VLS-1

Em 1978, a Comissão Nacional de Estudos Espaciais (CNES), a agência espacial da França, apresentou, a pedido do governo brasileiro, proposta de desenvolvimento de um veículo lançador e três satélites. Essa proposta, após estudos, foi considerada de custo muito elevado, sem contar o fato de que a maior parte dos desenvolvimentos seriam realizados em indústrias francesas. Assim, em novembro de 1979, durante o 2º Seminário de Atividades Espaciais, realizado sob os auspícios da Comissão Brasileira de Atividades Espaciais, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e o antigo Instituto de Atividades Espaciais (CTA/IAE), apresentaram em conjunto uma proposta alternativa que veio a ser conhecida como Missão Espacial Completa Brasileira (MECB).

Nos termos da MECB, coube ao CTA/IAE o desenvolvimento do veículo lançador (que viria a ser o VLS-1) e da infraestrutura de lançamento (do que resultou o Centro de Lançamento de Alcântara), enquanto o INPE ficou responsável pelo desenvolvimento de dois satélites de coleta de dados ambientais e outros dois de sensoriamento remoto.

Embora muito se especule sobre o modelo que teria dado origem às formas do atual veículo lançador de satélites brasileiro, o fato é que, segundo declaração do primeiro gerente do projeto, Eng. Jayme Boscov, o VLS-1 foi o resultado do estágio da capacitação técnico-científica e das possibilidades do parque industrial nacional à época.

Quinze concepções foram analisadas ao todo, chegando-se ao final à configuração em “cluster”, com quatro propulsores geometricamente distribuídos em torno de um corpo central, por sinal uma configuração consagrada internacionalmente, utilizada ainda hoje em lançadores operacionais como o Ariane V, o Próton SL, o Longa Marcha 2E e o Delta II.

Didaticamente, o VLS-1 pode ser entendido como composto por quatro estágios, um compartimento para transporte da carga útil (satélite), seções (baias ou módulos) para alojamento de instrumentação e equipamentos diversos, quatro redes elétricas funcionais e um conjunto de 244 pirotécnicos, integrantes da habitualmente chamada rede pirotécnica, embora não constitua uma rede no sentido estrito dessa palavra.

Quando montado (Figura 1), o VLS-1 atinge 19,4 metros de altura, com uma massa de decolagem de 49,7 toneladas.

Figura 1 – Dimensões do VLS-1.

O primeiro estágio é composto por quatro propulsores S43 (Figura 2), postos em funcionamento simultaneamente no início da decolagem.

Figura 2 – Configurações do primeiro e segundo estágios do VLS-1.

Durante a fase inicial de voo, enquanto os quatro propulsores do primeiro estágio ainda estão conectados ao corpo central do veículo, o controle de atitude em três eixos é realizado por controle de vetor empuxo por meio do sistema de tubeira móvel desses propulsores.

A fixação dos propulsores do primeiro estágio ao corpo central (segundo estágio) é realizada através de quatro braços mecânicos, dois colocados na parte dianteira do propulsor e dois na parte traseira. Cada um dos braços de fixação dos propulsores é também um atuador pneumático que permite a separação dos dois estágios no momento apropriado. Alguns segundos após o fim da queima dos propulsores do primeiro estágio, cargas pirotécnicas são detonadas para efetuar o corte simultâneo de todos os braços de fixação, liberando a pressão interna existente nesses braços e imprimindo a velocidade para o alijamento dos propulsores vazios.

O segundo estágio (Figura 2) utiliza também um propulsor S43, mas com uma diferença substancial de dimensões em sua tubeira, em virtude da operação deste estágio ocorrer em maior altitude.

