Crônicas

Como (e por que) a SpaceX colonizará Marte – Parte III

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Por Tim Urban

Como colonizar Marte

Existem algumas situações difíceis de “ir de A para B” na vida. Indo de A) Não posso acreditar que meu alarme disparou para B) Agora estou sentado no trabalho. De A) Meu aluguel termina no próximo mês para B) Agora estou totalmente mudado para um novo apartamento e todas as coisas estão até penduradas nas paredes. De A) Oh merda, espere, eu realmente odeio minha esposa para B) Oh bom, agora eu tenho uma nova esposa e está tudo bem. Tudo isso é difícil.

Mas A) Acho que gostaria de colocar 1.000.000 de pessoas em Marte em B) Agora, há 1.000.000 de pessoas em Marte – esse parece extremamente difícil.

Elon Musk é mais ambicioso do que você.

Desde o início deste projeto, falei com Musk seis vezes, não que eu esteja contando, e muito desse tempo foi gasto falando sobre como essa coisa de Marte realmente vai acontecer. Ao que parece, ele realmente só precisa de duas coisas e então estará tudo pronto:

1) Um testamento

2) Uma maneira

O senso comum pode ser que este seja o caso de, “Se há vontade, há uma maneira”. Fomos à lua há mais de quatro décadas, 15 anos antes que alguém tivesse um computador, então parece que Marte poderia ser perfeitamente factível agora – o fator limitante deve ser a falta de vontade.

Mas Musk acredita que é o contrário. O que temos é uma maneira de ir a Marte por uma quantia astronômica de dinheiro. E isso não é maneira de colonizar Marte. Para Musk, o que está faltando é uma maneira de ir a Marte a um preço acessível. Ele chama os Estados Unidos de “uma nação de exploradores” e “o espírito da exploração humana destilada” e acredita que se ir a Marte fosse muito mais barato, haveria muita vontade. Mas como isso não é algo remotamente possível, ninguém está falando sobre isso, e qualquer vontade que haja nas pessoas de ir a Marte está totalmente adormecida.

Se alguém me dissesse que um apartamento de cobertura em Manhattan com uma enorme varanda teve seu preço reduzido em 95%, eu teria muita vontade de assinar um contrato e me mudar. Mas como o preço é o que é, eu não sou ardendo de desejo de me mudar – nem estou pensando nisso. O motivo pelo qual não estou escrevendo este post sentado em uma banheira de hidromassagem com vista para o horizonte de Nova York não é falta de vontade, é falta de caminho .

Musk vê a situação de Marte da mesma maneira. Em vez de “Se há vontade, há um caminho”, ele parece acreditar que é mais o caso de “Se você construir, eles virão”.

Especificamente, o modelo que Musk tem em mente é que os “voos” para Marte serão financiados pelos passageiros que os transportam, da mesma forma que o transporte público funciona na Terra – e a chave será reduzir os preços das passagens o suficiente para que um milhão de pessoas vai comprar um. Ou, como ele me explicou, em linguagem almiscarada:

Deve haver uma interseção de conjuntos de pessoas que desejam ir a Marte e pessoas que podem pagar para ir a Marte, e se essa interseção de conjuntos for igual a um número de pessoas necessárias para tornar Marte autossustentável, essa é a solução crítica.

Então meio que gosto:

Venn3

O problema é que agora é mais parecido com:

Venn2

Uma vez que Musk acha que a vontade (o círculo amarelo) crescerá de acordo quando houver uma maneira viável , Musk identifica o minúsculo círculo azul como o fator limitante crítico: o custo dramaticamente alto demais das viagens espaciais. E consertar isso, ele acredita, será o elo principal entre A e B.

Então, em 2002, Musk explorou mais: “Montei uma equipe e, em uma série de sábados, fiz com que fizessem um estudo de viabilidade sobre a construção de foguetes com mais eficiência. Ficou claro que não havia nada que nos impedisse de fazer isso. A tecnologia de foguetes não havia melhorado materialmente desde os anos 60 – sem dúvida, havia retrocedido! ”1 Ele estava bombado.

Mas de volta à realidade por um segundo. Se você decidisse que revolucionar o custo das viagens espaciais era a chave para algo muito importante, não diria: “Ótimo! Eu vou fazer isso! ”, Você diria,“ Eu não sei como fazer isso ”. Para entender como alguém pode conseguir tal coisa, vamos imaginar que estamos tentando fazer isso e retrocedendo:

P: Como posso revolucionar o custo das viagens espaciais?

