O ônibus espacial

Naquela manhã de 14 de abril de 1981, havia um quarto de milhão de pessoas no leito do lago seco, inundado por um mar de Winnebagos, bandeiras azuis, bandeiras americanas e âncoras da rede. Mas a maior parte do meio milhão de olhos estavam voltados para o céu.

Embora eles não pudessem ver a espaçonave ainda -Columbiaainda estava longe, no Oceano Pacífico - os espectadores puderam ouvir as trocas entre o centro de controle da missão e os dois pilotos astronautas, graças aos alto-falantes posicionados no alto deserto da Base Aérea de Edwards.



_ Ok, entenda, vá para a queima de órbita _ disse o comandante John Young quando chegou a hora de sair de órbita. _ Obrigado, agora. _

Vestidos com roupas de pressão laranja brilhantes, sentados em assentos ejetáveis, Young e o piloto Robert Crippen estavam prestes a exercer a única capacidade que tornava sua espaçonave verdadeiramente revolucionária: eles iriam trazê-la de volta inteira. Tudo isso. E então eles iriam pousar em uma pista. Mas, primeiro, havia uma interface de entrada a ser passada, o ponto em que a espaçonave começou a mergulhar através de camadas cada vez mais densas da atmosfera, deixando um rastro de calor e uma bainha de plasma. Porque essa descida nunca tinha sido feita com tal máquina, porque os aviônicos eram novos e altamente desafiados pelo que estava por vir, por causa dos frágeis telhas de proteção contra calor e previsões de um 'efeito zíper' que poderia rasgar uma série dessas telhas longe da fuselagem, milhões de pessoas no planeta abaixo estavam assistindo e esperando. Foi um momento de tirar o fôlego.

‘Fácil e fácil, John’, disse o astronauta Joe Allen pelo rádio do controle da missão. _ Estamos todos viajando com você. Veremos você sobre Mach 12. 'E então as transmissões crepitantes recuaram, as ondas de rádio ficaram silenciosas e muitos dos espectadores no leito do lago falaram sobre como este deve ser o blecaute de rádio devido à reentrada. Eles estavam prestes a testemunhar um evento único na história, e parte de seu fascínio era que ninguém sabia o que esperar em seguida.

Ainda sobre o oceano,Columbiaestava tropeçando nos altos números Mach agora, nariz alto, em um estado de equilíbrio em meio à bola de fogo, enquanto as baias dos aviônicos zumbiam com controles de vôo automáticos em funcionamento, disparando pulsos de propulsão e pilotando regimes de vôo nunca antes navegados por um navio com asas. Até agora, tudo tinha sido teoria, esse negócio de equilibrar forças opostas ao longo de uma escala móvel de altitudes, velocidades e pressões, onde cada décimo de um número de Mach era um lugar distinto e separado, um endereço aerodinâmico diferente.

Mas naqueles momentos de apreensão ao explorar novos conceitos, a herança técnica da pesquisa americana de voo de alta velocidade e a experiência prática de enviar homens à lua de alguma forma vieram para ajudar a criar o avô de todas as viagens de avião. O autor Tom Wolfe observou em 1981 que o voo deColumbiafechou um círculo, unindo os programas aeronáuticos dos anos 1950 e 60 com o programa espacial dos anos 80. Wolfe argumentou que enviar pessoas ao espaço em cima de mísseis balísticos descartáveis ​​era uma anomalia, 'a abordagem de bala de canhão humana', um expediente na busca por prestígio e domínio na Guerra Fria, e não o resultado de qualquer visão aeronáutica de longo alcance. A primeira missão do ônibus espacial, escreveu ele, devolveu o programa espacial americano 'ao ponto de partida - que não era o Cabo Canaveral, mas a paisagem retrógrada da Base Aérea de Edwards, um terreno que a evolução deixou para trás, um deserto decorado com os membros artríticos de Josué árvores e memórias de Chuck Yeager, Scott Crossfield, Joe Walker, Iven Kincheloe e outros pioneiros do voo tripulado de foguetes. '

