(Nasdaq: LUNR, LUNRW), uma empresa líder em exploração espacial, infraestrutura e serviços, e a SpaceX analisaram os dados dos testes de abastecimento do módulo lunar para a missão IM-1 e determinaram que a campanha de testes está concluída. A decolagem da missão IM-1 agora está prevista para uma janela de lançamento de vários dias que abre às 12h57, horário padrão do leste, em 14 de fevereiro de 2024, do Complexo de Lançamento 39A no Centro Espacial Kennedy da NASA, na Flórida. Seu destino final é a Lua, onde o veículo Nova-C “tamanho Tardis” tentará um pouso suave aproveitando seu motor impresso em 3D.
A missão IM-1 é a primeira tentativa de pouso lunar da Intuitive Machines como parte da iniciativa Commercial Lunar Payload Services (“CLPS”) da NASA, uma parte fundamental dos esforços de exploração lunar Artemis da NASA. As cargas úteis de ciência e tecnologia enviadas para a superfície da Lua como parte do CLPS pretendem estabelecer as bases para missões humanas e uma presença humana sustentável na superfície lunar. A missão foi definida em setembro passado, quando a Intuitive Machines inaugurou suas instalações de produção e operações lunares com capacidade AM em Houston.
10 anos Intuitive Machines
A empresa líder em exploração espacial e infraestrutura, foi fundada em 2013, coincidentemente quando a impressão 3D começou a se tornar mais acessível a engenheiros de todo o mundo.
Os cofundadores Steve Altemus, Dr. Tim Crain, saíram dos portões do Johnson Space Center da NASA para tentar mudar o mundo. Em 2018, os Estados Unidos declararam a Lua de interesse estratégico e redirecionaram a NASA para o retorno à Lua de forma sustentável no âmbito do programa Artemis da agência. No ano seguinte, a NASA concedeu à Intuitive Machines sua primeira ordem de tarefa para pousar um conjunto de cargas úteis na superfície da Lua.
Nos quatro anos seguintes, a Intuitive Machines construiu um programa espacial completo, incluindo seu módulo lunar Nova-C, controle de missão e rede global de telemetria e rastreamento lunar (LTN), capaz de transmitir dados de espaçonaves à distância lunar. Com esses recursos completos, a Intuitive Machines está preparada para conduzir sua primeira missão à Lua, a IM-1. Desde o seu início humilde num guardanapo, a Intuitive Machines evoluiu para uma empresa diversificada de exploração espacial e infraestrutura, preparada para ser pioneira no cenário comercial do espaço – com uma estrela polar de aterragem na Lua.
Pronto para IM-1
A missão IM-1 pretende ser o primeiro veículo dos EUA a pousar suavemente na superfície lunar desde a Apollo 17 em 1972. A Intuitive Machines selecionou a SpaceX para lançar o módulo lunar classe Nova-C da empresa, chamado Odysseus, em um foguete SpaceX Falcon 9 de Almofada 39A do Centro Espacial Kennedy da NASA. Após o lançamento, o Odysseus está planejado para se separar do foguete Falcon 9 em uma trajetória direta para a Lua.
Os controladores de voo da Intuitive Machines trabalhando na Nova Control em Houston, Texas, esperam que o Odysseus pouse na Lua aproximadamente nove dias após a decolagem. Após o pouso, a Intuitive Machines e seus clientes esperam operar cargas úteis na superfície lunar por cerca de sete dias antes que a noite lunar se ponha no pólo sul da Lua, tornando o Odysseus inoperável.
Esta missão significa não apenas um regresso à superfície lunar após um hiato de várias décadas, mas também um salto ousado para uma nova era de ciência e exploração lunar comercial. No centro da missão IM-1 está o módulo lunar Nova-C, projetado e construído pela Intuitive Machines. O módulo de pouso está equipado com tecnologia de ponta, incluindo um sistema de propulsão alimentado por uma mistura ecologicamente correta de oxigênio líquido e metano líquido.
Entrega lunar
O objetivo principal desta missão é entregar uma variedade de cargas úteis à região do pólo sul da Lua, uma parte da Lua que permanece inexplorada. Estas cargas incluem instrumentos científicos e demonstrações tecnológicas que visam preparar o caminho para a futura exploração humana e robótica da Lua. O significado da missão IM-1 vai além do mero ato de pousar na superfície lunar. Representa um momento crucial na narrativa contínua da exploração espacial, onde as empresas privadas desempenham um papel cada vez mais vital.
