Cargo Dragon

A espaçonave não-tripulada comercial da SpaceX é um veículo capaz de transportar quase 3 toneladas de carga para uma estação espacial, e é o primeiro veiculo não-tripulado privado reutilizável a servir a ISS

A espaçonave Cargo Dragon, irmã-gêmea da Crew Dragon pilotada, era inicialmente conhecida como DragonRider, ou Dragon V2. É uma versão atualizada da cápsula robótica Dragon, que teve sua estréia em 2012. O V2 tem duas variações: uma capaz de transportar tripulação e outra para apenas carga; ambas pousam no oceano com precisão e podem ser reabastecidas e lançadas até dez vezes. A nave foi projetada para voar de forma autônoma, mas o centro de controle em terra pode monitorar o desempenho das manobras, como a aproximação e acoplagem com uma estação espacial, por exemplo. A Cargo Dragon foi desenvolvida em colaboração com o Commercial Crew Program da NASA. Em 2014, a NASA concedeu contratos de Capacidade de Transporte de Carga Comercial à SpaceX para cada uma garantir o transporte com segurança e economia para a Estação Espacial Internacional, pelos Estados Unidos.

Espaçonave vista de frente com o cone de nariz aberto

A espaçonave foi projetada para transportar cerca de 2 toneladas de cargas para a Estação Espacial Internacional como parte do programa de tripulação comercial da NASA. A versão cargueira é identica à tripulada, com exceção da ausencia dos motores de escape SuperDraco. As dimensões são as mesmas da Crew Dragon: tem 8,1 metros de altura e 3,88 m de diâmetro. Também tem o cockpit modificado para acondicionar os diversos tipos de pacotes e sacolas de carga. A espaçonave possui uma tampa em forma de calota escamoteável que permite que se exponha o colar de engate para que a nave “atraque” na ISS. A seção traseira não pressurizada da espaçonave tem 14m³ de espaço de carga. Quatro pára-quedas são usados para garantir um pouso suave ao retornar à Terra amerrisando primariamente no Atlântico, exatamente da mesma maneira que a Crew Dragon.

A espaçonave inclui uma versão avançada do escudo térmico de reentrada, o ‘Phenolic Impregnated Carbon Ablator-X’ (PICA-X) que proporciona durabilidade e desempenho. Também inclui um adaptador de acoplagem à ISS, fabricado pela SpaceX com base em requerimentos e diretivas da NASA. Segundo os comentaristas, a blindagem de calor das naves atualmente é modernizado, com o material Pica-X 3.0.

A Paragon Space Development Corporation produziu o sistema de controle ambiental e suporte vital (ECLSS) da cápsula, que proporciona um ambiente confortável para os tripulantes assim que eles entram na cabine para fazer o descarregamento dos itens.

O peso da espaçonave fica em torno de 9.500 a 12.500 kg. O foguete-lançador Falcon 9 FT BL5 inteiro deve pesar 594.518 kg. A nave leva mais de 2.200 kg de carga e pode-se trazer cerca de 2.150 kg, embora esse numero esteja sujeito a alterações. A cápsula é equipada com uma seção de tronco com painéis solares atualizados com o objetivo de estender o tempo de voo a 210 dias em órbita. Os painéis atualizados devem mitigar a degradação da célula solar que ocorre durante a órbita, permitindo permaner em órbita por até seis meses atendendo aos requisitos de missão da NASA.

Foguete-portador Falcon 9 v1.1 FT Block 5 configurado com uma Cargo Dragon

Para manobrar em órbita e durante a reentrada, o veículo está equipado com dezesseis motores Draco. Esses propulsores ‘reaction control system’ ou RCS – sistema de controle a reação – ficam na parede lateral da cápsula e são cobertos com uma cobertura do tipo ‘rip-off’. Servem para evitar danos às tubeiras antes do lançamento. As coberturas são geralmente arrancadas pela corrente de ar em algum momento durante a subida através da densa atmosfera inferior.