R: Com décadas de inovação , centenas de lançamentos de tentativa e erro e milhares de pessoas superinteligentes trabalhando nisso. Simples, mas nojento. É nojento porque:

P: De onde diabos sairá o dinheiro para pagar por isso? Se o governo estivesse interessado em financiá-lo, eles próprios já o teriam feito. E nenhum doador de caridade vai investir dezenas de bilhões de dólares para financiar um projeto massivo de mais de 30 anos que não tem garantia de funcionamento.

R: Você paga por isso tornando sua operação de pesquisa e desenvolvimento dobrada como um serviço lucrativo de entrega de espaço. Para testar sua nova tecnologia inovadora, você precisará fazer muitos lançamentos. Governos e empresas pagarão a você uma tonelada de dinheiro para levar satélites, cargas e pessoas ao espaço durante esses lançamentos. Dois pássaros com uma pedra.

P: Mas como sei como lançar algo para o espaço?

R: Você não precisa. Você precisa passar alguns anos aprendendo a fazer isso do zero, construindo você mesmo todos os veículos e provando que pode lançar com sucesso antes que alguém o contrate como um serviço de entrega.

P: Mas se não houver clientes durante o estágio inicial de aprendizado e desenvolvimento, quem paga por esse estágio?

R: Você, o fundador. 

P: Como faço para obter dinheiro para isso?

R: Você co-fundou o PayPal e depois o vende.

Então essa é a lógica que Musk pensou em 2001 e ditou o plano de negócios da SpaceX:

Plano de Negócios SpaceX

A SpaceX está nisso há 13 anos. Vamos repassar o que aconteceu até agora e o que ainda está por vir.

Fase 1: descobrir como colocar as coisas no espaço

Personagem Principal: Falcão 1 

Objetivo: Lançar algo em órbita antes que Musk fique sem dinheiro

A Fase 1 realmente começou antes mesmo de a SpaceX existir, em meados de 2001, enquanto Musk ainda estava no PayPal. Considerando fortemente entrar na arena espacial como seu próximo passo, Musk fez o que todos fazem quando querem se tornar um cientista de foguetes de classe mundial em cerca de um ano sem escolaridade – ele leu algumas coisas.

Ele lia livros como este e este e este e este e, basicamente, memorizado todos eles. O especialista em foguetes Jim Cantrell, que conheceu Musk naquela época e estava na viagem fracassada à Rússia com ele, diz “Ele citaria trechos desses livros literalmente. Ele se tornou muito familiarizado com o material. ”2

Para complementar sua leitura, Musk fez muitas perguntas a muitas pessoas. Cantrell, que chama Musk de “de longe a pessoa mais inteligente com quem já trabalhei”, diz que Musk “contratou tantos dos meus colegas no negócio de foguetes e espaçonaves que se dispuseram a consultá-lo” e que “foi tão se ele sugasse a experiência deles. ”3

À medida que Musk começou a falar cada vez mais seriamente sobre fazer do espaço sua próxima grande busca, os amigos de Musk ficaram preocupados com ele. Você não seria? Imagine se seu amigo ganhasse muito dinheiro vendendo um negócio na Internet e lhe dissesse que gastaria quase todo o dinheiro tentando se tornar o primeiro empresário a ter sucesso na construção de uma empresa de lançamento espacial, porque era importante que a vida humana se tornasse multiplanetário. Você não se sentiria bem com isso. Um dos amigos de Musk fez o possível para dissuadi-lo do projeto insano montando uma montagem de foguetes explodindo e forçando Musk a assisti-lo.

Mas Musk é um pato estranho e ele continuou imperturbável.1Depois de construir para si uma base de conhecimento em troncos de árvore, era hora de trazer outras pessoas a bordo. Quando perguntei a Musk sobre seu conhecimento de negócios, ele me repreendeu, explicando: “Não sei o que é um negócio. Tudo o que uma empresa é é um grupo de pessoas juntas para criar um produto ou serviço. Não existe negócio, apenas busca de uma meta – um grupo de pessoas em busca de uma meta. ”

Então ele começou a reunir um grupo das pessoas mais inteligentes que pôde encontrar, e a SpaceX nasceu.