Através da iniciativa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) da NASA, a missão IM-1 faz parte de uma estratégia mais ampla para promover uma presença sustentável na Lua, facilitando a descoberta científica, a utilização de recursos e o desenvolvimento da infraestrutura lunar. O conhecimento e a experiência adquiridos com esta missão serão inestimáveis na definição de futuras missões à Lua e além. Além disso, o sucesso da missão IM-1 lançará as bases para uma economia lunar florescente, abrindo novas possibilidades de investigação, comércio e exploração.
Ao aprimorar as nossas capacidades de operação na superfície lunar, a missão prepara o terreno para empreendimentos mais ambiciosos, incluindo o estabelecimento de bases lunares e a exploração de recursos potenciais. Os dados e conhecimentos recolhidos na missão IM-1 irão potencialmente abordar os desafios de viver e trabalhar na Lua, promovendo assim o sonho da humanidade de se tornar uma espécie multiplanetária.
Nova Control é o centro nevrálgico das operações da missão lunar da Intuitive Machines em Houston, Texas. O centro de operações hospeda controladores de missão em um ambiente circular colaborativo com acesso a software de missão crítica e de suporte, incluindo o sistema de voz VoIP. O Nova Control é oferecido comercialmente, e o software de comando e controle de missão crítica, Nova Core, é desenvolvido e sustentado internamente com operações de contingência realizadas em parceria com a Fugro SpAARC na Austrália Ocidental.
A Intuitive Machines tem acordos de longo prazo com estações terrestres em todo o mundo que compõem sua Rede Lunar de Rastreamento, Telemetria e Comando (LTN), que suporta uplink e downlink de banda S, banda X e banda Ka. Em dezembro de 2022, a Intuitive Machines validou seu LDN rastreando com sucesso a missão Artemis I da NASA enquanto a espaçonave atingia sua maior distância da Terra.
À frente de Ártemis
Malapert A é uma cratera satélite de Malapert, uma cratera de 69 km na região do pólo sul da Lua. Nomeada em homenagem a Charles Malapert, um astrônomo belga do século XVII, acredita-se que a área ao redor do local de pouso seja feita de material das terras altas lunares, semelhante ao local de pouso da Apollo 16. O local de pouso do IM-1 fica a cerca de 300 km do pólo sul da Lua. O vizinho Malapert Massif é uma das 13 regiões candidatas consideradas para a missão Artemis III da NASA.
Pouco depois do lançamento, uma força de mola empurrará suavemente o Odysseus para longe do segundo estágio do veículo de lançamento, permitindo que o módulo lunar seja implantado e se afaste em direção à Lua. Odisseu está em estado de espera antes da separação. A ruptura dos fios conectados ao veículo de lançamento permite que a espaçonave Nova-C saiba que ela foi implantada e um cronômetro é iniciado no módulo de pouso para ativar seus sistemas primários. Depois de completar o intervalo de tempo de separação, o Odysseus liga, incluindo navegação e controle de orientação (GNC), software de gerenciamento automatizado de voo (AFM), rádios e controle térmico.
Quando o convés superior do Odysseus está apontado para o sol, isso é conhecido como atitude de potência máxima, que também ajuda os controladores de voo em Houston, Texas, a gerenciar o estado térmico do módulo de pouso no veículo, mantendo outros sistemas na sombra do convés superior e lateral. Espera-se que cada etapa do processo de comissionamento aconteça de forma autônoma porque os controladores de voo em Houston ainda não têm comunicação com o Odysseus.
Quando o comissionamento autônomo é concluído e a atitude de potência máxima é estabelecida, o Odysseus liga seus rádios de comunicação e faz o primeiro contato com os controladores de voo no Nova Control.
A Intuitive Machines espera comissionar o Odysseus vários minutos após o LVSEP de forma autônoma. Durante o comissionamento autônomo, o GNC do módulo de pouso ativa o Sistema de Controle de Reação de Hélio (RCS) de gás frio para controlar a atitude do veículo. Neste ponto, Odisseu não sabe para onde está apontado, mas pode interromper seu movimento giratório, da mesma forma que uma pessoa girando em uma cadeira com os olhos fechados pode controlar o giro sem saber onde ele para.