Manifesto de cargas típico de uma nave da série

O ‘rendezvous’ (encontro entre a nave e a estação espacial) pode ser dividido em quatro fases principais:

1) Faseamento: para se aproximar do alvo ( a ISS)
2) Abordagem inicial: para atingir uma órbita estável em relação ao alvo
3) Aproximação final: aproximar-se do alvo

4) Translação final: para finalizar o contato (engate com o sistema de acoplamento IDA/NDS na frente do módulo Harmony da estação. Normalmente, cada fase começa com um ajuste de velocidade relativa (delta-V): o sistema de propulsão é ligado (em manobras de baixo impulso) para alterar a velocidade (em magnitude e / ou direção) da espaçonave.

Após uma acoplagem bem-sucedida, a carga é recebida a bordo da estação, onde permanece por um período longo (mais de 165 dias). A Cargo Dragon é acoplada a um dos dois International Docking Adapteres (IDA) no módulo Harmony.

This image has an empty alt attribute; its file name is 72338-crew-dragon.png — *Espaçonave no prédio de montagem e checagem*

Para fazer a acoplagem, no topo da capsula está um sistema de acoplagem NDS andrógino, de tecnologia de “baixo impacto” , que suporta engate automatico e manual e tem parafusos explosivos para separação de emergência. Uma vez acoplado, a interface do NDS pode transferir energia, dados, comandos, ar, comunicação e, em futuras versões, poderá transferir água, combustível, oxidante e gás pressurizador. A escotilha tem um diâmetro de 800 milímetros.

A nave tem sensores eletromagnéticos baseados em espectro de comprimento de onda visível e infravermelho que incluem câmeras padrão, infravermelhas e sistemas de luz, detecção e alcance (Light Detection and Ranging ou LiDAR). O sistema de aproximação usado pela nave é o DragonEye, um LiDAR que produz imagens tridimensionais com base na quantidade de tempo necessária para que um único pulso de laser do sensor atinja o alvo e retorne, fornecendo informações de alcance e posição da Dragon para a ISS. A DragonEye Space Camera é uma FLC (Flash LIDAR camera) 3D leve, 11,2 x 11,9 x 12,2 cm, capaz de capturar uma gama completa de 128×128 pixels em cada quadro, até 10 quadros por segundo, permitindo um alcance 3D de 16.300 dados e pontos de intensidade a serem gerados como imagens em nuvem de pontos 3D ou fluxos de vídeo em tempo real. O DragonEye consiste em três componentes principais: o mecanismo do sensor 3D, o iluminador a laser com lente / difusor e os sistemas de resfriamento integrado ao casco externo.

A nave é de propriedade da SpaceX, e cedida à NASA. A SpaceX controla o veículo desde o pré-lançamento até a acoplagem. A NASA tem representantes no Mission Control Center da empresa (MCC-X), assim como faz no MCC-Moscou para o lançamento das Soyuz. Uma vez que a Dragon entrar na ‘Zona Keep Out’ (zona de aproximação) em torno da ISS, o MCC-X ainda estará no comando , mas agora terá que recorrer ao MCC-Houston para obter a permissão para acoplar. Após o engate e durante as operações inativas, o MCC-Houston será o responsável, mas os controladores do MCC-X ficarão em turnos, caso sejam necessários. Quando a nave estiver pronta para voltar para casa, o MCC-X retomará o controle para a re-ligação dos sistemas da nave, e depois que o MCC-H dar permissão, o MCC-X será novamente utilizado para as operações de recuperação.

A SpaceX designou dois locais preferidos de pouso ‘offshore’, nos EUA, para a nave. O local principal é no oceano Atlântico, a partir de Cabo Canaveral, na Flórida. O secundário é no Golfo do México, variando do sul de Brownsville, Texas, a uma área ao norte de Florida Keys até 170 milhas náuticas no mar. Pontos de pouso incluídos estão próximos de Pensacola, Tampa, Tallahassee, Cidade do Panamá, Cabo Canaveral, Daytona e Jacksonville.

COMPOSIÇÃO DA NAVE

A Dragon é composta de dois elementos principais: a cápsula, projetada para transportar carga pressurizada, e o compartimento aberto de carga (“trunk”-porta-malas ou tronco), que é um “módulo de serviço” não pressurizado. A cápsula é subdividida em seção pressurizada, seção de serviço e cone do nariz, que é aberto uma vez em órbita e fechado antes da reentrada. Perto da base, mas fora da estrutura pressurizada, estão os propulsores Draco que permitem manobras orbitais. Propulsores Draco adicionais estão alojados sob o cone do nariz, junto com os sensores de navegação e controle de orientação (GNC) da nave.

