASCENT Propulsion Dual Mode está programada para ser lançada não antes de 1º de outubro como carga útil a bordo de um foguete SpaceX Falcon 9, a partir da Vandenberg Space Force Base, na Califórnia.
Depois de ser colocada em uma órbita a cerca de 325 milhas acima da Terra, a nave espacial iniciará uma missão de nove meses. Após um período inicial de verificação, a equipe de operações executará manobras químicas e elétricas curtas. Se for bem-sucedida, a nave espacial passará vários meses realizando múltiplas manobras de elevação e redução orbital, alternando entre seus motores de alto e baixo empuxo para comprovar que o conceito de modo duplo funciona no espaço.
A missão ASCENT Propulsion Dual Mode é gerenciada e financiada pelo Small Spacecraft & Distributed Systems (SSDS) da NASA, dentro da agência’s Research and Technology Mission Directorate, na NASA Headquarters, em Washington. O SSDS está sediado no NASA’s Ames Research Center, no Silicon Valley, na Califórnia.