Depois de controlar a taxa de rotação, câmeras especiais conhecidas como rastreadores de estrelas combinam autonomamente imagens do campo estelar distante e fornecem a Odysseus sua orientação.
O software integrado faz as medições do rastreador estelar e as processa por meio de um algoritmo conhecido como filtro de Kalman para corrigir a orientação a bordo, conhecida como atitude, e então estima e rejeita medições incorretas. Uma vez que o sistema GNC tenha determinado autonomamente a sua atitude em relação ao campo estelar, ele utiliza uma posição de referência do vetor de lançamento nominal para determinar a localização aproximada do Sol.
O GNC então comanda os jatos RCS para manobrar o convés superior do módulo de pouso em direção ao sol com um leve ângulo para iluminar o convés superior e os painéis solares laterais para gerar energia máxima.
Existem várias etapas para realizar uma queima do motor principal. A primeira é fazer fluir metano criogênico e oxigênio pelas linhas de alimentação do módulo de pouso até o motor para condicionar a temperatura do sistema de propulsão; chamamos isso de relaxar o motor. O PROP monitora diversas leituras automatizadas de válvulas e temperaturas neste processo para garantir que tudo esteja progredindo dentro das faixas de parâmetros esperadas. O AFM a bordo está monitorando o Tempo de Ignição (TIG) para o início do CM.
Poucos segundos antes do TIG, o sistema RCS dispara jatos para liquidar o metano e o oxigênio líquidos de seus tanques. Em seguida, a ignição do motor principal é ligada, como uma luz piloto em um forno a gás, para acender o metano e o oxigênio, que foram misturados na câmara de combustão por uma abertura cuidadosamente orquestrada das válvulas principais do acelerador.
A sequência de inicialização do motor impressa em 3D é algo que a Intuitive Machines testou milhares de vezes para validar a segurança e a confiabilidade. Durante o CM, o veículo mantém uma atitude constante ajustando os ângulos do motor principal dentro de um anel cardan de dois eixos projetado pela equipe da Intuitive Machines. A sequência CM automatizada também acelera o motor principal para fornecer dados à equipe PROP para fazer os ajustes necessários em toda a faixa de potência do motor. Ao mesmo tempo, Odisseu continua a navegar em direção à Lua. Após o comissionamento autônomo, os controladores de voo do Nova Control se preparam para a manobra de comissionamento do motor usando o sistema de propulsão criogênica de última geração da Odysseus.
A manobra de comissionamento do motor permite que os controladores de voo verifiquem o desempenho do motor e ajustem a primeira trajetória do módulo de pouso. Odysseus está se movendo em uma órbita translunar (TLO) após LVSEP a caminho da Lua antes do comissionamento do motor. Os controladores de voo da equipe de trajetória (TRAJ) usam o sinal dos sistemas de comunicação do módulo de pouso para realizar a determinação de órbita (OD) e disparam arcos desses dados de sinal para atualizar a velocidade com que ele está se movendo. Espera-se que pequenas correções permaneçam no curso, como um motorista de carro fazendo pequenos ajustes no volante ao longo de um trecho reto de estrada.
O Flight Dynamics Officer (FDO) da Intuitive Machines usa esta atualização para calcular uma direção para executar a Manobra de Comissionamento (CM) do motor para a melhor melhoria na trajetória do Odysseus para interceptar a Lua. Com a direção CM definida pelo FDO, o Flight Manager (FM) e o Communications Officer (COMM) da Intuitive Machines comandam o veículo para girar da atitude de potência máxima para a atitude de queima. Agora, o controle de transição do CM para as Operações de Propulsão das Máquinas Intuitivas (PROP) leva ao início da queima do motor principal.
As três queimas de TCM do módulo lunar classe Nova-C são executadas na aceleração máxima, onde o motor é mais eficiente. Após cada TCM, os controladores de voo da Intuitive Machines apontam o HGA do módulo de pouso de volta à Terra para comunicação com o Nova Control. Seguindo o TCM 3, a equipe TRAJ colabora com o FDO para finalizar a solução OD crucial para atualizar a manobra de Inserção de Órbita Lunar (LOI). Ao mesmo tempo, o convés superior do Odysseus maximiza a captura de energia solar pós-TCM 3, adotando a atitude de potência máxima. À medida que a LOI se aproxima, o Odysseus usa seu RCS para orientar-se retrógrado, direcionando o motor em direção à Lua para um posicionamento ideal antes da manobra.