Então, a equipe principal de estrelas, que incluía o renomado engenheiro de foguetes Tom Mueller , começou a contratar. Algumas políticas iniciais de contratação da SpaceX:

Sem idiotas. Musk diz que, se você odeia seus colegas ou patrão, não vai querer trabalhar e ficar por muitas horas.

Contrate (e promova) com base no talento bruto, não na experiência. Musk disse que não liga muito para um diploma de graduação, diploma universitário ou mesmo um diploma do ensino médio – apenas talento puro, personalidade e paixão pela missão SpaceX. Sentei-me com o VP de Engenharia de Veículos da SpaceX, Mark Juncosa, que fiquei surpreso ao saber que é um irmão casual da Califórnia . Ele parecia um cara bobo de quem eu seria amigo, não um importante cientista de foguetes. Ele me disse que era um péssimo aluno e estava prestes a se tornar um ser humano exausto quando descobriu uma afinidade com o trabalho em carros de corrida2no clube do carro onde ele foi para a faculdade. Acontece que ele era um gênio total nisso, e depois da escola alguém o apresentou a Musk, que o contratou. Juncosa cresceu rapidamente na empresa e agora, com cerca de 30 anos, está no comando de um dos principais departamentos da empresa, com centenas de pessoas muito mais experientes trabalhando para ele.

There seem to be lots of stories like this that reflect on SpaceX being unusually meritocratic—I met with Zach Dunn, the Senior Director of Launch Engineering, who seemed to be about 12 years old. Dunn told me he started as an intern just a few years ago. Early on, when he assumed Musk had no idea who he was, Musk surprised him by telling Dunn he thought he was a very strong engineer, which made Dunn realize that Musk is acutely aware of everyone at the company. A few years later, Dunn was put in charge of launch engineering and more than 100 employees.

Musk entrevista todos, incluindo zeladores, e o faz como um esquisito. Essa regra foi mantida quase sem exceção durante os primeiros oito anos de vida da empresa, até a empresa ter 1.000 funcionários. De acordo com a biografia de Musk , “Cada funcionário recebe um aviso antes de ir se encontrar com Musk. A entrevista, ele ou ela é informado, pode durar de trinta segundos a quinze minutos. Elon provavelmente continuará escrevendo e-mails e trabalhando durante a parte inicial da entrevista e não falará muito. Não entre em pânico. Isso é normal. Por fim, ele se virará na cadeira para ficar de frente para você. Mesmo assim, ele pode não fazer contato visual real com você ou reconhecer totalmente a sua presença. Não entre em pânico. Isso é normal. No devido tempo, ele falará com você. 3

A própria empresa, como a Tesla, é fortemente integrada verticalmente. Isso significa que, em vez de terceirizar a maioria das partes do processo de fabricação de foguetes para fornecedores terceirizados, a SpaceX faz quase todas as partes principais sozinha, mantendo a propriedade e o controle sobre a maior parte da cadeia de suprimentos. Isso é altamente incomum na indústria aeroespacial – como Ashlee Vance explica, “A fábrica é um templo dedicado ao que a SpaceX vê como sua principal arma no jogo de construção de foguetes, fabricação interna. A SpaceX fabrica entre 80 por cento e 90 por cento de seus foguetes, motores, eletrônicos e … projeta suas próprias placas-mãe e circuitos, sensores para detectar vibrações, computadores de voo e painéis solares. ” Industriais antiquados, como Andrew Carnegie e Henry Ford, eram todos dedicados à integração vertical, como a Apple hoje em muitos aspectos. A maioria das empresas de hoje evita assumir o escopo massivo que a integração vertical exige, mas para um fanático por controle de qualidade, como Musk ou Jobs, é a única maneira que eles têm.

Além de tantas partes do processo sendo mescladas sob o telhado da SpaceX, eles estão fisicamente emaranhados no prédio, assim como na Tesla – os engenheiros em seus computadores estão posicionados no chão durante o projeto e fabricação ou em escritórios totalmente em vidro com o processo de montagem visível ao seu redor.

Conforme a equipe cresceu e os departamentos foram formados, Musk permaneceu intimamente envolvido em quase todos os processos de uma forma verdadeiramente incomum. Alguns chefes são chamados de microgerenciadores – nas empresas de Musk, seu nível de envolvimento lhe valeu o termo “nanogerenciador”.

