Starship - A história do foguete mais poderoso do mundo - Meio Bit

Parece que foi ontem, mas foi em 2012 que a Starship teve seu primeiro anúncio oficial, ainda com o ambicioso nome Mars Colonial Transporter. De lá pra cá muita água rolou debaixo da ponte.

Starship e Super Heavy (Crédito: SpaceX)

A SpaceX tem a nem um pouco ambiciosa meta de tornar a Humanidade uma espécie interplanetária, mas eles sabem que é inviável para qualquer empresa montar uma colônia fora da Terra, então a estratégia (do grego Strategos) deles é simples: Criar uma infra-estrutura de transporte com um custo tão baixo que entidades interessadas em colonizar outros mundos se sintam tentadas a contratar o carreto da SpaceX.

Para chegar nesse ponto, a SpaceX precisava de fluxo de caixa positivo, o que conseguiu com o Falcon 9. Existe uma percepção que a SpaceX destruiu vários até acertar, mas o Falcon 9 foi bem-sucedido em seu primeiro vôo.

Todo aquele show pirotécnico aconteceu nas tentativas de pouso, depois que o Falcon 9 já havia cumprido sua missão e colocado sua carga em órbita.

Os números, são impressionantes. Na metade de abril de 2023 foram lançados 223 foguetes Falcon 9. Desses, 221 foram missões bem-sucedidas. Uma foi perda total, uma sucesso parcial e um explodiu durante um teste estático. Hoje o Falcon 9 é o foguete mais confiável já construído.

Depois que dominou a técnica de pouso, o custo de lançamento do Falcon 9 caiu mais rápido que um Falcon 9 antes da SpaceX dominar a técnica de pouso, e conseqüentemente, a reutilização do primeiro estágio. Isso tornou possível a Starlink, uma das muitas propostas de mega-constelação para fornecimento de acesso Internet em qualquer lugar do planeta.

O conceito em si é simples, mas uma constelação com dezenas de milhares de satélites demanda lançamentos constantes, e mesmo que você seja dono de uma empresa de lançamentos espaciais, a conta não fecha.

Com o foguete reutilizável, a SpaceX conseguiu viabilizar a primeira fase da Starlink, que está salvando vidas na Ucrânia, irritando o Irã e mudando o dia-a-dia de centenas de milhares de pessoas morando em regiões remotas, além de prover acesso para aviões, navios, plataformas de petróleo e pinguins.

Starlink na Antártica (Crédito: COLDEX)

Segundo Gwynne Shotwell, Presidente da SpaceX, tecnicamente a Starlink já tem fluxo de caixa positivo, mas os satélites versão 2.0, necessários para atender a demanda, são maiores, mais pesados e não são economicamente viáveis nem com o Falcon 9. Vamos precisar de um foguete maior.

Um foguete maior

A SpaceX desde o início planejava foguetes maiores. Inicialmente iriam fazer um mini-Falcon Heavy, com três Falcon 1 conectados, mas o plano foi cancelado. Quando o Falcon 9 começou a ser desenvolvido, junto veio a idéia do Falcon Heavy, em 2005, sendo que o Falcon 9 só viria a voar pela primeira vez em 2010, mesma época em que internamente a SpaceX se convencia que precisava de um foguete maior que o Falcon Heavy.

Há relatos de disputas internas, com Gwynne Shotwell tendo que defender o Falcon Heavy. Elon Musk queria cancelar o projeto e se dedicar ao tal Foguete Maior, mas Gwynne acertadamente mostrou que o desenvolvimento já estava adiantado, inclusive com vários lançamentos já vendidos.

Convencido, Elon mandou tocar adiante o desenvolvimento, e em 2018 o Falcon Heavy fez seu primeiro e espetacular lançamento, colocando em órbita solar um Tesla Roadster, usado para simular uma carga útil. Normalmente as empresas usam blocos de concreto, mas a SpaceX tem estilo.