A massa de um compartimento de carga (trunk) vazio é de 1.700/1.800 kg. A massa de combustível nos tanques – MMH / N2O4 – é de até 2.700-2.800 kg. O peso seco da nave é de 6.350 kg. Numa Crew Dragon, seriam 400kg para uma tripulação de quatro pessoas mais 300kg de carga máxima. Isso dá um o peso da nave de cerca de 11.650 kg, mas varias fontes citaram números de 12.055 a 12.500 kg e até 14.000 kg.
Quanto ao peso inicial, assume-se de 14 toneladas; sendo peso de pouso é inferior a 10 toneladas (dentro das características de quatro paraquedas, a altura da ativação do sistema, mais o tempo de abertura total dos quatro velames para descer a uma velocidade de cerca de 4,5 m/s). O peso do tronco de 1.700 a 1.800 kg é uma estimativa bem aceita.

Os motores de frenagem (4 peças do tipo Draco) estão localizados na área da unidade de acoplamento e usam duas tubulações superalimentadas, e dois coletores de propelente. Cada coletor tem um par de motores. Eles trabalham em pares alternadamente, e o empuxo de cada motor é de aproximadamente 45 kgf. Se um par está funcionando, então o impulso total é de cerca de 90 kgf. No Crew/Cargo Dragon, o impulso é dividido condicionalmente em várias etapas, com duração total de 900 a 1.100 segundos (de acordo com os parâmetros orbitais). A massa da Cargo Dragon antes do momento de frenagem se aproxima de cerca de 14.000 menos 500 kg (o consumo de combustível antes de acoplar) menos 1.700 kg (tronco), igualando a 11.800 kg. Se for emitido o impulso de frenagem com o ‘trunk’ acoplado, a massa será de 13.500 kg. A opção de não separar o tronco é uma contingência fora do projeto. A posição correta do veículo de reentrada antes da entrada na atmosfera é realizada pelos motores da cápsula, em contraste com o veículo de descida de outras naves, cujo alinhamento ao ângulo de ataque de equilíbrio é realizado devido ao peso distribuído pela geometria da nave. Portanto, a massa do tronco desempenha um papel significativo em primeiro lugar na emissão correta do impulso de frenagem.

CÁPSULA

A cápsula é construída em aluminio-litio com aço, inconel, fibra de carbono e materiais plásticos.

Vaso de pressão da cabine hermética, *com 14 m³ totais e 9,5m³ úteis*

A sua proteção térmica é formada pelo já mencionado material “phenolic impregnated carbon ablator” – ablator de carbono fenólico impregnado (PICA-X) que é usado para o escudo principal. Cerca de 45 peças quadradas são usadas. Elas têm 8 centímetros de espessura e cada uma pesa cerca de um quilo. Aproximadamente 1 centímetro é uma camada de carbono, 1 centímetro adicional é de material pirolizado e os seis centímetros restantes são efetivamente material virgem.

Espaçonave em configuração de lançamento, com a capota fechada. A versão cargo difere da pilotada visivelmente pela ausencia das reentrâncias nos casulos laterais dos motores SuperDraco e pela ausência das duas aletas aerodinamicas verticais no ‘trunk’. Os casulos foram mantidos para preservar a planforma aerodinâmica já comprovada na Crew Dragon, omitindo apenas a saída dos motores.

A camada extra virgem é necessária para isolar a estrutura e o adesivo usado para colar os “ladrilhos” do calor da reentrada. Mantas de isolamento de tensão, semelhantes às usadas no Space Shuttle para conectar os ladrilhos TPS à estrutura, separam as peças do casco principal da cápsula. Essa estrutura de apoio é de material “composite”. É provável que os ladrilhos em si não sejam reutilizáveis após a submersão em água, mas fontes ligadas à fima fornecedora Fiber Materials Inc disse que nunca havia testado uma reutlização após exposição à agua salgada. (As proteções térmicas das Cargo Dragon mostraram um conteúdo significativo de sal – acima de 25% em massa – na camada de carbono, indicando uma penetração significativa de água.) O SPAM-Lite (SpaceX Proprietary Ablator Material Lite – Material Ablativo Leve Proprietário da SpaceX) é usado na maior parte do escudo lateral. É uma espuma sintética, feita de polímero de silicone com pequenas esferas de sílica embutidas. Tem cerca de 5 centímetros de espessura. Esta camada externa é degradada pela exposição ao oxigênio atômico em órbita, já que a atmosfera tênue no regime orbital da ISS é acima de 90% de oxigênio atômico (descoloração semelhante pela mesma causa é visível nas mantas térmicas do Shuttle, Soyuz e ISS, principalmente nas bordas das escotilhas).