Na verdade, o nome original do Projeto Mercury, a primeira empresa de voo espacial tripulado da nação, era ‘Man in Space Soonest’, e a maneira mais rápida de levar um americano ao espaço era no topo de um foguete. Na época, a Força Aérea dos EUA estava avançando com o projeto X-20 Dyna Soar, um orbitador alado reutilizável, mas o desenvolvimento demoraria muito nessas circunstâncias. Até mesmo Wernher von Braun, que supervisionou o crescendo dos foguetes americanos com o desenvolvimento do Saturn V, originalmente previsto em umCollier’s Magazinesérie do início da década de 1950 em que os astronautas iam para a órbita e voltavam em veículos alados reutilizáveis. Uma geração depois, quando finalmente chegou o momento de Edwards comColumbia, as pessoas que construíram o ônibus espacial podiam apenas observar e esperar, como todo mundo.

Henry Pohl foi um deles, e ele ainda se maravilha com a combinação de foguetes e aeronáutica naquele dia no programa de ônibus espaciais. 'A maioria das pessoas não consegue perceber que o ônibus espacial, quando está em órbita lá em cima, vai oito vezes mais rápido do que uma bala quando sai da boca de um .30-06', disse Pohl, que é diretor de engenharia do National Aeronáutica e Administração do Espaço (NASA) Johnson Space Center (JSC) em Houston. _ É um avião. Mas nós o lançamos como um foguete. Nós o chutamos para fora de órbita no meio do caminho ao redor do mundo, pau morto, sem motores. Ele voa como uma rocha, mas nós o colocamos na pista e fazemos isso uma e outra vez.

Na verdade, já ocorreram quase 50 voos até o momento, e o programa de ônibus espaciais ultrapassará esse marco ainda este ano. Desde 1981, os orbitadores da frota de ônibus espaciais da NASA transportaram mais passageiros, viajaram quase tantas milhas e transportaram mais carga do que todas as naves espaciais tripuladas dos EUA anteriores combinadas. Já se passaram 20 anos desde que o presidente Richard M. Nixon aprovou o desenvolvimento deste notável avião espacial, e nessa época os orbitadores passaram a oferecer a forma mais impressionante de transporte que os humanos conseguiram alcançar em mais de 50 séculos de tentativas. Mesmo assim, o ônibus espacial se tornou uma das formas de transporte mais debatidas da história, o fulcro sobre o qual uma batalha perene pelo coração e pela alma do programa espacial oscilou para frente e para trás, ano após ano, por quase dois terços do tempo que a NASA existiu. Entender por que isso acontece exige um pouco de perspectiva.

Um vôo de ônibus espacial começa com um espetáculo absoluto. No momento da detonação controlada - também conhecida como decolagem - um ônibus espacial está criando e controlando 6,5 milhões de libras de empuxo. Seus três motores principais sozinhos, diminutos em comparação com a potência bruta dos propulsores de foguetes sólidos gêmeos, estão gerando a potência equivalente a 23 barragens Hoover.

Saindo da plataforma de lançamento, um ônibus espacial é todo um foguete, suas asas de pouca consequência prática, exceto como impedimentos aos padrões de fluxo de ar. Alcançando 160 km / h ao passar pela torre, o ônibus espacial é um estudo em vibração estrondosa, e isso só aumenta em intensidade nos primeiros dois minutos até que os impulsionadores sólidos diminuam e caiam com um estrondo pirotécnico. Mas o que falta à experiência em sutileza durante a decolagem é mais do que contrabalançado pela graça sem esforço com que um ônibus espacial usa toda essa energia para navegar depois de atingir os mares da órbita baixa da Terra. Uma vez lá, os estrondos e resmungos profundos da subida dão lugar ao ambiente mais plácido da vida em órbita, responsável apenas pelas leis da mecânica orbital e pelas regras de voo do controle da missão.

Mas se o ônibus espacial é um veículo tão maravilhoso, 'a maior máquina voadora totalmente elétrica do mundo', como disse o aviador Robert Crippen, então por que também inspirou descrições como 'loucura intocável, limão espacial' e ' Flying brickyard '? Morton Dean, que cobriu o ônibus espacial para duas redes de televisão, disse que os problemas de relações públicas do ônibus espacial remontam ao que ele chama de pecado original no início do programa. Havia muitas promessas fantásticas feitas, disse ele, para que fosse de outra forma, de um lançamento por semana a cargas de frete bem abaixo de US $ 1.000 por libra (a taxa atual é calculada de maneiras variadas entre US $ 5.000 e $ 6.000 por libra).