Junto com o foguete, estavam sendo desenvolvidos os motores Raptor, extremamente potentes e ao contrário dos motores tradicionais, não usavam RP-1 (um tipo de querosene refinado), mas metano como combustível. Com fórmula CH₄, metano é uma das moléculas orgânicas mais simples, um gás inflamável em temperatura ambiente, com uma queima bem mais limpa que querosene:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Ao invés de um monte de fuligem, hidrocarbonos, nitróxidos e outros lixos, metano tem como resíduo de sua queima uma molécula de dióxido e carbono e duas de... água. Só perde para hidrogênio, cujo único resíduo é água, mas hidrogênio é um inferno para armazenar e manipular.

Além da facilidade de manipulação e queima limpa, e do custo bem mais baixo que RP-1, metano tem mais uma vantagem: Ele pode ser produzido em Marte, o que é essencial para os planos da SpaceX.

Mais ainda: Nem é uma tecnologia nova, foi descoberta por Paul Sabatier e Jean-Baptiste Senderens em 1897, e batizada de Reação Sabatier.

A fórmula da reação é bem simples também:

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2 H₂O

Dióxido de carbono e hidrogênio, a 400 graus Célsius de temperatura e 3Megapascals de pressão, na presença de um catalizador de níquel se transformam em metano e água. Os materiais iniciais abundam no planeta vermelho. Temos uma atmosfera de mais de 90% de CO₂, e água no subsolo e nas calotas polares. No inverno, dá pra recolher o gelo no chão.

O foguete que usaria esse combustível foi anunciado em 2012, seria o Mars Colonial Transporter, capacidade de carga de 100 toneladas, com 27 motores no primeiro estágio, e 10 metros de diâmetro. O Falcon 9 tem 3,7 metros de diâmetro.

Mars Colonial Transporter, no tempo em que ainda era de fibra de carbono (Crédito: SpaceX)

Em 2016, percebendo que precisavam de mais capacidade de carga e que isso geraria menos lançamentos, barateando o custo de kg/órbita, a SpaceX alterou o Mars Colonial Transport, que agora era o Interplanetary Transport System, com 122 metros de altura, 12 metros de diâmetro e peso total de 10500 toneladas. Para dar uma idéia do que é isso, um submarino nuclear classe Los Angeles tem 6000 toneladas.

Esse monstro teria capacidade de colocar 300 toneladas em órbita baixa, reutilizável, 550 toneladas descartável. O Saturno V conseguia colocar 140 toneladas em órbita baixa.

Em 2017 o ITS se tornou o BFR - Big Fuc- digo, Falcon Rocket.

Uma proposta mais modesta, com 9 metros de diâmetro e 109 metros de altura, o BFR seria feito de fibra de carbono, com os maiores tanques já construídos com esse material. A idéia era lançar o foguete da Flórida, com dois lançamentos previstos para 2022. (Spoiler: Não rolou).

A Realidade mais uma vez fez sua parte em atrapalhar um bom plano, e a SpaceX descobriu que assim como Ruby, tanques e estruturas de fibra de carbono não escalam. Depois de sucessivos testes mal-sucedidos, chutaram o pau da barraca e abandonaram a idéia. Só que voltar pra estrutura do Falcon 9, com uma liga exótica de alumínio e lítio, não era economicamente viável.

Um tanque de fibra de carbono do BFR (Crédito: SpaceX)

Depois de muito bater cabeça, a SpaceX acabou escolhendo o material mais mundano possível: Aço. Não é titânio, alumínio transparente, adamantium, cavorita, vibranium. É aço, mesmo material de uma boa chaleira.

Os tanques de combustível e oxidante foram construídos e testados à exaustão. Vários testes foram destrutivos, quando você pressuriza o tanque com nitrogênio até o limite especificado, continua até o limite estrutural, e vai adiante para ver até onde o bicho agüenta. É divertido:

Entra o Raptor

Com 33 raptors em cada Superheavy, e a SpaceX planejando lançar dezenas de foguetes por dia, é preciso uma linha de produção como nunca se viu. Hoje eles atingiram uma cadência assustadora, estão entregando um motor Raptor pro dia. A Blue Origin levou anos pra entregar dois motores Be-4 para a ULA. Restava saber se o Raptor funcionaria.