Grande parte da descoloração do SPAM observada nas fotos pós-reentrada parece ser por esta erosão, e não tanto pelo aquecimento da reentrada. O XIRCA (material ablativo de cerâmica refratária impregnada com silicone SpaceX), de forma flexível, é usado como preenchimento de lacunas. Um material resinoso é usado para revestir o XIRCA. Parece ser o mesmo material usado para preencher os orifícios dos parafusos nos painéis dos SPAM. Já um material prateado é usado na borda externa do escudo principal, sendo um tipo de resina impermeabilizante.

Espaçonave em configuração orbital, com o cone de nariz aberto

O sistema de acoplagem NDS andrógino tem parafusos explosivos para separação de emergência. Segundo a SpaceX, a espaçonave é capaz de retornar com segurança se ocorrer um vazamento “de até um orifício equivalente de 6,35 mm de diâmetro” no vaso de pressão da cabine. Uma paleta de lastro deslizante permite um controle de atitude preciso da espaçonave durante a fase de entrada atmosférica em retorno à Terra e um controle mais preciso da zona pretendida de elipse de pouso. A porta de acesso lateral (para acesso das equipes de manutenção) abre para fora, sustentada por dois braços hidráulicos que giram para cima. Uma fechadura de abertura externa fica à direita, num rebaixo quadrado de 12 cm de profundidade, equipado com uma alavanca de acionamento.

Motores

Tampa do compartimento do paraquedas de uma espaçonave Crew Dragon recuperada no mar; a da Cargo Dragon é idêntica

Este pequeno motor foi projetado, desenvolvido e testado pela SpaceX. Com cada um queimando ~ 0,13 kg / s, gerando 400 newtons, são usados para manobras em órbita, controle de atitude e operação longa para saída de órbita, proporcionando um tempo de queima extremamente variável. O motor usa tetróxido de nitrogênio como oxidante e monometil-hidrazina como combustível: 1.290 kg desses propelentes estão a bordo da espaçonave que são consumidos pelos motores ao longo da missão. O Sistema de Controle de Reação da Dragon fornece redundância dupla em todos os eixos. Quaisquer dos motores podem falhar sem causar impacto na missão, e estes motores são baratos e podem ser reutilizados quando não sofreram muitos danos devido ao uso no espaço, ao reentrar no aquecimento e à exposição à água do mar. Em naves Cargo Dragons reutilizadas, um número significativo desses motores foi substituído por novos. Como tal, o termo “reutilizado” para as Cargo Dragons é incorreto. “Reconstruído” está mais de acordo com a realidade.

Espaçonave fotografada de frente, vindo para a acoplagem

Sistema de acoplamento

A SpaceX construiu seu sistema de acoplagem usando o sistema “NDS” como ponto de partida para desenvolver sua versão. Modelos do NDS IDD foram disponibilizados pela NASA. Isso permitiu à SpaceX criar sua versão de um sistema compatível em um período de tempo muito curto.

O sistema NDS da Dragon se acopla ao anel de engate instalado no adaptador IDA (International Docking Adapter) que está ligado na ponta do compartimento PMA 3 no módulo Harmony. O NDS usa um novo componente de amortecimento de contato, chamado SIMAC (Soft Impact Mating Attenuation Concept), que é um design não proprietário, essencialmente baseado no APAS-95 russo, mas com um anel de captura suave mais estreito. O adaptador é compatível com o International Docking System Standard (IDSS). O “Sistema de acoplamento da NASA – NASA docking system” refere-se ao sistema de encaixe padrão que foi implementado para o Commercial Crew program – CCP, que é o NDS (NASA docking system propriamente dito). E embora a implementação do NDS testado na missão DM-1 tenha sido inteiramente desenvolvida pela SpaceX, ainda foi construído de acordo com as especificações do NDS; por isso é conhecido como “NASA docking system”.

