Máquinas Intuitivas‘primeiro módulo lunar oficialmente perdeu energia hoje depois de passar sete dias na lua. A sonda fez história por ser o primeiro hardware americano a alcançar a superfície lunar desde 1972 e a primeira espaçonave construída de forma privada a pousar na Lua. Mas o módulo de pouso, chamado Odysseus, será lembrado por outro motivo: seu sistema de propulsão.
Esse sistema de propulsão, que utiliza uma combinação de oxigénio líquido criogénico e metano líquido, poderia desbloquear novas capacidades no espaço e reduzir o risco de futuras missões de outros fornecedores comerciais.
Antes da missão IM-1 da Intuitive Machines, nenhum módulo de pouso havia usado essa combinação de propulsores. Se eles parecem familiares, é porque são usados em motores de foguete de alto desempenho, como o Raptor da SpaceX, o BE-4 da Blue Origin e o Aeon R da Relativity Space.
Mas as sondas – e a maioria das naves espaciais hoje em dia – utilizam propelentes “armazenáveis no espaço” ou hipergólicos, como a hidrazina ou o tetróxido de azoto, que podem ser armazenados passivamente, mas são altamente tóxicos. Em contraste, os “criogénios” são mais eficientes, têm maior energia e são consideravelmente menos perigosos, mas devem ser arrefecidos ativamente a temperaturas muito, muito baixas.
Isto apresenta alguns desafios únicos. Como os combustíveis devem ser mantidos muito frios, eles só podem ser armazenados antes da decolagem por um período muito curto de tempo. Para contornar esse problema, a Intuitive Machines e a SpaceX começaram a abastecer o motor VR900 do módulo de pouso classe Nova-C (que foi construído pela IM) apenas três horas antes da decolagem, quando o foguete estava na plataforma de lançamento e a espaçonave já estava dentro do carenagem de carga útil. Isso é tudo menos típico.
É tão incomum que a SpaceX teve que desenvolver capacidades inteiramente novas para abastecer o módulo de pouso, disse Bill Gerstenmaier, vice-presidente de confiabilidade de construção e voo da SpaceX, durante uma coletiva de imprensa em 13 de fevereiro. o segundo estágio do foguete Falcon 9, e adição de um adaptador para acessar a carenagem de carga útil quando ela já estava acoplada ao veículo.
As duas empresas realizaram dois ensaios gerais antes do lançamento; problemas com o carregamento de propelente resultaram no adiamento da primeira tentativa de lançamento por um dia, para 15 de fevereiro. Após o lançamento bem-sucedido, a Intuitive Machines também teve um breve problema no resfriamento da linha de alimentação de oxigênio líquido, que demorou mais do que o previsto. Assim que o propulsor foi suficientemente resfriado, os controladores de vôo acionaram com sucesso o motor no espaço pela primeira vez no dia seguinte.
Como a empresa utilizava oxigênio líquido e metano líquido, que são altamente eficientes, eles conseguiram seguir uma trajetória mais direta até a Lua. A espaçonave só teve que transitar pelo cinturão de Van Allen, uma zona de alta radiação ao redor da Terra, uma vez, o que reduziu a exposição da espaçonave a partículas prejudiciais de alta energia.
Dois motores VR900 também serão usados na espaçonave “Nova-D”, muito maior, da Intuitive Machines, para entregar de 500 a 750 kg de carga útil à Lua. (O módulo de pouso Nova-C tem capacidade de carga útil de 100 kg.)
As sondas Nova-C e Nova-D estarão longe de ser a última espaçonave a usar propelentes criogênicos no espaço. O estágio inicial de alta energia da Impulse Space, Helios, usará criógenos para entregar cargas diretamente à órbita geoestacionária, explicou o CEO Tom Mueller em uma entrevista em janeiro.
“As pessoas já falaram sobre fazer grandes etapas com hipergóis antes, e eu só acho que você está falando de toneladas de propelente e o preço e o custo da segurança são simplesmente exorbitantes”, disse ele. “Portanto, usar propelentes de custo muito baixo e de alta energia, como oxigênio líquido e metano líquido, é algo óbvio.”
Uma das seis cargas úteis de ciência e pesquisa da NASA que Odysseus carregou para a superfície também alavancou diretamente o sistema de propulsão criogênica. A declaração do Medidor de Massa de Radiofrequência do Centro de Pesquisa Glenn da agência usa ondas de rádio e antena para medir a quantidade de propulsor disponível nos tanques do motor. É uma tecnologia que pode ser vital para medir os níveis de combustível de naves espaciais durante missões espaciais de longa duração, especialmente porque o “slosh” pode tornar a medição de líquidos em microgravidade um desafio.
Esta questão é de especial importância para a NASA porque as missões Artemis da agência para devolver os humanos à superfície lunar dependem de naves espaciais que utilizam propulsores criogénicos – principalmente o Sistema de Pouso Humano de Nave Estelar da SpaceX e a Lua Azul da Blue Origins. Estas missões exigirão a transferência de grandes quantidades de fluidos criogénicos de depósitos em órbita para a nave espacial; embora esses fluidos precisem ficar em órbita por muito mais tempo do que Odysseus estava em trânsito para a lua, a missão IM-1 ainda está abrindo a porta para uso criogênico no espaço.