Chegando aos livros: Elon Musk e a busca para construir um motor de foguete melhor

6 de março de 2021 0 212

Demorou 15 anos de iteração para quadruplicar a produção de energia do Merlin.

Colocar as pessoas em órbita com segurança não é pouca coisa, especialmente sem os orçamentos aparentemente ilimitados de P&D oferecidos aos programas espaciais nacionais. No entanto, isso fez pouco para dissuadir uma nova geração de empresas privadas de voos espaciais de olhar para o céu acima e pensar: “Sim, posso subir lá, sem problemas.” Em Liftoff: Elon Musk e os primeiros dias desesperados que lançaram SpaceX , editor espacial sênior da Ars Technica , Eric Berger narra o tumultuoso esforço de 20 anos da empresa para desenvolver tecnologias de foguetes confiáveis ​​e reutilizáveis, culminando em uma corrida inebriante de uma década na vanguarda do vôo espacial privado.

Decolagem por Eric Berger

Na primavera de 2016, o fundador da Amazon, Jeff Bezos, convidou um punhado de repórteres para sua fábrica de foguetes em Kent, Washington. Nenhuma mídia fora permitida antes, mas a secreta empresa espacial de 15 anos de Bezos, chamada Blue Origin, estava finalmente começando a revelar todo o escopo de seus planos. Como Musk, Bezos identificou o acesso de baixo custo ao espaço como o principal obstáculo entre os humanos e a mudança para o Sistema Solar. Ele também havia começado a construir foguetes reutilizáveis.

Ao longo de três horas, Bezos conduziu um tour por sua brilhante fábrica, em curvas mostrando a espaçonave turística da Blue Origin, grandes motores de foguetes e grandes impressoras 3D. Ele também compartilhou sua filosofia básica de Gradatim ferociter, latim para “Passo a passo, ferozmente”. O desenvolvimento do foguete começa com o motor, explicou Bezos, que então trabalhava em seu motor de quarta geração, conhecido como BE-4. “É o item de chumbo longo”, disse ele, passeando casualmente pela fábrica, vestindo uma camisa xadrez azul e branca e jeans de grife. “Quando você olha para a construção de um veículo, o desenvolvimento do motor é o item de ritmo. Demora seis ou sete anos. Se você é otimista, acha que pode fazer isso em quatro anos, mas ainda leva pelo menos seis. ”

No outono de 2019, enquanto conversávamos a bordo de seu jato Gulfstream particular, contei essa história a Musk. Era uma tarde de sábado e estávamos voando de Los Angeles para Brownsville, Texas. Esta entrevista foi originalmente agendada para o início da noite do dia anterior, na fábrica da SpaceX em Hawthorne, Califórnia. Uma hora depois do horário programado na sexta-feira, seu assistente de desculpas mandou uma mensagem de texto dizendo que havia surgido uma crise. Musk se sentiu péssima, disse ela, mas teríamos de fazer a entrevista mais tarde. Voltei para o meu hotel, preparando-me para voar de volta para Houston, quando a assistente ligou de volta naquela noite. Musk decidiu visitar o local de construção da nave estelar da empresa no sul do Texas naquele fim de semana e queria saber se eu gostaria de acompanhá-lo. Poderíamos fazer a entrevista durante o vôo.

Três dos filhos de Musk se juntaram ao pai na viagem, junto com seu cachorro Marvin (como em Marvin, o Marciano). Havanês bem preparado e educado, ele adorava seu mestre. Com Marvin aos pés de Musk, nos reunimos em torno de uma mesa na parte de trás do avião para a entrevista. Vestindo uma camiseta preta “Nuke Mars” e jeans pretos, Musk queria que os meninos ouvissem as histórias de papai sobre os velhos tempos.

Musk riu quando foi informado sobre o cronograma de Jeff Bezos para o desenvolvimento do motor. “Bezos não é bom em engenharia, para ser franco”, disse ele. “Então a questão é, minha capacidade de dizer se alguém é um bom engenheiro ou não é muito boa. E sou muito bom em otimizar a eficiência da engenharia de uma equipe. Em geral, sou muito bom em engenharia, pessoalmente. A maioria das decisões de design são minhas, boas ou ruins. ” Orgulhoso? Pode ser.

Mas a SpaceX construiu e testou seu primeiro motor de foguete em menos de três anos, com Musk na liderança. Musk e Bezos, pelo menos, concordariam nisso: o processo de construção de um foguete começa com o motor. Afinal, motor é a raiz da palavra engenheiro. Em princípio, o sistema de propulsão de um foguete é simples: um oxidante e um combustível fluem de seus respectivos tanques para um injetor, que os mistura à medida que entram na câmara de combustão. Dentro dessa câmara, os combustíveis se inflamam e queimam, produzindo um gás de exaustão superaquecido.

O bico do motor canaliza o fluxo desse escapamento na direção oposta à que um foguete deve seguir. A Terceira Lei do Movimento de Newton – para cada ação, há uma reação igual e oposta – faz o resto.