Portanto, a SpaceX não construiu um sistema de acoplagem fora do padrão do documento oficial IDSS. Eles usaram o NDS “Interface Definitions Document” (IDD) como ponto de partida para desenvolver sua versão do NDS. Isso porque o NDS IDD foi disponibilizado para eles pela NASA. E o fato de que a NASA já havia escrito especificações para o conjunto de detalhes (para o NDS) que não seriam relacionados no padrão IDSS. Isso permitiu que a SpaceX construísse sua versão de um NDS compatível com o IDSS em um período de tempo muito curto. Como tal, o sistema de acoplagem que a SpaceX usa nas Dragon é a versão do NDS da empresa, o que significa que o sistema de acoplamento segue o NDS IDD à risca, exceto para as partes que não são especificadas pelo IDD, tal como o sistema de atenuação de choque de contato.

O Sistema de Controle Ambiental e Suporte à Vida garante um ambiente confortável e seguro para os membros da tripulação. Durante o período acoplado, os astronautas a bordo podem definir a temperatura interior da cabine entre 18 e 27 graus C.

Tanques e tubulações do sistema de suporte vital, situados abaixo do piso da cabine

O sistema de suporte vital armazena oxigênio gasoso para consumo metabólico e (no caso da Crew Dragon apenas) para o traje espacial durante uma emergência envolvendo uma cabine despressurizada. Este usa nitrox, uma mistura de 23% de oxigênio e 77% de nitrogênio, para uma variedade de aplicações, incluindo verificações de vazamentos de traje, fornecimento de gás em um cenário de atmosfera contaminada para máscaras de respirar, diluir uma atmosfera contaminada e compensar um vazamento de ar. Um outro uso do nitrox é também resfriar o ar da cabine durante a reentrada, já que o sistema de controle térmico da cápsula é limitado durante esta fase de vôo. O nitrox foi selecionado em vez de tanques separados de nitrogênio porque não requer mistura com oxigênio e pode alimentar o traje espacial diretamente. Com um sistema nitrox, um vazamento de gás nunca vai resultar em uma concentração perigosa de oxigênio na pressão nominal de cabine. Sob o piso, o oxigênio e o nitrox são armazenados em dois pacotes de três recipientes de pressão com invólucro composto (COPVs), cada um com seu próprio regulador. Os tanques são baseados nos tanques de oxigênio do veículo de retorno de tripulação da NASA X-38 e são projetados e qualificados para os padrões da NASA.

O sistema de controle de pressão incorpora três elementos principais para manter a pressão da cabine dentro dos requisitos. Estas são as válvulas de ventilação ativa (Active Vent Valves – AVVs), a válvula de alívio de pressão positiva (PPRV) e a válvula de alívio de pressão negativa (Negative Pressure Relief Valve – NPRV). Além disso, a espaçonave tem um plugue de equalização de pressão manual em cada escotilha para permitir que indivíduos fora da cápsula (sejam astronautas na estação espacial ou a equipe de recuperação) equalizem manualmente a pressão. Todas as válvulas e plugues normalmente permanecem destampados durante a missão, incluindo o tempo na estação, mas as tampas são fechadas caso haja suspeita de vazamento.
O módulo AVV, composto por quatro válvulas solenóides com acionamento manual, é usada para controle de pressão nominal, equalização automática com o tunel de acoplagem após o acoplamento e com a atmosfera externa após o pouso, despressurização do vestíbulo e purga de entrada de nitrox. As AVVs evitam a alta pressão da cabine abrindo e ventilando o volume para o espaço ser a pressão interna aumentar acima do limite determinado.