O terceiro estágio (Figura 3) é composto por três subsistemas principais: o propulsor a propelente sólido S40, a baia de controle e a baia de equipamentos. A baia de controle, como sugere seu nome, aloja o sistema de controle de rolamento, que é um sistema propulsivo baseado em dois pares de propulsores a propelente líquido do tipo “on-off”, utilizando como propelentes o tetróxido de nitrogênio e a dimetil-hidrazina assimétrica. Esse sistema destina-se a fornecer o empuxo necessário para gerar os torques de controle que evitam o rolamento do veículo em torno do eixo longitudinal durante as fases de voo propulsado pelo segundo e terceiro estágios. A baia de equipamentos é o compartimento onde estão alojados os principais equipamentos elétricos para comando e controle dos eventos de voo, entre eles a plataforma inercial, o computador de bordo, as unidades de comando de pirotécnicos, as baterias e o sistema de telemetria, entre outros. Os equipamentos de controle permitem controlar o veículo ao longo de sua trajetória de referência durante os voos do primeiro, segundo e terceiro estágios e permitem, ainda, a manobra de basculamento, ou seja, inclinação, durante a fase balística entre o fim da queima do terceiro estágio e a ignição do quarto. Além dos equipamentos da rede de controle, telemetria e sequenciamento de eventos, a baia de equipamentos abriga dois sistemas propulsivos: o sistema de basculamento, que utiliza gás frio (nitrogênio); e o sistema impulsor de rolamento (spin-up), este composto por quatro micro propulsores a propelente sólido, montados na parte externa da baia de equipamentos, com a função de induzir rotação ao conjunto formado pelo quarto estágio e o satélite. Esta rotação é induzida antes da ignição do quarto estágio e tem por objetivo garantir, por meio da estabilização giroscópica, a manutenção da orientação do veículo (atitude) durante todo o voo propulsado pelo quarto estágio. A precisão do posicionamento do satélite em órbita depende, em grande parte, da manutenção da orientação, obtida na manobra de basculamento. O propulsor S40 possui também um sistema de tubeira móvel que permite o controle de atitude em torno dos eixos de arfagem e guinada. O perfil da trajetória típica do VLS-1 pode ser visto na Figura 4.

Figura 3 – Configurações do terceiro e quarto estágios do VLS-1.

Figura 4 – Perfil de Voo do VLS-1.

O quarto estágio (Figura 3) é composto pelo propulsor S44 e pelo cone de acoplamento do satélite. Grande parte dos equipamentos para as funções de localização e destruição está localizada no cone de acoplamento do satélite. Outros equipamentos, como as antenas do respondedor do radar e o receptor do telecomando e telemetria, estão alojados nas saias dianteiras e traseiras do propulsor S44.

A coifa principal tem como função dar forma aerodinâmica adequada ao veículo e proteger o satélite desde a fase de preparação do lançamento até o final da travessia do veículo através da atmosfera mais densa. A separação da coifa ocorre no início do voo do terceiro estágio, quando as condições de pressão dinâmica e aquecimento cinético sobre o satélite já são desprezíveis. A separação é iniciada por meio do acionamento de pirotécnicos que liberam a cinta ejetável na sua base, ao mesmo tempo em que é iniciada a liberação das travas mecânicas por meio de um atuador pirotécnico alimentado por um sistema gerador de gás.

Em 1997, desenvolvido o primeiro protótipo (VLS-1 V01), foi dado início ao plano de qualificação em voo, consistindo em quatro lançamentos.

A primeira tentativa recebeu o nome de Operação Brasil e tinha por objetivo, além da verificação do funcionamento do veículo em voo, colocar em órbita o satélite de coleta de dados SCD-2, construído pelo INPE. Todavia, no início da decolagem, um dos propulsores do primeiro estágio não acendeu, obrigando à destruição do protótipo.

A investigação conduzida posteriormente apontou o mau funcionamento de um equipamento, chamado dispositivo mecânico de segurança (DMS), como o fator causador da falha.

Em 1999, tendo sido feita a substituição dos dispositivos mecânicos de segurança por um sistema alternativo de proteção, assim como efetuadas outras alterações julgadas necessárias, foi conduzida a segunda tentativa de lançamento, batizada de Operação Almenara, na qual o VLS-1 V02 transportava o Satélite de Aplicações Científicas SACI II. Nesse lançamento, os quatro propulsores que constituem o primeiro estágio funcionaram corretamente, assim como todos os demais conjuntos e sistemas embarcados, porém, logo após o acendimento do propulsor do segundo estágio, o veículo foi destruído por uma explosão.

A investigação indicou que a falha foi devida à penetração de chama na parte superior do bloco de propelente do propulsor do segundo estágio. Como medida corretiva, foram efetuadas modificações no desenho interno do propulsor, bem como implementadas mudanças na infraestrutura da Usina Coronel Abner, onde é feito o processamento do envoltório-propulsor e de suas proteções e interfaces.

Desde a falha em voo do segundo protótipo (VLS-1 V02), o IAE passou a trabalhar na preparação do terceiro veículo (V03), que se acidentou em 2003, na Operação São Luís.