Claro, eles foram mais que estados nas instalações em McGregor, Texas, mas nas palavras do imortal Didi (o jogador, não o Dr Renato) “Treino é treino, jogo é jogo”.  O Raptor precisava voar, e como a SpaceX não tem problemas em ser tosca quando necessário, usou suas instalações em Boca Chica, Texas, para construir o Starhopper.

Composto basicamente de um tanque, um motor Raptor, três pernas e alguma instrumentação, o Starhopper parecia algo saído de McGyver, ou, mais precisamente, de Operação Resgate, uma série obscura onde um dono de ferro-velho constrói uma nave para ir até a Lua, recolher sucata deixada pela Apollo e revender na Terra.

O mais incrível é que o Starhopper voou, primeiro um vôo de 30 metros, depois um de 150. O Raptor estava validado.

Starbase

Nesse meio-tempo, a SpaceX ampliava suas instalações em Boca Chica. É surpreendentemente difícil achar um bom lugar para lançar foguetes nos EUA. Como ao contrário da China, nos EUA o governo não gosta da idéia de jogar foguetes na cabeça da população, estão restritos a áreas costeiras, na Costa Oeste ou Golfo do México, pois o foguete precisa decolar rumo ao leste, para aproveitar a rotação da Terra e ganhar mais velocidade angular, e sobre o mar para não atingir ninguém quando der defeito (no caso da SpaceX) ou o primeiro estágio for descartado (no caso de todo o resto).

Claro, achar propriedades com quilômetros e quilômetros de área livre, na praia, não é fácil. Boca Chica é um dos últimos lugares disponíveis, é uma região com várias reservas ecológicas, bem perto da fronteira do México, em uma região dominada por cartéis, então não há exatamente um grande fluxo de turistas na fronteira.

A primeira pá de terra foi escavada em 2014. Hoje a SpaceX tem na Starbase vários prédios dedicados à montagem de foguetes, a maior torre de lançamento já construída, estruturas de testes, uma fazenda de tanques e várias tendas, onde os foguetes começaram a ser construídos.

É impressionante quando há dinheiro e interesse em construir algo. Em alguns anos eles criaram um complexo espacial de lançamento e construção de espaçonaves, no meio do nada. Seria um exemplo a ser seguido, se aqui houvesse gente disposta a seguir exemplos.

Enquanto isso...

Sem querer comparar mas já comparando... (Crédito: Editoria de arte)

E a grana, de onde vem?

Boa parte da verba dos estimados US$10 bilhões do desenvolvimento da Starship vem da própria SpaceX, mas eles conseguiram outros aportes, como o bilionário japonês Yusaku Maezawa, que investiu uma fortuna no projeto, em troca da missão Dear Moon, onde ele e um grupo de artistas e influenciadores voarão em uma futura Starship, circunavegando a Lua.

Uma boa notícia veio em 2019, quando a NASA alocou US$967 milhões para o projeto preliminar do HLS – Human Landing System, o módulo que pousará na Lua e retornará astronautas ao nosso satélite, fruto do Programa Artemis.

Os três finalistas para o HLS do programa Artemis (Crédito: NASA)

O dinheiro foi dividido entre o National Team, formado pela ULA, Blue Origin e outras (US$579 milhões), a Dynetics (US$253 milhões) e a SpaceX (US$135 milhões). Os projetos propostos variavam bastante, mas a comparação chega a ser cômica. A SpaceX venceu a concorrência, com a proposta mais barata de todas, por uma longa margem, e por usar uma Starship modificada.

Com 1000m³ de espaço interno pressurizado, a Starship é um monstro, comparado com as soluções da concorrência, a ponto da NASA tentar disfarçar. Veja a diferença entre a imagem “oficial” acima dos três e a real proporção entre eles.

Err... ok. (Crédito: Reprodução Internet)

O contrato vencido pela SpaceX é de US$2,8 bilhões, mas não é um cheque em branco. A NASA agora trabalha com metas, o pagamento ocorre em partes, e somente após etapas cumpridas. Atrasos são por conta da contratada.

