A Agência de Exploração Aeroespacial do Japão chega à órbita com o segundo lançamento da espaçonave H3

O foguete H3 do Japão fez uma segunda tentativa de entrar em órbita no sábado, 11 meses depois de falhar durante seu voo inaugural. O foguete enviou com sucesso um simulador de massa e dois pequenos satélites para a mesma órbita sincronizada com o Sol de 669 quilômetros que tinha como alvo na missão anterior. A decolagem começou às 00h22 UTC (9h22 horário local) da plataforma de lançamento 2 no Complexo de Lançamento Yoshinobu do Centro Espacial Tanegashima.

A Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) e a Mitsubishi Heavy Industries (MHI) desenvolveram o H3 como sucessor da geração anterior de veículos H-IIA e H-IIB. O H-IIA, que voou pela primeira vez em 2001, tem sido a espinha dorsal do programa espacial do Japão, mas tem apenas dois lançamentos restantes e deverá ser retirado de serviço até o final do ano. O mais potente H-IIB fez seu vôo final em 2020.

O H3 fez seu voo inaugural em 7 de março de 2023, transportando o Satélite Avançado de Observação da Terra 3 (ALOS-3). A missão começou nominalmente durante a primeira fase de voo e a fase de separação conforme planejado. No entanto, o segundo estágio do míssil não acendeu. Treze minutos e 55 segundos após a decolagem, quando ficou claro que o foguete não seria capaz de atingir a órbita, o sistema de terminação de voo (FTS) recebeu ordem de destruir o veículo.

A investigação identificou três possíveis causas da falha, com foco em uma leitura anormal de potência detectada no momento em que o comando de ignição foi enviado ao segundo estágio. Os cenários identificados foram um curto-circuito no dispositivo de ignição, uma sobrecorrente no dispositivo de ignição ou uma sobrecorrente no módulo de controle do sistema de propulsão primário do segundo estágio que se propaga para o módulo de controle redundante. As mudanças foram propostas para garantir que esses modos de falha não ocorressem em missões futuras e foram implementadas antes do H3 retornar ao voo com a missão de sábado.

O lançamento de sábado foi denominado Test Flight 2, ou TF2. Com a falha do primeiro vôo H3, a carga útil primária do TF2 foi a Carga Útil de Avaliação de Veículo 4 (VEP-4). VEP-4 é um simulador de massa que simula ter uma espaçonave a bordo do foguete sem arriscar o custo e o impacto do projeto de perder outro grande satélite se o TF2 não tiver sucesso em sua missão.

Para dar a melhor indicação possível de que os problemas encontrados durante o primeiro voo de teste foram resolvidos, o TF2 seguiu um perfil de lançamento semelhante ao TF1, e o VEP-4 foi construído com a mesma massa do ALOS-3 – cerca de 3.000 quilogramas. O VEP-4 segue três VEPs anteriores – transportados a bordo do primeiro lançamento do H-II em 1994, e do primeiro e segundo lançamentos do H-IIA em 2001 e 2002 – que foram equipados para coletar dados sobre o desempenho e operação de seus veículos lançadores.

Além do VEP-4, o lançamento de sábado também transportou um par de pequenos satélites – CE-SAT-1E e TIRSAT – como cargas secundárias. Estas são missões de baixo custo e menos avessas ao risco, que aproveitam a maior capacidade de carga útil do H3 para alcançar a órbita. CE-SAT-1E, ou Canon Electric Satellite 1E, faz parte de uma série de satélites de imagem leves desenvolvidos pela Canon Electronics, que inclui geradores de imagens baseados na linha de câmeras Canon disponíveis comercialmente. Seu instrumento principal é baseado em uma Canon EOS R5, com um telescópio refletor de 40 cm, enquanto um gerador de imagens secundário é derivado da PowerShot S110.

TIRSAT é um CubeSat de três módulos com massa de cerca de seis quilogramas. No âmbito de uma parceria entre a Japan Space Systems, a Seiren Corporation e várias outras organizações e universidades, o satélite verificará em órbita o Small Uncooled Infrared Sensor, uma carga útil de imagem térmica infravermelha destinada a futuras missões. A imagem infravermelha permite que as emissões térmicas sejam identificadas e monitoradas; As aplicações potenciais incluem monitoramento industrial e gerenciamento de desastres.

As duas cargas secundárias são montadas em ambos os lados do VEP-4 e separadas em órbita terrestre baixa (LEO) durante a fase de costa após o término da primeira queima do motor do segundo estágio. O CE-SAT-1E é implantado usando o recurso de fixação de carga útil (PAF) SimplePAF15M, enquanto o TIRSAT é alojado dentro de um hub CubeSat padrão.

O H3 é um foguete de dois estágios, com ambos os estágios queimando hidrogênio líquido criogênico e combustível de oxigênio líquido. Ele pode voar em diversas configurações diferentes, variando o número de motores do primeiro estágio, o número de propulsores de foguetes sólidos que aumentam o primeiro estágio e o comprimento da carenagem de carga útil. Cada configuração possui uma designação de três letras, onde o primeiro número indica o número de motores no primeiro estágio, o segundo indica o número de boosters sólidos e a terceira letra “S” ou “L” indica o uso. De presente curto ou longo, respectivamente.