Mas, durante sua primeira década de operação, tornou-se dolorosamente óbvio que o ônibus espacial - lutando com as realidades do lançamento, erros de programação, cargas úteis remanifestadas, clientes perturbados e muito críticos e, em última análise, o espetáculo cauterizador doDesafiadorexplosão - não iria atender seu faturamento antecipado. 'Havia uma aura de expectativa', disse Joe Loftus, diretor assistente de planos do JSC, 'e o fracasso em atender a algumas dessas expectativas ofuscou totalmente qualquer pessoa que está realmente olhando para o que foi realizado.'

A herança técnica do ônibus espacial remonta pelo menos aos anos 1950, mas pode-se argumentar que as raízes do avião espacial se estendem até os primeiros dias de vôo. A agência que tornou o ônibus espacial possível em primeiro lugar não foi a NASA, mas seu predecessor, o Comitê Consultivo Nacional para a Aeronáutica, comumente referido como NACA. Criada em 1915, a organização foi encarregada de supervisionar e dirigir o estudo científico dos problemas de vôo, com vistas à sua solução prática. '

Existem muitos laços entre o NACA e o ônibus espacial. Na década de 1950, por exemplo, o trabalho da Pilotless Aircraft Research Division (PARD) do antigo Langley Memorial Aeronautical Laboratory em Hampton, Virgínia, estava lançando modelos em escala instrumentados em cima de foguetes de sondagem e dados de telemetria de volta ao solo. Embora difícil e primitiva para os padrões de hoje, a pesquisa era viável e fundamental. Deu aos engenheiros valiosos insights sobre os problemas do vôo em alta velocidade, além de Mach 2 ou 3 e no regime hipersônico.

O chefe do PARD era Robert Gilruth, que estava com o NACA desde os anos 1940 e estava destinado a dirigir o Projeto Mercury. Gilruth foi mais tarde o diretor do Manned Spacecraft Center em Houston, quando os primeiros estudos sérios de viabilidade para o ônibus espacial foram conduzidos. Seu substituto no PARD era um jovem do Instituto Politécnico da Virgínia chamado Chris Kraft, que se tornou o primeiro diretor de voo no primeiro centro de controle da missão e que, como sucessor de Gilruth em Houston, ajudou a trazer o ônibus espacial à existência. Outro membro da equipe PARD foi um engenheiro brilhante das profundezas da Louisiana com o nome de Maxime Faget. Ele passou a supervisionar os projetos que se tornaram as cápsulas Mercury, os módulos de comando e serviço da Apollo e os ônibus espaciais. Na verdade, muitos dos engenheiros do PARD se juntaram ao Grupo de Tarefa Espacial em 1959 para criar o Projeto Mercury, assim como muitos outros do laboratório de Langley.

A experiência desses experientes especialistas remonta à memória corporativa do NACA, pois a memória corporativa foi uma das muitas coisas em que o NACA se destacou, e eles deixaram uma marca indelével no programa espacial.

Para entender por que os proponentes estavam tão otimistas sobre o ônibus espacial na década de 1970, é necessário retornar aos dias inebriantes do Projeto Apollo. _ Você não poderia ter construído a nave sem a herança da Apollo, _ disse Loftus. _ Você não poderia ter feito isso com outra equipe._ Pohl concordou. 'Muitas pessoas que trabalharam no orbitador trabalharam no X-15', disse ele. _ Então eles trabalharam no Apollo. Então, eles sabiam como construir aviões, sabiam como construir foguetes e os tipos de coisas com as quais você deveria se preocupar ao operar no ambiente espacial. '

Os projetistas do ônibus espacial pensaram em termos de um tipo de nave espacial áspera, robusta e robusta com tração nas rodas, capaz de saltar pelas estradas secundárias do espaço com uma vasta gama de sistemas redundantes, quatro profundidades em muitos casos, para fornecem defesa em profundidade contra problemas de hardware e dores de cabeça de processamento de solo.