Enquanto isso, a SpaceX continuava a construir e testar tanques e protótipos do Super Heavy e da Starship. Alguns foram explodidos enquanto aprendiam as melhores técnicas de construir os tanques de combustível, outras foram descartadas quando se tornavam obsoletas, e em 4/8/2020 o protótipo SN5, ainda pouco mais que uma caixa d’água com um motor, fez um vôo de 150m, bem-sucedido, seguido do SN6, em 3/9/2020.

Em 20 de outubro do mesmo ano foi a vez da SN8, uma versão mais aprimorada da Starship, com três motores Raptor e flaps. Ela atingiu alguns quilômetros de altitude, desligou os motores, assumiu posição horizontal e caiu com estilo voou até o ponto onde religou os motores, voltou pra posição vertical e pousou suavemente. Por pousar suavemente eu quero dizer se espatifou, mas isso era esperado.

Fevereiro de 2021 viu o lançamento da Starship SN9, com as imagens mais lindas do programa até o lançamento de 20 de Abril de 2023. Dessa vez um dos dois motores necessários para o pouso não conseguiu ser religado, e a explosão foi linda.

A SN10 foi lançada em 3 de março, e pela primeira vez o pouso foi bem-sucedido, exceto que algum vazamento fez com que a nave explodisse alguns minutos depois, mas desenvolvimento rápido é assim mesmo.

30 de março foi quando a SN11 também se esborrachou.

Revisando o que foi aprendido com os lançamentos anteriores, e descartando vários protótipos, a SpaceX só voltaria a lançar um protótipo em 5 de maio de 2021, no caso a SN15, e essa foi a boa!

Estava comprovado que a Starship era capaz de pousar, e executar a controversa manobra de mudar de orientação na fase final do pouso, aproveitando a posição horizontal para reduzir sua velocidade durante a reentrada atmosférica.

Depois disso, a SpaceX se concentrou na construção das estruturas de lançamento em Boca Chica, como a torre, os braços gigantes que movimentam os dois estágios e os colocam na plataforma, e a plataforma em si, chamada de Estágio Zero, uma estrutura extremamente complexa e mais complicada de construir do que o foguete em si.

Parece uma banqueta, mas é uma das partes mais complicadas do complexo de lançamento (Crédito: SpaceX)

A torre em si é uma maravilha tecnológica e uma aposta da SpaceX que deixou a comunidade astronáutica coçando a cabeça.

Para economizar pelo e agilizar o tempo entre lançamentos, nem o Super Heavy nem a Starship terão pernas ou pousarão em balsas. Eles serão agarrados por braços gigantescos na torre de lançamento.

Um tal de Covid, mais problemas com licenciamento de agências reguladoras fez com que a SpaceX ficasse quase dois anos sem um lançamento da Starship, mas enquanto isso o projeto foi aprimorado, a linha de montagem dos motores Raptors atingiu a meta de entregar um por dia, e a Starship ganhou placas de proteção térmica e um dispenser de satélites. Agora era esperar os impedimentos burocráticos serem resolvidos.

Teste estático do Super Heavy (Crédito: SpaceX)

Depois de meses todas as licenças tinham sido emitidas, só faltava a licença de vôo, dada pelo FAA. A licença saiu no fim de semana de 15 de abril de 2023, e o lançamento foi marcado para o dia 17. Quase foi, mas faltando 40 segundos uma válvula presa impediu o prosseguimento.

O foguete só subiria três dias depois, dia 20.

Não que houvesse muita esperança. É tudo muito novo, a SpaceX não tinha idéia da interação entre os 33 motores Raptor, que nunca haviam sido acionados ao mesmo tempo, com potência total. O consenso era que se o foguete não explodisse imediatamente, e deixasse a plataforma de lançamento sem a destruir, o teste já seria considerado um sucesso. O resto era bônus.

Era uma aposta, como várias que a SpaceX fez. Nem todas deram certo.

Entre as que deram errado, foi a aposta de que a base de concreto da plataforma sobreviveria à potência dos 33 Raptors. Em retrospecto, foi uma aposta burra. O Super Heavy tem o dobro da potência do Saturno V, que usava uma vala de direcionamento de chamas e um imenso sistema de jatos de água para absorver a vibração causada pelo som dos motores, e evitar que o foguete e a plataforma sejam destruídos.