Tanques de nitrox comprimido para o sistema de suporte vital

Em uma contingência envolvendo uma despressurização, as duas válvulas de repressurização de cabine são abertas para compensar o vazamento e tentar manter a pressão acima de 8 psia (55 kPa). Para diâmetros de orifício equivalentes de até 15 mm, a taxa de fluxo de duas válvulas de repressurização é maior do que o volume que escapa através do orifício e, portanto, a pressão pode ser mantida acima de 8 psia enquanto os consumíveis de nitrox permitirem. Existem suprimentos suficientes para alimentar um vazamento de um orifício de 6 mm no pior caso de duração de saída de órbita de emergência. Para buracos maiores, a Dragon irá parar de compensar o vazamento enquanto uma reserva de nitrox é acionada e permite que a cabine despressurize, fornecendo oxigênio aos trajes. Ao reentrar com a cabine despressurizada, as válvulas de repressurização bombeiam nitrox à medida que a pressão externa aumenta.
Outra contingência em que os AVVs são utilizados é numa atmosfera interna contaminada resultante de um incêndio. Se os níveis de produtos de combustão tóxicos estiverem acima de um limite definido, a cabine é purgada com nitrox usando as válvulas primárias enquanto os AVVs mantêm uma pressão da cabine de 8,0-8,5 psia (55-59 kPa). Se a atmosfera estiver ainda mais contaminada, ela pode ser ventilada para quase vácuo e substituída por nitrox limpo usando os dois conjuntos de válvula de repressurização.

TRONCO – ‘TRUNK’

O tronco da Dragon faz a ligação da cápsula com o Falcon 9 em sua ascensão ao espaço. Em órbita, metade do tronco contém um painel solar e a outra metade um radiador que rejeita o calor. Tanto o radiador quanto o painel solar são portanto montados no exterior, que permanece preso à Dragon até pouco antes da reentrada, quando o tronco é descartado.

A nave opera apenas em órbita baixa. Isso significa que fica sob a luz do sol por apenas 45 minutos, seguido por 45 minutos sem luz solar. O sistema de radiadores é usado para trocar calor e manter os sistemas em temperatura apropriada sem dificuldades.

A nave possui um avançado sistema de paraquedas (quatro extratores e quatro principais) que podem ser ativados instantaneamente a partir do momento em que são armados na plataforma de lançamento até a inserção orbital. A nave é altamente automatizada e toda a subida à órbita é totalmente automatica, incluindo todos os modos de cancelamento.

Cápsula retornando à Terra com a tampa superior fechada

O DragonEye consiste em três componentes principais: o mecanismo do sensor 3D, o iluminador a laser com lente / difusor e os sistemas de resfriamento integrado ao casco externo. Desenvolvido em apenas 10 meses, do conceito ao hardware final, o DragonEye foi entregue ao Centro Espacial Kennedy da NASA em 16 de fevereiro de 2009, para integração com o Space Shuttle Endeavour, para ser testado e validado numa missão à ISS. As câmeras padrão oferecem a capacidade de detectar passivamente o alvo, mas exigem condições de iluminação adequadas. As câmeras de infravermelho permitem a detecção e rastreamento de naves sem a necessidade de condições específicas de iluminação. A Dragon utiliza essa câmera de infravermelho e processamento de imagem para fornecer os dados relativos ao sistema de navegação. Esses sistemas operam independentemente das condições de iluminação, mas exigem que o sensor ilumine o veículo alvo com uma fonte eletromagnetica, como os lasers tipo SWIR – “Short Wave Infrared Laser”. A vantagem desses sensores é sua capacidade de operar com menos consumo de energia, maior alcance, flexibilidade operacional e infraestrutura reduzida quando comparados aos sensores baseados em radiofrequencia (RF).

Parte frontal da espaçonave: na seta em vermelho – os propulsores frontais Draco; em azul – conexões elétricas e de dados para a ISS; em amarelo os rastreadores de estrela para controle de atitude; em verde – sensores de proximidade LIDAR / GNC; em roxo a câmera de aproximação e acoplamento.

Foguete

O primeiro estágio do Falcon 9 incorpora nove motores Merlin e tanques de liga de alumínio-lítio contendo como propelente oxigênio líquido e o chamado querosene “de grau de foguete” (RP-1) resfriado para ficar mais denso. Os tanque são construídos em estrutura semimonocoque. Após a ignição, um sistema de retenção na plataforma garante que todos os motores sejam verificados quanto ao desempenho de empuxo antes que o foguete seja liberado para o vôo. O Falcon 9 gera mais de 750 toneladas de empuxo no nível do mar, mas produz mais de 890 t no vácuo. Os motores são acelerados gradualmente perto do final do voo do primeiro estágio para limitar a aceleração do veículo à medida que a massa do foguete diminui com a queima de combustível. O interestagio é uma estrutura de material composto de plastico reforçado com fibra de carbono que conecta o primeiro e o segundo estágio e contém o sistema de liberação e separação.