Elon Musk sabe muita merda Blue Box

Quase todas as pessoas com quem conversei na Tesla e na SpaceX enfatizaram o quanto Musk é um especialista em seu campo específico, seja baterias de automóveis, design de automóveis, motores elétricos, estruturas de foguetes, motores de foguetes, eletrônica de foguetes (“aviônica”) , ou engenharia aeroespacial. Ele pode fazer isso por causa de uma combinação de seu tronco de árvore imensamente grosso de compreensão fundamental de física e engenharia e sua habilidade de nível de gênio para reter informações à medida que as aprende.

É essa extensão insana de conhecimento que permite a Musk manter um nível de controle tão anormalmente alto sobre tudo o que acontece em suas empresas. Sobre os foguetes da SpaceX, Musk disse: “Eu conheço meu foguete de dentro para fora e para trás. Posso dizer a você a têmpera do tratamento térmico do material da pele, onde muda, por que escolhemos esse material, a técnica de soldagem … até o traseiro do mosquito. ”4

Perguntei ao VP de Engenharia de Software da SpaceX, Jinnah Hosein, sobre a nanogestão de Musk. Ele disse:

A maior surpresa para qualquer um que entre pela primeira vez na empresa – a SpaceX usa o termo “nanomanager” e você fica tipo, “Ok, ele gosta de cair no mato, isso é legal” – mas você não tem ideia. Para o CEO da empresa, ele tem uma pilha incrivelmente profunda – ele tem todas essas informações disponíveis e pode se aprofundar em qualquer coisa, o que geralmente acontece. Ele está tomando decisões de nível muito baixo e direções de curso de nível muito baixo para a empresa, com alta fidelidade, e não consigo imaginá-lo trabalhando com outra pessoa em qualquer outra empresa. A ideia de uma pessoa ser um ponto-chave de decisão para tantas coisas é notável para mim – ela pode manter tudo isso na cabeça e relembrá-la sob demanda em tempo real, conforme necessário, para poder tomar boas decisões.

Ok, agora estamos em meados de 2002 e essa ideia maluca está começando a se tornar uma coisa real. Há uma missão clara, uma equipe e um CEO de força da natureza. Próxima etapa – um foguete.

Antes de entrarmos no primeiro foguete da SpaceX, vamos esclarecer os termos:

O objetivo de quase todos os lançamentos espaciais é levar algo para o espaço. A coisa que você está pegando é chamada de carga útil . Uma carga útil pode ser um satélite, carga, pessoas, um macaco4-nada.

Para sobreviver à difícil viagem ao espaço, a carga útil às vezes está dentro de uma concha protetora chamada de carenagem . Outras vezes, a carga útil precisa ser dirigida, navegada e encaixada quando está no espaço e talvez até mesmo ser trazida de volta à Terra. Nesse caso, a carga útil é transportada para dentro de uma espaçonave ou, se você tiver nove anos, de uma espaçonave .

Então você tem o foguete . O foguete é o principal grande lançamento e tem uma função: transportar a carga útil e seu contêiner pela atmosfera e colocá-la no espaço. A maior parte do foguete é um grande tanque de combustível e, na parte inferior de um foguete, há um ou mais motores em forma de sino incrivelmente poderosos . Eles fornecem a imensa força – ou impulso – necessária para levantar muitas toneladas de peso pela atmosfera da Terra. Às vezes, um foguete é composto de vários foguetes menores chamados estágios . Ah, e tudo que acabei de descrever se torna um míssil se a carga útil for uma arma.

Finalmente, um foguete não é uma coisa. Um foguete é um termo usado para deixar uma criança de quatro anos empolgada com a vida – é isso.

As missões Apollo foram à lua usando um foguete enorme chamado Saturno V. Saturno V pesava 3.000 toneladas – cerca de sete Boeing 747s – e tinha a altura de um prédio de 35 andares.5

SATURN1

Saturno V era como um daqueles conjuntos de bonecas russas satisfatórios, onde fica cada vez menor. Aqui estão todas as peças:6

SATURNO

O Ônibus Espacial, com uma tarefa muito mais simples de entrar apenas na Órbita Terrestre Baixa, adotou uma abordagem totalmente diferente.