Infelizmente, a realidade de construir uma máquina para gerenciar o fluxo desses combustíveis, controlar sua combustão e canalizar uma explosão para erguer algo em direção aos céus é incrivelmente complexa. E isso sem falar na eficiência de combustível. O empuxo do motor de um foguete depende da quantidade de combustível queimado, da velocidade de saída e da pressão. Quanto maior cada uma dessas variáveis, mais empuxo um motor produz e mais carga útil ele pode colocar em órbita. Por outro lado, se for preciso muito combustível para produzir um empuxo grande o suficiente, ou se o motor for muito pesado, um foguete nunca sairá do solo.

Musk reconheceu logo no início que, quando se tratava de propulsão, [ membro fundador da SpaceX e engenheiro aeroespacial americano Tom] Mueller não era um bom engenheiro – ele era ótimo. Para o foguete Falcon 1, Musk queria um motor leve e eficiente que produzisse cerca de setenta mil libras de empuxo. Isso, ele raciocinou, deveria ser o suficiente para colocar um pequeno satélite em órbita. Mueller ajudou a projetar e construir vários motores na TRW, alguns mais potentes do que este, outros menos. O motor Merlin se basearia em alguns desses conceitos e idéias, mas Mueller disse que ele e Musk começaram com um design “em branco”.

Poucos amigos de Mueller na indústria acreditavam que seria possível construir um motor de foguete totalmente novo, movido a combustível líquido, sem o apoio do governo. “Todos esses caras me disseram que uma empresa privada não pode construir um motor auxiliar que leve o governo”, disse Mueller. A SpaceX não inventou o motor Merlin do nada. Como acontece com quase todos os motores de foguete, o Merlin baseou-se em trabalhos anteriores. Por exemplo, embora Mueller tivesse desenvolvido muitos motores diferentes, ele não tinha experiência com bombas turbo. Foguetes usam uma quantidade impressionante de combustível, e uma turbobomba é a máquina que alimenta o motor de um foguete com propelente o mais rápido possível. Dentro do foguete Falcon 1, o oxigênio líquido e os combustíveis querosene fluiriam de seus tanques para uma bomba girando rapidamente, que cuspiria esse propelente em alta pressão, entrega de combustível na câmara de combustão preparada para produzir a quantidade máxima de empuxo. Uma das primeiras questões que Mueller teve de resolver foi como construir uma turbobomba.

No final da década de 1990, a NASA desenvolveu um motor de foguete quase tão poderoso quanto o motor Merlin proposto, chamado Fastrac. Havia outras semelhanças. A Fastrac usava a mesma mistura de combustíveis, oxigênio líquido e querosene, um injetor semelhante, e tinha potencial para reutilização. Apesar de uma série de disparos de teste bem-sucedidos, a NASA cancelou o programa em 2001. Dadas essas semelhanças, Mueller pensou que a SpaceX poderia ser capaz de usar as bombas turbo da NASA construídas para o motor Fastrac. Ele e Musk visitaram o Marshall Space Flight Center da NASA, no Alabama, logo após a morte de Fastrac em 2002, e perguntaram se eles poderiam ficar com eles. Sim, eles foram informados, mas a SpaceX teria que passar pelo programa de aquisições da NASA, o que poderia levar um ou dois anos. Isso era lento demais para a SpaceX, então Musk e Mueller mudaram-se para Barber-Nichols, o empreiteiro que havia construído as turbobombas.

Descobriu-se que Barber-Nichols havia se esforçado muito para construir a turbobomba Fastrac. Para trabalhar com o motor Merlin maior, Barber-Nichols precisaria fazer muitos trabalhos de redesenho. Eles iam e voltavam com os engenheiros da SpaceX. Durante uma visita à empresa sediada no Colorado, um designer sugeriu um nome para o motor a Mueller. Musk havia escolhido o nome Falcon para o foguete, mas disse que Mueller poderia nomear o motor, estipulando apenas que não deveria ser algo como FR-15. Deve ter um nome verdadeiro. Um funcionário da Barber-Nichols, que também era falcoeiro, disse que Mueller deveria dar ao motor o nome de um falcão. Então, ela começou a listar várias espécies do pássaro. Mueller escolheu o Merlin, um Falcon de tamanho médio, para o motor de primeiro estágio. Ele batizou o motor de segundo estágio em homenagem ao menor dos falcões, o francelho.

Quando Barber-Nichols finalmente entregou a turbobomba redesenhada para a SpaceX em 2003, ela ainda tinha grandes problemas. Isso forçou Mueller e sua pequena equipe a iniciar um curso intensivo de tecnologia de turbobombas. “A má notícia é que tivemos que mudar tudo”, disse Mueller. “A boa notícia é que aprendi tudo o que pode dar errado com as bombas turbo e realmente como consertá-las.” Como a pressurização do combustível do foguete permite que um motor extraia uma quantidade máxima de empuxo, boas bombas turbo são essenciais. Isso se tornaria um segredo para o eventual domínio da SpaceX no mercado de lançamento global. Mueller disse que a bomba original da Barber-Nichols pesava 150 libras, com uma potência de cerca de 3.000 cavalos. Nos quinze anos seguintes, os engenheiros da SpaceX continuaram a iterar, mudando o design e atualizando suas peças.

A bomba turbo do motor Merlin do foguete Falcon 9 moderno ainda pesa 150 libras, mas produz 12.000 cavalos de potência.

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