O Falcon 9 usa um sistema de separação de estágios totalmente pneumático para um afastamento altamente confiável e com baixo choque que pode ser testado no solo, diferentemente dos sistemas pirotécnicos usados na maioria dos veículos lançadores. O Falcon 9 está equipado com um Sistema de Terminação de Vôo Autônomo para ser usado no caso improvável de o foguete sair do curso ou deixar de responder. As pernas de aterrissagem em fibra de carbono e as aletas de grade (grid fins) hipersônicas, fechadas durante a subida, são dois dos elementos críticos essenciais para garantir uma aterrissagem segura e bem-sucedida do primeiro estágio do foguete.

O segundo estágio, de estrutura de alumínio-lítio monocoque e semi-monocoque para os dois diferentes tanques, tem um motor Merlin D Vac com 95tf de empuxo funcionando com oxigenio liquido e querosene. Uma pequena seção de 70 cm de altura conecta o topo do segundo estágio com a borda inferior do tronco da nave espacial.

O foguete tem uma altura de 65,74 metros, uma massa no lançamento de 594.518 kg (para a missão tripulada DM-2), capacidade máxima de carga util em órbita baixa de 22.800 kg e um diâmetro médio de 3,66 metros.

Uma serie de parafusos explosivos existe para descartar o cone do nariz (em órbita), caso ele não feche após o desengate da ISS. O cone do nariz não é necessário para proteger o conjunto de acoplamento na reentrada, mas se ele emperrar na posição aberta, impedirá a reentrada. Daí a capacidade de ejetá-lo por telecomando. Também existem parafusos pirotécnicos nos sistemas de paraquedas, cuja tampa do compartimento é feita de material composto de fibra de carbono com insertos de aluminio, com uma borda de elastômetro para vedação com o batente da abertura no casco da cápsula. As molas de titânio garantem a ejeção inicial da porta. Com duas molas, a capacidade de carga é aumentada e cargas pesadas podem ser transmitidas em um espaço restrito. Na mola concêntrica, o funcionamento do mecanismo continua mesmo que uma das molas se quebre. Isso resulta em um sistema “à prova de falhas”, e as vibrações da mola chamadas de ‘onda’ são eliminadas. Um conjunto de pirotécnicos detona os paraquedas de estabilização e os extratores (“drogues”), e outro conjunto serve para cortar os cordames dos quatro paraquedas principais . Esses são usados no caso de o computador de vôo deixar de desconectar automaticamente os paraquedas após a queda na água. A falha em descartar os pára-quedas após o pouso pode levar a cápsula a ser arrastada no mar por centenas de metros se um deles for soprado pelo vento.

ITENS REUTILIZADOS NA ESPAÇONAVE

Mecanismos importantes que são completamente recondicionados ou substituídos, em cada nave usada múltiplas vezes, são: Propulsores de controle de reação Draco; escudo térmico principal de PICA-X; o escudo lateral (‘backshell’) branco feito de SPAM; sistema de acoplagem; os paraquedas (de frenagem e os principais). Esses são equipamentos que ficam expostos aos efeitos de reentrada (aquecimento) ou diretamente à água do mar. Mas esses itens constituem uma pequena minoria do grande número de componentes de uma dessas naves. Praticamente tudo o que está dentro da carcaça à prova d’água é realmente reutilizado com pouca ou nenhuma reforma ou substituição. Coisas como: o vaso de pressão da cabine (a soldagem); painéis de fixação do escudo lateral; componentes estruturais da seção de serviço; a maioria dos tanques, tubulações e válvulas para o RCS, propulsão, o sistema de suporte vital “ECS” e consumíveis; aviônica; proteção de cablagens; quase todo o material dentro da cabine (exceto carga); escotilha lateral; sensores ópticos e câmeras; luzes de navegação.

É por isso que nas Crew e Cargo Dragons toda a antepara dianteira de acoplamento é coberta pela tampa protetora do nariz para a reentrada. Todo o equipamento instalado no nariz (o detector de distância a laser ‘LIDAR’, o sistema de acoplamento da NASA, sensores óticos, escotilha etc.) é caro. Protegê-lo contra os efeitos de reentrada é essencial. Ele permite que todas esses aparelhos sejam facilmente reutilizados em um próximo Dragon ou sejam remanufaturadas no mesmo veículo se convertido em Cargo Dragon v2.