Em vez de um grande foguete de primeiro estágio, o Ônibus Espacial usava dois foguetes (chamados de impulsionadores de foguetes sólidos)5para fazer a parte pesada da subida, e a carga útil – pessoas e equipamentos – viajou na espaçonave, que eles realmente fizeram parecer uma nave espacial estereotipada. A espaçonave forneceu o resto do impulso depois que os foguetes caíram, usando o combustível do grande tanque laranja. Normalmente, o retorno da espaçonave6 pousou no oceano usando pára-quedas, mas o ônibus espacial fez uma abordagem mais civilizada, pousando em uma pista como um avião:7

Space_shuttle_mission_profile

Quando a SpaceX fez seu primeiro foguete, eles não estavam tentando fazer a coisa maior e pior que já foi feita. Em vez disso, eles construíram o que era uma espécie de foguete com rodinhas de treinamento, um foguete pequeno e simples Musk chamado Falcon 1 (em homenagem ao Millennium Falcon em Guerra nas Estrelas ). Era um foguete de dois estágios de 70 pés de altura (21 m) com um motor superpotente na parte inferior – a própria invenção da SpaceX, o motor Merlin.8

SPAC_Falcon_1_Vertical_lg

Apesar de seu tamanho e capacidade modestos, o Falcon 1 estava repleto de novas tecnologias inovadoras. O objetivo principal era tornar mais barato do que nunca levar pequenas cargas úteis para o espaço – não apenas porque Musk vê a redução de custos como uma forma de nos levar a Marte, mas porque ele a vê como o único aspecto das viagens espaciais que atualmente pode ser melhorado de forma significativa. Ele diz: “A velocidade de um foguete sempre será aproximadamente a mesma. A conveniência e o conforto serão praticamente os mesmos. Confiabilidade … não haverá muitas melhorias nisso. Então, você realmente fica com um parâmetro-chave contra o qual as melhorias de tecnologia devem ser avaliadas, e isso é o custo. ”

Musk cita duas razões pelas quais os custos permaneceram tão altos:

1) As únicas empresas no setor aeroespacial são enormes, e grandes empresas são avessas ao risco. Ele diz: “Há uma tendência enorme contra assumir riscos. Todo mundo está tentando otimizar a cobertura da bunda … Mesmo que uma tecnologia melhor esteja disponível, eles ainda estão usando componentes legados, geralmente aqueles que foram desenvolvidos na década de 1960 … [muitos] usam motores de foguete russos que foram feitos nos anos 60. Não quero dizer que seu design seja dos anos 60 – quero dizer, eles começam com motores que foram literalmente feitos nos anos 60 e, tipo, embalados em algum lugar na Sibéria. ”

2) Integração vertical insuficiente. Mencionamos a integração vertical da SpaceX e o controle total que proporciona a Musk sobre o que acontece na SpaceX, mas Musk também acredita que a estrutura vertical é crítica para manter os custos baixos e critica o resto da indústria por não fazer isso: “Há essa tendência de grandes empresas aeroespaciais para terceirizar tudo … Eles terceirizam para subcontratados e, em seguida, os subcontratantes terceirizam para subcontratados e assim por diante. Você tem que descer quatro ou cinco camadas para encontrar alguém realmente fazendo algo útil – realmente cortando metal, moldando átomos. Cada nível acima disso leva ao lucro – é sobrecarga à quinta potência. ”9

Sem a bagagem de uma grande empresa com uma longa história, a SpaceX foi capaz de “projetar e desenvolver [Falcon 1] a partir de uma folha de papel em branco”, diz Max Vozoff, um dos primeiros funcionários da SpaceX,10e você pode ver a mentalidade da “folha de papel em branco” no raciocínio básico de Musk: “[Eu perguntei], De que é feito um foguete? Ligas de alumínio de grau aeroespacial, além de um pouco de titânio, cobre e fibra de carbono. E então perguntei, qual é o valor desses materiais no mercado de commodities? Descobriu-se que o custo dos materiais de um foguete era cerca de 2% do preço normal – o que é uma proporção absurda para um grande produto mecânico … Então, pensei, deveríamos ser capazes de fazer um foguete muito mais barato considerando esses custos de materiais. ”11