Após o CM, o TRAJ coleta dados de outra atualização do OD. O FDO avalia esta atualização e calcula a que distância Odysseus pode estar de atingir seu alvo em órbita ao redor da Lua. O FDO usa um sistema de coordenadas específico chamado B-Plane, que é o design de missão equivalente ao quadrado na tabela do basquete. Se um jogador de basquete acertar o quadrado da tabela com um arremesso, é mais provável que a bola vá para o aro. Da mesma forma, se Odysseus atingir seu alvo no Plano B, ele estará no local certo para ser capturado na órbita lunar.
O cenário esperado da missão é que cada Manobra de Correção de Trajetória (TCM) seja menor que a anterior, à medida que os controladores de voo marcam o alvo do Plano B do módulo de pouso. TCM 3 é a manobra mais crítica porque é a última chance que os controladores de voo em Houston têm de corrigir a trajetória do Odysseus antes que ele seja capturado na órbita lunar.
Para cada TCM, o FDO avalia o tamanho da manobra necessária para manter o alvo do Plano B no caminho do módulo de pouso. Se o TCM for menor que a capacidade de execução do motor principal do Odysseus, os controladores de voo podem optar por não executar esse TCM e fazer quaisquer correções na próxima oportunidade.
Depois que os controladores de voo carregarem a solução de manobra LOI final no Odysseus, a Intuitive Machines espera cerca de quatro horas de observação dos sistemas se preparando para esta manobra. Para o IM-1, a LOI é realizada às cegas, no outro lado da Lua. Os controladores de voo não estão recebendo atualizações em tempo real porque não há comunicação direta com a Terra. A equipe do Nova Control faz a contagem regressiva até o LOI TIG e espera que o módulo de pouso realize sua maior manobra, entre 800 e 900 metros por segundo, para capturar uma Órbita Lunar Baixa (LLO) circular de 100 km.
Esta manobra representa aproximadamente um terço da capacidade total do sistema de propulsão do Odysseus. Após uma LOI bem-sucedida, a equipe do Nova Control inicia uma cadência de atividades para verificar o status do módulo de pouso e seus sistemas no LLO para se preparar para o pouso. Isso inclui a calibração das câmeras ópticas de navegação do Odysseus para as condições de iluminação lunar. Para cada órbita lunar, a Intuitive Machines espera ter cerca de 75 minutos de comunicação seguidos de 45 minutos em que a Lua bloqueia o link de rádio de linha de visão direta do Odysseus entre o módulo de pouso e as estações terrestres da Intuitive Machines.
Quando os controladores de voo perdem as comunicações e ficam em um blecaute de comunicações, chamamos isso de Perda de Sinal (LOS). Quando os controladores de voo recuperam a comunicação e estão dentro da linha de visão, chamamos isso de Aquisição de Sinal (AOS).
Odisseu orbitará a Lua aproximadamente 12 vezes antes de descer à superfície. Para Máquinas Intuitivas, o ambiente LLO é mais complexo do que o ambiente de espaço profundo que Odysseus experimentou durante o trânsito.
Os ambientes hostis da Lua estão ativamente em jogo. Quando o módulo de pouso está no lado da órbita voltado para o Sol, o Sol aquece o módulo de pouso de um lado, mas a Lua também cozinha o outro lado da espaçonave com radiação infravermelha refletida, então Odisseu é muito quente. Então, o módulo de pouso passa para a sombra lunar e o veículo mergulha em um regime de frio intenso e requer energia de aquecimento extraída das baterias para manter os sistemas aquecidos.
A Inserção de Órbita Descendente (DOI) é uma pequena manobra que geralmente acontece no outro lado da Lua. O motor principal é acionado para desacelerar o módulo de pouso, de modo que sua altitude mínima caia de 100 km para cerca de 10 km próximo ao local de pouso. O ponto baixo de uma órbita ao redor da Lua é chamado de periluno, enquanto a parte alta é apoluno. Em órbita, Odisseu viaja mais rápido perto da condição peri e mais lento no estado apo. Este efeito é uma troca de energia potencial, semelhante à que as pessoas experimentam ao andar de bicicleta pelas colinas, desacelerando rapidamente nos pontos baixos e mais devagar nos picos. Uma vez que o DOI ocorre, Odisseu é completamente autônomo.
