Os espectadores frequentes de lançamentos de foguetes orbitais podem ter notado que as plumas de exaustão quentes geradas pelo veículo de lançamento na plataforma de lançamento se expandem horizontalmente antes de se elevarem no ar. É um resultado da trincheira de chamas.
Uma trincheira de chamas é um canal longo e profundo situado abaixo da plataforma de lançamento de um foguete orbital e faz parte do sistema de defletor de trincheira de chamas. Ele é usado para desviar as chamas geradas pelos propulsores de foguete de primeiro estágio para longe do foguete para proteger o veículo do calor e da energia gerada.
O calor e a energia gerados pelas plumas de escape dos motores de um foguete que escapam de seus bocais em velocidades supersônicas durante o lançamento são suficientes para erguer um veículo de lançamento com peso médio de 1.063 toneladas métricas de uma plataforma de lançamento para o espaço.
No entanto, a quantidade de impulso gerada por seus propulsores de primeiro estágio, junto com o som que produz durante a decolagem, não é apenas capaz de danificar a plataforma de lançamento e a estrutura de serviço, mas também paralisar ou até mesmo destruir completamente o veículo de lançamento.
Para lidar com a pressão e o calor gerados pelas chamas que escapam do motor em velocidades supersônicas, a trincheira de chamas desempenha um papel crucial.
Defletor de Chama Principal Instalado na Plataforma de Lançamento 39B
Propósito de uma trincheira de chamas
Conforme mencionado na introdução, uma vala de chamas faz parte do sistema defletor de vala de chamas. Ele é usado para desviar as chamas geradas pelos propulsores de foguete de primeiro estágio para longe do foguete para proteger o veículo do calor e da energia gerada.
Os cinco motores de F1 do foguete Saturn V geraram 34,5 milhões de newtons ou 7,6 milhões de libras de empuxo durante o lançamento. Em comparação, os 9 motores Merlin de um foguete Falcon 9 moderno geram mais de 7,6 milhões de newtons ou 1,7 milhão de libras de empuxo.
O calor e a energia gerados por essa quantidade de impulso danificarão gravemente a plataforma de lançamento e o foguete se atingirem e forem refletidos diretamente da plataforma de lançamento para o veículo e a estrutura de lançamento.
Como resultado, as chamas dos propulsores do primeiro estágio de um foguete viajam através de aberturas na plataforma de lançamento para um defletor de chamas situado na trincheira de chamas, que corre por baixo da estrutura de lançamento e se estende bem além da própria plataforma de lançamento.
O defletor de chamas redireciona as chamas para longe da plataforma de lançamento e do foguete e flui horizontalmente ao longo da trincheira antes de sair da estrutura a uma distância segura, onde se expande nas nuvens de fumaça que normalmente se observam.
Embora sejam usados principalmente em instalações de lançamento de foguetes orbitais, os sistemas defletores de valas de chamas também são usados em instalações de teste de foguetes como o Stennis Space Center (SSC), situado no Condado de Hancock, Mississippi, EUA.
Para lidar com a energia acústica produzida pelos propulsores do foguete (gerando sons superiores a 200 decibéis), um sistema de supressão de som é usado por modernas instalações de lançamento.
As trincheiras de chamas de todas as instalações de lançamento em todo o mundo têm o mesmo propósito e, como resultado, têm uma composição semelhante.
Composição de uma trincheira de chamas
As grandes trincheiras de chamas usadas nos Complexos de Lançamento 39A e 39B no Kennedy Space Center, Flórida, durante a era do Ônibus Espacial, são provavelmente um dos melhores e mais visíveis exemplos de como uma trincheira de chamas funciona e quão eficazes são os sistemas defletores de trincheiras de chamas.
Usá-los como exemplo ajudará a entender melhor a composição ou estrutura de um sistema típico de defletor de trincheira de chamas:
A trincheira em si é um canal longo e profundo que percorre todo o comprimento da plataforma de lançamento e se estende bem além do comprimento da própria área de lançamento, com pontos de saída situados fora do perímetro da plataforma de lançamento e também voltados para longe deles.
A trincheira de chamas no Complexo de Lançamento 39B no Kennedy Space Center, que foi usada durante o Programa de Ônibus Espacial, tinha 150 metros de comprimento, 18 metros de largura e 13 metros de profundidade.
O principal defletor de chamas estava situado dentro da trincheira diretamente abaixo dos propulsores de foguetes de um veículo de lançamento orbital na plataforma de lançamento. Tinha aproximadamente 11,6 metros de altura, 17,5 metros de largura e 22 metros de comprimento.
Um defletor típico normalmente tem uma forma côncava para inclinar e desviar os gases de escape quentes que sopram para a trincheira, onde correm horizontalmente antes de sair da trincheira a uma distância segura da plataforma de lançamento e do foguete.
No entanto, no caso do defletor usado na trincheira de chamas do Ônibus Espacial, o defletor tinha a forma de um V invertido com ambos os lados em forma de côncavo, já que ambos os lados do defletor foram usados para o lançamento de um ônibus espacial.
Uma vez que os motores principais do ônibus espacial, bem como seus propulsores de foguetes sólidos, acenderam ao mesmo tempo durante o lançamento, as chamas de exaustão do orbitador (ônibus) e propulsores sólidos precisavam ser desviadas em direções diferentes, uma vez que eram compensadas umas pelas outras.
Os gases de escape do orbitador foram desviados pela parte sul da trincheira de chamas, enquanto os gases de exaustão do foguete sólido foram desviados pela seção norte da trincheira de chamas.
A trincheira de chamas era feita de concreto e coberta com tijolos refratários resistentes ao calor, enquanto o defletor de chamas consistia em uma forte estrutura de aço coberta com uma camada de 127 milímetros (cinco polegadas) de material semelhante ao concreto de alta temperatura (conhecido como Fondue Fyre).
(Desde a aposentadoria do Programa Shuttle, a trincheira de chamas e o defletor foram modificados e reformados para acomodar o novo Sistema de Lançamento Espacial, cujos motores principais e propulsores de foguetes sólidos são posicionados em linha e não precisam ser desviados em direções diferentes.)
As trincheiras de chamas variam em tamanho e forma de uma instalação de lançamento para outra, mas sua composição principal permanece a mesma, pois todas servem ao mesmo propósito – transportar os gases quentes de um foguete orbital com segurança para longe da plataforma de lançamento e do veículo.
O sistema defletor de fossa de chamas é um dos heróis desconhecidos de um lançamento de foguete orbital bem-sucedido. Embora relativamente simples em design, o sistema provou sua eficácia ao longo do tempo, desviando com os gases quentes dos propulsores de um foguete para longe da segurança da plataforma de lançamento.
Como este artigo ilustre, juntamente com o sistema de emissão de som, a trincheira de chamas de um local de lançamento é uma parte crucial para manter um veículo de lançamento orbital, plataforma de lançamento e estrutura de suporte seguros durante um evento de lançamento.
Vivemos um momento único na história, um momento que ficará cravado como o início da expansão ao espaço. A humanidade começa a sair do berço terrestre para se aventurar e amadurecer como civilização espacial. Como fundador do Expansão Astronauta, desejo inspirar a todos que como eu, compreendem este momento.