E tudo isso é ótimo – mas esta não era uma empresa normal, com um orçamento e cronograma de desenvolvimento normais. Esse era um empreendimento que poucos investidores sãos alcançariam, e a capacidade da empresa existir dependia em grande parte da conta bancária pessoal de Elon Musk. Quando 2006 chegou, Musk decidiu revolucionar a indústria automotiva como um projeto paralelo, e com $ 70 milhões de sua fortuna no PayPal amarrada na Tesla, isso deixou cerca de $ 100 milhões para a SpaceX. Musk disse que isso seria suficiente para “três ou quatro lançamentos”. A SpaceX faria tantas tentativas para provar que era digna de clientes pagantes. E uma vez que o que os clientes pagantes gostariam é que a SpaceX colocasse uma carga útil deles em órbita, isso é o que a SpaceX precisava fazer – lançar algo em órbita com sucesso para mostrar ao mundo que eles eram de verdade.

Portanto, o jogo era simples – lançar uma carga útil em órbita em três ou possivelmente quatro tentativas, ou a empresa estaria pronta. Na época, das muitas empresas privadas que tentaram colocar algo em órbita (veja a escassez de empresas “operacionais” nesta lista ), apenas uma conseguiu (Ciências Orbitais).

Para entender por que isso é tão difícil de fazer, temos que entender o que é uma órbita .

O que é uma órbita?

É intuitivo pensar que o desafio de colocar um objeto em órbita é a dificuldade de colocá- lo em órbita, assim como é intuitivo pensar que os astronautas da ISS estão flutuando porque não há gravidade no espaço onde eles estão. Este é um bom momento para parar de confiar em sua intuição.

Vamos voltar para a escola por um segundo. Esta é a equação que usamos para descobrir a força da gravidade:

Equação Gravitacional

G é a constante gravitacional, um número supersônico que podemos ignorar neste exercício.

1 e m 2 são as massas dos dois objectos. Existem dois objetos porque a gravidade não é uma coisa unilateral – cada dois objetos se atraem com uma força igual. No caso de você e da Terra, o que você pensa como seu peso é a força da gravidade entre você e a Terra, uma força que age igualmente em você e no planeta.7E porque os dois números de massa estão no numerador, isso significa que quando eles sobem, a força da gravidade também aumenta (proporcional ao seu produto). Então, se eu dobrar sua massa, seu peso dobrará. Se eu deixasse sua massa igual, mas dobrasse a massa da Terra – novamente, seu peso dobraria. Se eu dobrasse a sua massa e a da Terra, seu peso quadruplicaria. Para nossos propósitos neste post, não precisamos trabalhar com massa.

O que nos preocupa é a parte 2 . d é a distância entre os dois objetos – ou mais especificamente, a distância entre os centros de massa dos dois objetos. No caso da Terra, a massa é distribuída simetricamente, então o centro de massa é o centro do planeta. O raio da Terra é de 3.959 milhas (6.371 km), então quando você está na superfície da Terra, esse é o número que você usa para d para determinar a força da gravidade que está experimentando. Como d está no denominador da equação, à medida que d aumenta, a força da gravidade diminui.

Para ilustrar tudo isso, vou encolher a Terra para cerca de 13 milionésimos de seu tamanho, de modo que tenha exatamente um metro de diâmetro:

Medidor de Terra

Se dobrarmos d movendo um raio da Terra para longe da superfície (meio metro), 2aumenta 4x, então a força da gravidade e seu peso seriam um quarto do que são na superfície. Se você se movesse para um metro de distância – onde caberia uma Terra inteira entre você e a Terra – d agora triplicou e sua gravidade é 1/9 do que é na Terra.8

E onde está o ISS em tudo isso?

Está entre 205 e 255 milhas de distância, o que em nosso globo terrestre está a cerca de 2-3 cm, ou um pouco mais de uma polegada da superfície. Se uma bola de pingue-pongue ficasse presa ao globo, a ISS (e vários satélites) iria bater nela. (Enquanto estamos aqui, a altitude comumente reconhecida onde o “espaço” começa é a linha Kármán , 62 mi (100 km) para cima, que em nosso globo começa 7,8 mm acima da superfície – aproximadamente a largura de um lápis. o avião voa a 0,84 mm da superfície, cerca da altura de um grão de areia.)

Então, o que isso significa sobre a gravidade na Órbita Terrestre Baixa, em um lugar como a ISS?