Em todas as configurações, o primeiro estágio é movido por motores LE-9, enquanto o segundo estágio utiliza um único motor LE-5B-3. Em configurações que usam motores de foguete sólidos, os propulsores SRB-3 da IHI Aerospace (não confundir com o SRB-A3 usado no H-IIA) são fixados diagonalmente ao redor da base do primeiro estágio para fornecer impulso adicional.

A versão trimotor do primeiro estágio H3 será utilizada sem boosters nas configurações 30S e 30L. O 22S e o 22L possuem primeiros estágios bimotores com dois motores de foguete sólidos, e o 24S e o 24L usam o mesmo primeiro estágio com quatro propulsores. A carga curta tem comprimento de 10,4 metros, enquanto a carga longa tem comprimento de 16,4 metros. Ambos os tipos de carenagens têm o mesmo diâmetro: 5,2 metros.

A missão TF2 utilizou um H3-22S, a mesma configuração que realizou o primeiro vôo. Foi lançado da Plataforma de Lançamento 2 (LP2) no Complexo de Lançamento Yoshinobu, parte do Centro Espacial Tanegashima da JAXA localizado na Ilha Tanegashima, na costa sul de Kyushu.

O LP2 foi criado no início dos anos 2000 como plataforma de backup para lançamentos do H-IIA, porém nunca foi usado pelo H-IIA. Em vez disso, seu primeiro lançamento ocorreu em 2009 com a estreia do foguete H-IIB, todos os nove lançados a partir do LP2. O primeiro voo do H3 também foi feito a partir do LP2 no ano passado. A plataforma de lançamento 1 próxima é mais antiga, tendo sido construída antes do primeiro lançamento do H-II em 1994, e ainda é usada pelo H-IIA.

Apesar de estar na mesma configuração, o míssil que voa na missão TF2 é ligeiramente diferente do míssil que voa na missão TF1. Mudanças foram feitas nas unidades de ignição do motor e de controle do sistema de propulsão no segundo estágio com base nos resultados da investigação de falha do TF1, enquanto um dos motores do primeiro estágio foi o LE-9 Tipo 1A que incluiu atualizações em relação ao padrão LE- 9 motor. Digite 1 para melhorar sua confiabilidade.

O primeiro estágio do foguete H3 TF2 é elevado à posição vertical durante as operações de integração(Crédito: JAXA)

Para lançamentos japoneses, o início da missão foi designado como X0, em vez de T0 como é mais comum para lançamentos ocidentais. Os dois motores do primeiro estágio LE-9 foram acionados alguns segundos antes do X0, com os propulsores SRB-3 ligando e o foguete decolando na marca zero na contagem. Os SRB-3 queimaram e se separaram do veículo um minuto e 56 segundos após a decolagem, com a carga separada com sucesso em três minutos e 34 segundos de tempo decorrido da missão.

O voo da primeira etapa durou até X+4 minutos e 58 segundos, quando ocorreu uma falha do motor principal, ou MECO. Os motores LE-9 então desligam, tendo completado sua função na missão, e o estágio é separado após sete segundos de MECO.

O próximo evento de voo e o ponto onde o lançamento anterior do H3 falhou – ignição do segundo estágio – foi concluído com sucesso 12 segundos após a decolagem. Isso marcou o início de uma queima de 11 minutos e 19 segundos para o motor LE-5B-3 que injetou o segundo estágio H3 do LEO. O CE-SAT-1E foi então implantado 21 segundos após o final da queima do segundo estágio, com o TIRSAT separado cerca de 500 segundos depois.

Depois de completar uma órbita quase completa, o segundo estágio foi retomado para saída de órbita e o VEP-4 para um retorno seguro sobre o Oceano Índico. A ignição começou em X+1 horas 47 minutos e 13 segundos e a combustão continuou por 26 segundos.

O objetivo final da missão era testar o mecanismo de separação para garantir o VEP-4 ao segundo estágio. Para garantir que o VEP-4 não foi deixado em órbita como lixo espacial, este teste foi realizado aproximadamente 40 segundos após o término do processo de queima deorbital.

Além do mecanismo de separação, a carga útil também é fixada ao foguete com parafusos limitadores, permitindo que ele se mova cerca de um centímetro, evitando que se afaste após a realização do teste de separação.

Este voo de teste bem-sucedido começará a preparar o caminho para que o H3 comece a transportar cargas operacionais, e várias outras missões estão programadas para serem lançadas antes do final do ano. Estes transportarão o satélite de monitoramento de recursos ALOS-4, o satélite de comunicações militares e o satélite de navegação QZS-5. Nos próximos anos, o H3 implantará várias espaçonaves de carga HTV-X para abastecer a Estação Espacial Internacional, bem como lançar missões à Lua e a Marte.

(Imagem principal: lançamento H3 antes da missão VEP 4. Crédito da imagem: MHI)