Espera-se que o módulo de pouso desça por aproximadamente uma hora após o DOI; então, o sistema GNC ativará o motor principal para Iniciação de Descida Motorizada (PDI). Inserção na órbita de descida Odysseus deve reduzir sua velocidade em aproximadamente 1.800 metros por segundo para pousar suavemente na superfície da Lua.
Alguns projetos de módulos de pouso possuem sistemas de propulsão com múltiplos jatos que disparam durante a descida para conseguir isso; no entanto, o Nova-C tem um motor projetado para queimar e acelerar continuamente desde o PDI até o toque.
Esta abordagem é semelhante ao que o módulo de descida Apollo fez. Quando o motor do módulo de pouso é ligado no PDI, ele está inicialmente em uma fase de frenagem brusca. O módulo de pouso permanece em fase de frenagem até aproximadamente 2 km do local de pouso. Câmeras e lasers de navegação relativa do terreno (TRN) para iniciação de descida alimentada no lado descendente do módulo de pouso alimentam informações para os algoritmos de navegação, que fornecem orientação e controle.
Essa parte pode parecer complicada, mas é algo que os humanos fazem cada vez que caminham, andam de bicicleta ou dirigem um carro. Os sensores são como olhos humanos, coletando dados de posição, velocidade e orientação.
A navegação é um cérebro que processa essas informações para determinar onde e como você se move. A orientação é semelhante a um cérebro humano que determina: se estou aqui, movendo-me nesta direção, o que preciso fazer para chegar onde quero? A resposta pode ser virar à esquerda ou acelerar. O controle equivale a girar o volante ou pisar no acelerador para melhorar o comando de orientação. Os olhos humanos atuam como sensores, vendo como as coisas mudam e o ciclo completo se repete.
Agora, o Odysseus está geralmente na posição vertical, com os sensores Hazard Relative Navigation (HRN) voltados para a frente na área onde o módulo de pouso pretende pousar. Máquinas intuitivas projetaram a trajetória de Odysseus para voar até o local de pouso pretendido (ILS) na Lua. Assim que o módulo de pouso lunar da classe Nova-C se aproxima de seu ILS, o software de bordo seleciona um local de pouso designado (DLS) seguro com a menor inclinação, livre de perigos, com o alcance do módulo de pouso.
Os sistemas da Odysseus destinam-se a combinar a gravidade lunar para voar em direção ao DLS. Durante esse tempo, o motor principal está continuamente diminuindo a velocidade, diminuindo a potência do motor para compensar o fato de o módulo de pouso ficar cada vez mais leve com os propulsores gastos saindo da massa da espaçonave. O sistema GNC da Odysseus voa com o módulo de pouso até um ponto aproximadamente 30 m acima do DLS, e o módulo de pouso entra em uma descida vertical a três metros por segundo. Em seguida, o módulo de pouso freia para uma taxa de descida de um metro por segundo, 10 metros acima da superfície, preparando-se para a descida e pouso terminal.
Neste ponto, Odisseu usa apenas medições inerciais. Nenhuma câmera ou laser está guiando a espaçonave até a superfície lunar porque eles poderiam ler a poeira lunar que sai do motor da sonda. A Unidade de Medição Inercial (IMU) da Odysseus detecta a aceleração como os ouvidos internos de um ser humano, que sentem rotação e aceleração.
A descida terminal é como caminhar em direção a uma porta e fechar os olhos nos últimos três metros. Você sabe que está perto o suficiente, mas seu ouvido interno deve guiá-lo através da porta. Inclinação com detecção e prevenção de perigos do motor principal Descida vertical Descida terminal
Odysseus foi projetado para pousar na velocidade de um metro por segundo. Os controladores de voo esperam um atraso de cerca de 15 segundos antes de confirmar o marco final, pousando suavemente na superfície da Lua. A Intuitive Machines e seus clientes esperam realizar investigações científicas e demonstrações de tecnologia por aproximadamente sete dias antes da noite lunar se pôr no pólo sul da Lua, tornando o Odysseus inoperável. Para saber mais sobre a missão acesse o site.