Bem, se tomarmos o ponto médio da altitude média da ISS (230 milhas), descobrimos que estar nessa altura adiciona apenas 5,8% ao d normal na superfície da Terra, o que apenas reduz a gravidade da superfície em cerca de 10%.

Medir a gravidade da Terra

Portanto, os astronautas da ISS mal devem sentir a diferença de gravidade. E ainda assim, eles estão flutuando.

O motivo é que eles estão em queda livre.

Certa vez, tive a chance de voar em um pequeno avião com um piloto que não dava a mínima, então ele elevou o avião a 4.000 pés e rapidamente baixou para 2.000 pés. Antes da queda, ele me entregou uma caneta e me disse para colocá-la na palma da mão aberta. Durante a queda, os 8% de mim que não estavam no modo de sobrevivência cagando na cama viram a caneta pairar na minha frente e suavemente flutuar para o lado antes de cair abruptamente no meu colo quando nivelamos novamente a 2.000 pés. Isso é o que está acontecendo dentro da ISS o tempo todo.

Eis o porquê: imagine que você está em um penhasco em um planeta menor e mais plano do que a Terra e sem atmosfera – e você joga uma bola de beisebol com toda a força.

orbit1

Seria mais ou menos assim:

orbit2

Agora, o que aconteceria se um arremessador da liga principal desse uma chance. Pode ser assim:

orbit3

E se você disparasse a bala de um canhão? Iria ainda mais longe.

orbit4

Antes de cada uma dessas bolas atingir o solo, elas voam em uma trajetória curva. Se a superfície do planeta não atrapalhasse, esses caminhos continuariam como longas elipses. Para manter as coisas simples, vamos apenas combinar cada caminho com um círculo cuja curva se alinha muito bem com a trajetória da bola:

orbit5

Agora vamos pegar um canhão muito mais poderoso, e ele faz isso:

orbit6

Parece normal, mas observe que a curva do arco está combinando com a forma do planeta. Então, o que acaba acontecendo é o seguinte:

orbit6a

A bola circundaria o planeta e atingiria a parte de trás do canhão. E se não houvesse nada para bloqueá-la, a bola continuaria “caindo” para sempre, nunca podendo pousar. Como a curva do caminho da bola e o círculo correspondente correspondem exatamente à curvatura do planeta, o planeta continua caindo para longe da bola enquanto a bola tenta cair no chão. Você colocou a bola em órbita.

Se você tivesse um planeta perfeitamente liso de qualquer tamanho e não tivesse atmosfera alguma, poderia, em teoria, colocar algo em órbita bem acima do solo. Mas, como a Terra tem uma atmosfera densa (e uma superfície irregular com montanhas), não importa o quão forte você atire uma bola perto da superfície, a atmosfera iria desacelerar, tornando a curvatura de seu caminho mais e mais apertada até que ela saísse de órbita e Bater no chão. É por isso que tudo que colocamos em órbita fica bem alto, onde a atmosfera é tão fina que não desacelera o objeto. E sem nenhuma força de atrito para interferir, a Lei da Inércia de Newton entra em ação e ela circundará o planeta para sempre.9

Para entrar em órbita ao redor da Terra, um objeto deve estar se movendo incrivelmenterápido. Mas não muito rápido. Por quê? Porque então a curva é muito ampla, o círculo correspondente é maior que o planeta, e isso acontece:

orbit7

É por isso que as pessoas falam sobre algo atingindo a “velocidade orbital” para permanecer em órbita e “velocidade de escape” para escapar bem da gravidade da Terra e seguir para o espaço. A velocidade de escape significa apenas que o arco que o caminho faz é mais amplo do que a curvatura do planeta.

Então, qual é a velocidade orbital em cerca de 230 milhas de altitude onde a ISS está? 17.150 mph (27.600 km / h). Ou 4,76 mi / 7,66 km por segundo . Essa é a velocidade do goldilocks que manterá um objeto em órbita a essa altura.

Para ter uma ideia de como isso é rápido, se você jogasse uma bola nessa velocidade da praia para o oceano, ela dispararia para fora do horizonte, fora de vista, em cerca de meio segundo. Nessa velocidade, a ISS circula a Terra a cada 90 minutos (e ainda, como a velocidade é relativa, os astronautas na ISS não sentem que estão se movendo, da mesma forma que você não faz em um avião).