LINHA DO TEMPO DE MISSÃO – SEQUÊNCIA DE EVENTOS

Hora :min: ss – Evento

-04: 15: 00 Resumo da meteorologia
-02: 20: 00 Verificação de comunicação
-00: 45: 00 Diretor de lançamento verifica o volume de propelente
-00: 42: 00 Braço de acesso retraído
-00: 37: 00 Sistema de escape de lançamento armado
-00: 35: 00 Carregamento de RP-1 densificado começa
-00: 35: 00 Carregamento de LOX do primeiro estágio começa
-00: 16: 00 Carregamento de LOX do 2º estágio começa
-00: 07: 00 O Falcon 9 inicia o resfriamento dos motores
-00: 05: 00 Transição da Dragon para energia interna
-00: 01: 00 Comando para computador de vôo iniciar verificações finais de pré-lançamento
-00: 01: 00 Pressurização dos tanques para pressão de vôo
-00: 00: 45 Diretor verifica a permissão de lançamento
-00: 00: 03 O controlador do motor comanda a sequência de ignição para iniciar
-00: 00: 00 Decolagem do Falcon 9
+00: 00: 58 Max Q (pico de estresse mecânico no foguete) +00: 02: 33 Corte do motor principal de 1º estágio (MECO)
+00: 02: 36 1º e 2º estágios separados
+00: 02: 44 Motor do 2º estágio acende
+00: 07: 15 Queima de entrada do 1º estágio +00: 08: 47 Corte do motor do 2º estágio (SECO-1)
+00: 08: 52 Queima de entrada do 1º estágio
+00: 09: 22 Pouso do 1º estágio
+00: 12: 00 Cargo Dragon se separa do 2º estágio
+00: 12: 46 Sequência de abertura do cone do nariz

Restrições ao lançamento de uma Cargo Dragon/Falcon 9 BL5

Não lançar se o vento sustentado no nível de 50m da plataforma de lançamento exceder 48 km/h.
Não lançar em condições de nível superior contendo ‘cisalhamento’ de vento que podem levar a problemas de controle para o veículo lançador.
Não lançar por 30 minutos após relâmpago ser observado dentro de 10 milhas náuticas da plataforma de lançamento ou da trajetória de vôo, a menos que as condições especificadas possam ser atendidas.
Não lançar dentro de 10 milhas náuticas de uma nuvem bigorna de tempestade a menos que os critérios de distância associados ao tempo e temperatura possam ser atendidos.
Não lançar dentro de 10 milhas náuticas de uma nuvem bigorna de tempestade isolada.
Não lançar dentro de 3 milhas náuticas de uma nuvem de tempestade, a menos que os critérios de distância associados ao tempo específico possam ser atendidos.
Não lançar dentro de 5 milhas náuticas de nuvens perturbadas com temperaturas congelantes e contendo precipitação moderada ou maior, a menos que critérios específicos de distância associados ao tempo possam ser atendidos.
Não lançar por 15 minutos se as leituras dos instrumentos dentro de cinco milhas náuticas da plataforma de lançamento excederem +/- 1.500 volts por metro, ou +/- 1.000 volts por metro se os critérios especificados puderem ser atendidos.
Não lançar através de uma camada de nuvem com mais de 1.400 m de espessura e temperaturas congelantes, a menos que outros critérios específicos possam ser atendidos.
Não lançar a menos de 10 milhas náuticas de nuvens cumulus com topos com temperaturas congelantes, a menos que critérios específicos de distância associados à altura possam ser atendidos.
Não lançar dentro de 10 milhas náuticas da borda de uma tempestade que esteja produzindo raios dentro de 30 minutos após o último raio ser observado.
Não lançar através de nuvens cumulus formadas como resultado de ou diretamente ligadas a uma nuvem de fumaça, a menos que os critérios associados ao tempo possam ser atendidos.
Não lançar se o tempo na trajetória indicar uma violação dos limites na amerrissagem no caso de escape no lançamento.
Não lançar se o clima na trajetória mostrar uma alta probabilidade de violar os limites na amerrissagem no caso de escape da Dragon.
O clima na trajetória é monitorado em mais de 50 locais ao longo da trilha de subida ao longo da costa leste da América do Norte e através do Atlântico Norte. A probabilidade de violação é calculada para cada local, incluindo as condições limite para vento, ondas, raios e precipitação.