Base do Estágio Zero. Como direi? Deu ruim. (Crédito: Reprodução Reddit)

A SpaceX tinha um sistema básico de água instalado, e um sistema bem mais robusto já encomendado, recebido, mas ainda não instalado. Eles também planejavam usar uma base de metal com refrigeração à água, mas não tiveram tempo de terminar.

Ainda não há confirmação, mas algo, talvez danos causados durante a ignição fizeram com que dois motores parassem de funcionar, mas como o foguete tem bastante reserva de potência, e ainda estava vazio, sem carga, o bicho subiu mesmo assim. AH, se subiu!

É algo que faz um Falcon 9 parecer uma biribinha. Estamos falando de um foguete com 120 metros de altura, isso é um prédio, dos grandes. 36 andares. O edifício Martinelli, em SP, tem 109 metros. Para os cariocas (e turistas): O conjunto Super Heavy/Starship equivale à altura de 3 Cristos Redentores.

Esse monstro continuou subindo, mesmo com outros motores dando problema, num total de 6. Os atuadores hidráulicos que movimentam os motores e direcionam o foguete também apresentaram falhas, mas eles vão ser substituídos por atuadores elétricos nas novas versões, que já estão construídas.

Você vai acreditar que um arranha-céu pode voar! (Crédito: Osunpokeh / Creative Commons)

Para surpresa de muita gente, o foguete atingiu Max-Q, o ponto de mais pressão aerodinâmica, e sobreviveu.

Mais adiante, o Super Heavy começou uma manobra de rotação, que seria usada para separar a Starship. No plano que ninguém botava muita fé de dar certo na primeira vez, o Super Heavy faria uma manobra para anular sua velocidade horizontal, e simularia um pouso no mar. A Starship atingiria velocidade orbital, mas sem circularizar, então reentraria após dar a volta ao mundo, atingindo o mar perto do Hawaii.

Só que os motores fizeram falta, a manobra ocorreu a apenas 39km de altitude. O Falcon 9 realiza a manobra de separação aos 70Km de altitude.

Sem saber o que fazer, o foguete começou a dar cambalhotas, o que mostrou uma robustez fora do normal. Foram pelo menos três, antes do sistema interno OU o controle da missão acionar o sistema de autodestruição.

O Everyday Astronaut, Tim Dodd, que aliás será um dos passageiros do projeto Dear Moon, tem um vídeo com imagens incríveis do lançamento e da explosão final.

Como primeiro teste, foi além de todas as expectativas. A chance do foguete decolar sem explodir, internamente era de 50%. O aprendizado foi imenso, os engenheiros devem estar afogados em dados. Um Falcon 9 normal tem mais de 3000 canais de telemetria, o Falcon Heavy / Starship, em fase de protótipo deve ter bem mais.

Entre mortos e feridos, salvaram-se todos

A perda do foguete nem foi inesperada, a destruição na Starbase, essa sim surpreendeu. Os 33 motores Raptor atomizaram o concreto, deixando a base da plataforma só nos vergalhões, cavando um buraco gigantesco no chão. Pedaços gigantes de concreto foram atirados a centenas de metros, atingindo até o oceano.

Dezenas de câmeras foram destruídas, a fazenda de tanques da SpaceX também ficou danificada. Uma nuvem de poeira se depositou nas casas, carros e ruas a quilômetros de distância. Ficou claro que foram otimistas demais, e precisam, de alguma forma, conter os gases da decolagem.

Os pessimistas de sempre já estão dizendo que não vai dar certo, que o foguete é grande demais, que não conseguirão resolver os problemas. Você sabe, o mesmo que falaram quando a SpaceX anunciou que iria pousar foguetes.

Por enquanto a SpaceX está investigando tudo que deu errado, para aplicar esse conhecimento nos próximos vôos. Não há nenhuma informação sólida sobre novas datas de lançamento, mas segundo Bill Nelson, Administrador da NASA, a SpaceX diz que espera em dois meses ter consertado tudo e estar pronta para um novo teste.

Dará certo? Provavelmente. Eu diria que dá pra apostar na empresa que tornou falsa aquela velha máxima de que foguete não dá ré. E a reconstrução já começou.

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