De volta ao SpaceX. Dada a caixa azul acima, faz sentido que o desafio da SpaceX fosse essencialmente “lançar” uma carga útil para cima em órbita. As pessoas pensam que o lançamento de um foguete vai -se , mas realmente está jogando algo realmente difícil para os lados , e é por isso olhares trajetória de um foguete como este:12

arco

É como nossos exemplos acima, e o foguete está agindo como a mão de um gigante que está jogando a carga:

orbit0 lance
orbit0 lance 1

Exceto no mundo real, em vez de um braço e uma mão, uma empresa de foguetes tem que lançar a carga útil com uma altura de sete andares e 40 toneladas10torre de metal que explode de distância da Terra, e ele vai precisar para executar ping de uma máquina delicada para fora em apenas a altitude direito de, a apenas a velocidade certa.

Para tornar as coisas ainda mais difíceis, o “lançamento” começa na atmosfera ao nível do mar, que é ao mesmo tempo espessa de melaço e cheia de partes móveis (isto é, clima). É como tentar lançar uma bola com precisão com a mão começando sob alguns pés de água corrente. O chefe de engenharia veicular da SpaceX, Mark Juncosa, descreveu o desafio de guiar um foguete pela atmosfera: “O foguete é como um macarrão molhado e você está tentando empurrá-lo para o espaço. Está se debatendo como o inferno. Você não consegue nem descobrir para onde está indo medindo a trajetória de qualquer ponto do foguete – você tem que medir alguns pontos. ”

E com forças tão grandes em jogo – o peso do foguete, as velocidades, a atmosfera densa – até mesmo um pequeno defeito de equipamento pode destruir imediatamente a missão. O problema é que você não pode testar exatamente como o equipamento irá se comportar até que seja realmente iniciado.

A SpaceX aprendeu tudo isso da maneira mais difícil.

2006: Primeiro lançamento – falha

2007: Segundo lançamento – falha

2008: Terceiro lançamento – fracasso

Tempos ruins.

As falhas foram causadas por coisas minúsculas. Especificamente, uma porca corroída não está aguentando a pressão, o líquido no foguete se espalhando mais do que o esperado e os motores do primeiro estágio desligando alguns segundos tarde demais durante a separação do estágio. Você pode acertar 99,9% em tudo, e o último 0,1% explodirá o foguete em uma falha catastrófica. O espaço é difícil.

Todo governo ou empresa que lança foguetes – todos e cada um – tem fracassos. Faz parte do show. Normalmente, você respira fundo, arregaça as mangas, descubra o que deu errado e avance para o próximo lançamento. Mas a SpaceX tinha circunstâncias especiais – a empresa tinha dinheiro para “três ou quatro lançamentos” e, após três falhas, o único lançamento que restava era o Or Four. Foi programado para menos de dois meses após a falha do terceiro lançamento. E esta foi a última chance.

Um amigo de Musk, Adeo Ressi, descreve assim: “Tudo dependia daquele lançamento … Se funcionar, sucesso épico. Se falhar – se uma coisa for diferente e falhar – falha épica. Não no meio. Sem crédito parcial. Ele já tivera três fracassos. Teria acabado. Estamos falando de um estudo de caso da Harvard Business School – cara rico que entra no ramo de foguetes e perde tudo. ”1311

Mas em 28 de setembro de 2008, a SpaceX deu início ao quarto lançamento – e acertou em cheio .12 Eles colocaram uma carga útil fictícia em órbita sem problemas, tornando-se a segunda empresa com financiamento privado a fazê-lo.

O Falcon 1 também foi o foguete com melhor custo-benefício já lançado – com preço de US $ 7,9 milhões, e custou menos de um terço da melhor alternativa dos Estados Unidos na época.

A NASA percebeu. O quarto lançamento bem-sucedido era evidência suficiente para eles de que valia a pena confiar na SpaceX e, no final de 2008, a NASA ligou para Musk e disse a ele que queria oferecer à SpaceX um contrato de US $ 1,6 bilhão para fazer 12 entregas para a ISS.

O dinheiro de Musk cumpriu seu dever. A SpaceX tinha clientes agora e um longo futuro pela frente.

Fonte: Wait But Why

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Paulo Fernando de Barros

Fundador e CEO em BAP Duna Gruppen, Paulo Fernando de Barros é editor responsável em Duna Press Jornal e Magazine.
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