Essa defesa em profundidade, conhecida como redundância quádrupla, tinha um acrônimo estranho (mesmo para NASA) para expressar seu método de operação: FO / FO / FS. Era pronunciado 'Fo-Fo-Fis' e significava 'Falha operacional / Falha operacional / Falha à prova de falhas'. Seguro o suficiente para levar a tripulação para casa mesmo se três níveis de sistemas falharem, e para qualquer coisa menor que isso, você apenas continuou operando e lançando.

Se as influências da era Apollo foram sentidas profundamente nos primeiros anos do programa de ônibus espaciais, há todas as razões para acreditar que a experiência comum que muitos na NASA compartilharam dos velhos tempos da NACA foi igualmente importante. Os jovens engenheiros que cresceram em torno de túneis de vento e linhas de vôo nas décadas de 1940 e 50, e que se tornaram gerentes nos anos 60, tinham uma fé forte, quase esmagadora, nos resultados de suas pesquisas. Suas mentes estavam focadas na construção do ônibus espacial, em fazê-lo funcionar e encontrar os avanços técnicos que permitiriam a um veículo de 100 toneladas cair do espaço e pousar com segurança a meio mundo de distância.

_ Nunca houve uma máquina imaginada como o ônibus espacial antes que ele existisse _ disse Faget. ‘Incorporado naquela máquina, você tem um veículo de lançamento, uma espaçonave e um avião de reentrada - não um veículo de reentrada. Antes do ônibus espacial, quando o Apollo desceu, simplesmente caiu.

O ônibus espacial, por outro lado, deve permanecer perfeitamente equilibrado em suas asas durante a longa e íngreme queda até a Terra, disse Kraft, um engenheiro com alguma experiência no mundo dos sistemas de controle de vôo. 'A maneira como você equilibra algo é com força pura', disse ele, 'e essas forças são totalmente conhecidas porque não há forças aerodinâmicas [no orbitador] acima de Mach 10. O verdadeiro problema estava entre Mach 8 e Mach 1.'

E foi essa região do perfil de entrada que exigiu uma ferramenta do comércio chamada análise de Monte Carlo. Nesse procedimento, explicou Kraft, os parâmetros aerodinâmicos foram plotados contra diferentes números de Mach em combinações aleatórias. A ideia era primeiro formar uma curva aerodinâmica ao longo da qual o ônibus espacial voaria, um corredor onde o sistema de controle de vôo seria projetado para guiar o navio através de forças precisas em velocidades específicas, compensando as mudanças nas condições ao longo de todo o percurso. Em seguida, eles expandiram esse envelope acima e abaixo da curva, adicionando variações às configurações de controle de vôo.

Eles chegaram ao ponto de quebrar os números de Mach em décimos de números de Mach, jogaram todos os parâmetros de volta no funil e depois executaram novamente e novamente até que pudessem ir mil vezes sem uma falha. 'Se tivéssemos uma única falha, voltávamos e corrigíamos o sistema até obtermos 1.000 execuções sem falha para cada número mach', disse Kraft.

Como a teoria por si só não explicava todas as complexidades de um perfil típico de voo de ônibus espacial, os engenheiros usaram pelo menos 50 túneis de vento diferentes para aprimorar e moldar o veículo. Muitos desses túneis, como o túnel de estruturas térmicas de 2,5 metros em Langley, foram originalmente concebidos no NACA.

Com o tempo, o projeto do ônibus espacial acumulou mais de 100.000 horas de tempo em túnel de vento, quatro vezes mais que os programas de desenvolvimento do Boeing 757 e 767, em um esforço para prever quais seriam os parâmetros ao longo do corredor de vôo. Os projetistas do ônibus espacial também mediram sua capacidade de prever os fenômenos de voo examinando os dados de aeronaves de pesquisa de alta velocidade, como o X-15 e o YF-12. Ainda não satisfeitos, eles ajustaram a capacidade de resposta dos controles adicionando ganhos ao sistema, amortecidos e firmes em um lugar, altos e frouxos em outro. Eles variaram os ganhos em todos os números de Mach com os quais estavam preocupados, disse Kraft, ajustando o ângulo da trajetória de vôo aqui, o ângulo de ataque ali, até que os fatores aerodinâmicos, as restrições térmicas e a integridade estrutural dos veículos estivessem todos harmoniosamente equilibrados.

O que os criadores do ônibus espacial não perceberam, infelizmente, foi que não há nada de harmonioso sobre o reino em que a espaçonave voa hoje: aquela esfera tenebrosa onde a tecnologia, os orçamentos e a política se encontram. Dinheiro nunca foi um problema durante o programa Apollo, mas na época do ônibus espacial, nunca houve um momento em que o dinheiro fossenãoum problema.

‘Muito cedo em nossas discussões com o Escritório de Gestão e Orçamento [OMB]’, lembra Kraft, ‘descobrimos que não podíamos construir o que queríamos construir. E tivemos que nos comprometer muito para que o programa se encaixasse no orçamento que as pessoas estavam permitindo que tivéssemos. Estimamos US $ 15 bilhões para construir uma máquina totalmente reutilizável e eles disseram: ‘Você pode ter cinco’. E acabamos nos comprometendo com um contrato de preço fixo de cerca de seis anos e meio, com uma possibilidade de excesso de $ 1 bilhão.

O que isso significava em termos práticos é que o OMB havia efetivamente estabelecido um limite máximo de gastos, desde o início do programa, em $ 1,1 bilhão anualmente em 1971 dólares. Para ficar dentro desse limite, os gerentes da NASA aceitaram atrasos no cronograma em vez de comprometer o desempenho do ônibus espacial e, ao longo dos próximos 10 anos, isso resultou em um acerto de 50 por cento nos cronogramas do programa. Parecia um acordo razoável na época, embora doloroso, mas os gerentes do ônibus espacial foram difamados por 20 anos na imprensa. Surgiu o mito de que a NASA tropeçou cegamente durante os anos 1970, ignorando os atrasos no cronograma e dando uma desculpa após a outra para os estouros de custo, que foram, por duas décadas, caracterizados como 'maciços', apesar do fato de que os custos totais de design e desenvolvimento do ônibus espacial excedeu as estimativas originais em menos de 5 por cento.

Nunca ficou mais fácil depois disso. Uma desaceleração atingiu a indústria aeroespacial no início dos anos 1970, milhares de engenheiros perderam seus empregos, as reduções na força (conhecidas como RIFs) varreram a NASA e a agência perdeu quase um terço de seus funcionários, de 33.000 durante os anos de pico da Apollo para cerca 24.000, o número que a NASA ainda emprega hoje. O complemento do serviço civil no centro espacial em Houston foi reduzido de 4.800 para 3.200 funcionários. Tudo isso ocorreu ao tentar colocar um veículo espacial revolucionário em operação.

Para a pessoa que comandava o projeto orbital na época, a situação orçamentária era 'muito grave e difícil'. Mas Aaron Cohen, que hoje dirige o JSC, é igualmente rápido em apontar que, quando o orçamento orçamentário tinha que cair, geralmente caiu no cronograma, não na qualidade e não na segurança. ‘Não acho que fizemos quaisquer atalhos nesse sentido’, lembra ele, ‘mas quando tive um problema, não consegui resolvê-lo tão rapidamente porque não podia ir com abordagens paralelas. Tive que escolher uma abordagem e esperar que estivesse certa, em vez de seguir dois ou três caminhos ao mesmo tempo, como fizemos no programa Apollo. '

No final, nem os engenheiros, nem os gerentes técnicos, nem as pessoas que dirigiam as coisas em Washington puderam fazer o ônibus espacial para todas as pessoas e, de alguma forma, também conseguir cumprir cada uma das enormes promessas feitas. Ainda em 1979, o administrador da NASA, Robert Frosch, ainda falava em público sobre o ônibus espacial que faria voos regulares na manhã de segunda-feira ao espaço.

Mas embora isso soe como fantasia hoje, é esclarecedor considerar apenas alguns dos elementos que faziam parte da lista de coisas com as quais a NASA planejava permitir a realização de 60 voos de ônibus espaciais por ano. Essa lista incluía uma linha de base de sete orbitadores, três plataformas de lançamento, duas instalações de processamento de orbitadores, peças sobressalentes adequadas, pousos regulares na Flórida e uma grande porcentagem de missões de implantação de satélites comerciais altamente padronizados. Ele também incluiu uma estação espacial e uma frota de rebocadores espaciais para mover satélites para frente e para trás da órbita geossíncrona da Terra. De uma forma ou de outra, por uma razão ou outra, nenhuma dessas suposições fundamentais jamais foi satisfeita; no entanto, as expectativas depositadas no ônibus espacial quase não diminuíram.

Apesar de todos os impedimentos, o trabalho no programa do ônibus espacial continuou e agora a frota está voando. Foi uma boa escolha para a nação? Foi uma coisa boa? A história vai levar muito tempo para resolver essas questões. Mas existem algumas observações que podem ser feitas com base nas estatísticas e no desempenho do sistema.

Apesar de sua má publicidade, o ônibus espacial se tornou um dos veículos de lançamento mais confiáveis ​​da história, com uma proporção de sucessos e fracassos de 0,978 para 1, sendo 1 perfeito. Ao longo do programa, a frota registrou mais de 100 milhões de milhas, mais do que o equivalente a uma unidade astronômica (UA) - a distância até o sol - com um acidente. Esse número é ainda mais impressionante pelo fato de que os veículos de lançamento geralmente experimentam uma taxa maior de falhas nos primeiros anos de operação, antes de atingir um estágio de maturidade de projeto após 100 ou mais voos. Mas o ônibus espacial tem uma classificação de confiabilidade mais alta do que qualquer outro veículo de lançamento dos EUA e a maioria dos outros tipos de veículos de lançamento que estão em operação há mais de 30 anos. O impulsionador europeu Ariane, o único outro veículo projetado na década de 1970 e operado nos anos 80, teve cinco falhas em seus primeiros 40 voos.

Em sua primeira década de operação, o ônibus espacial não voou para a órbita todas as semanas, mas lançou quase metade de toda a massa que os Estados Unidos já desdobraram para o espaço. ‘Para todos os efeitos’, disse Loftus, ‘lançamos 1.200 toneladas de carga útil a cada década. Levamos 215 lançamentos na década de 1960, 152 lançamentos nos anos 70 e 102 lançamentos nos anos 80. O ônibus espacial, com 4 por cento de todos os lançamentos nos EUA, transportou 41 por cento de toda a massa. Não incluindo o orbitador. '

Existem outras maneiras mais técnicas pelas quais o ônibus tem resistido bem ao longo do tempo. Seu projeto da década de 1970 ainda é o estado da arte em muitas áreas, incluindo controle de vôo computadorizado, projeto de fuselagem, sistema de energia elétrica, sistema de proteção térmica e o sistema de propulsão principal. Os motores principais do ônibus espacial são os foguetes químicos mais eficientes do mundo e continuam sendo os únicos que podem ser estrangulados. O software de vôo do ônibus espacial é o código aeroespacial mais sofisticado do planeta, mesmo depois de mais de uma década de vôo. É também o único veículo voador que oferece qualquer tipo de capacidade significativa para retornar cargas do espaço para a Terra. Além disso, é o único tipo de veículo com classificação humana agora sendo emulado por todas as outras grandes potências espaciais.

Como a história julgará o ônibus espacial? Max Faget, um dos designers aeroespaciais mais renomados deste século, ofereceu uma perspectiva privilegiada: 'Quando quebramos a velocidade do som pela primeira vez, fizemos isso em um avião de pesquisa. Depois de voarmos aquele avião uma dúzia de vezes, nós o descartamos, colocamos em um museu e então começamos a trabalhar no design de aviões com base no conhecimento que adquirimos com ele. O ônibus espacial é o primeiro que ... voou nesta tremenda faixa de número de Mach, mas também fez o trabalho de um veículo de lançamento e de uma espaçonave que podia ficar em órbita por dias ou semanas seguidas. Se estiver um pouco faltando em alguns de seus recursos operacionais, acho que é desculpável. Talvez os ônibus espaciais de segunda e terceira geração possam ser realmente bons, mas não sei como você pode fazer o ônibus espacial de terceira geração sem ter os ônibus de primeira e segunda gerações. Ainda estamos aprendendo. '

Para os pioneiros do vôo americano de alta velocidade, depois trabalharam na Apollo e depois se voltaram para o ônibus espacial, esse foi o objetivo o tempo todo.

Este artigo foi escrito por Brian Welch e publicado originalmente na edição de julho de 1997 daHistória da Aviaçãorevista.

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