Mercury-Atlas 2

A 29 de julho de 1960, a Mercury-Atlas 1 descolou de Cabo Canaveral com dois objetivos declarados: verificar a integridade da estrutura da cápsula e das telhas do corpo posterior numa reentrada associada a um aborto crítico, e avaliar o comportamento em malha aberta da instrumentação de deteção de aborto do Atlas. A cápsula, a número 4 de produção, não levava sistema de escape nem sujeito de teste; os foguetes posígrados que a separariam do lançador eram os normais, mas os retrofoguetes eram simulados. O desempenho do lançador foi normal até cerca de 57,6 segundos de voo, e o conjunto destruiu-se aos 59 segundos por uma falha estrutural do conjunto lançador-adaptador. A cápsula, que não conseguia ativar o seu sistema de recuperação nessas condições, destruiu-se ao embater na água; posteriormente recuperou-se do fundo do mar a maior parte da nave, os motores do propulsor e a válvula de purga de oxigénio líquido.

O golpe foi duplo. Por um lado, a Mercury perdia o voo que devia demonstrar que o escudo térmico e o corpo posterior aguentavam o caso mais duro imaginável; por outro, o fracasso somava-se ao da Big Joe 1, em setembro de 1959, em que o Atlas não tinha separado as secções de propulsão e a velocidade e o alcance tinham ficado muito abaixo dos valores nominais, com uma separação da cápsula atrasada por recontacto. Dois voos Atlas e nenhum objetivo primário cumprido. Nem a Big Joe nem a MA-1 levavam instrumentação suficiente para apontar a causa exata da falha, pelo que não havia uma avaria a reparar, mas sim uma incerteza a esclarecer.

A 11 de agosto de 1960 reuniram-se em Cabo Canaveral representantes da NASA, da McDonnell, da Divisão de Mísseis Balísticos, dos Space Technology Laboratories e da Convair, e voltaram a fazê-lo a 30 de agosto na Convair Astronautics. James A. Chamberlin, do Space Task Group, foi nomeado presidente de um comité conjunto com uma missão precisa: resolver o problema e apresentar uma solução antes da missão Mercury-Atlas 2. O plano de trabalho acordado nessa reunião dá a medida do esforço: análise completa dos dados de voo da MA-1 e correlação com os de todos os voos Atlas anteriores; uma análise dinâmica especial de cargas; ensaios de vibração da cápsula, do adaptador e da secção superior do depósito do Atlas; e revisão dos estudos em túnel de vento sobre as cargas de flutter nesses mesmos elementos.

A cadeia de reuniões e ensaios prolongou-se durante meio ano: avaliação resumida dos dados da MA-1 em Los Angeles a 9 de agosto; reunião de avaliação no Atlantic Missile Range a 11 de agosto; painel de investigação na McDonnell a 22 de agosto e na Convair Astronautics a 9 de setembro; reunião de gestão no Atlantic Missile Range a 14 de setembro; conferência de instrumentação e ensaios em túnel de vento no Space Task Group a 26 de setembro; ensaios de vibração na McDonnell e ensaios em túnel de vento no Arnold Engineering Development Center, ambos de 3 a 8 de outubro; e, a 16 de novembro, a compilação do programa de ensaios no Space Task Group. Nessa última reunião, realizada em Langley Field, discutiu-se expressamente o apuramento das causas da falha da MA-1 e o estado de preparação da MA-2.

A conclusão, partilhada pelo Space Task Group e pelas restantes partes envolvidas, foi que o problema tinha origem na zona de interface da cápsula: não no escudo, não na aviónica, mas no ponto onde a nave assentava sobre um míssil que tinha sido concebido como arma e não como lançador tripulado. O Atlas devia a sua leveza a uma estrutura de "balão", com depósitos de parede muito fina sob pressão; sobre essa parede estavam agora montados um adaptador e uma cápsula cujo comportamento dinâmico e cujas cargas de flutter ninguém tinha medido em voo.

Dos ensaios resultaram duas correções concretas e uma decisão de programa. A primeira correção consistiu em rigidificar os anéis do adaptador; os ensaios posteriores mostraram que a solução era plenamente satisfatória. A segunda nasceu da constatação de que existiam tensões moderadamente altas no lançador, perto de uma soldadura situada mesmo atrás do adaptador: essa zona foi reforçada com o acréscimo de uma banda rigidificadora que também se comportou bem nos ensaios.

A terceira decisão foi a mais dispendiosa e a que marcou a fronteira entre a MA-2 e o que viria a seguir: a partir da Mercury-Atlas 3, o lançador Atlas voaria numa configuração de "pele grossa". Ou seja, o remédio de fundo — engrossar a estrutura do míssil em vez de remendar a soldadura — não foi aplicado ao voo de fevereiro de 1961. A MA-2 voaria com a configuração disponível mais os reforços locais, e seria precisamente a sua instrumentação a dar a última palavra: para essa missão decidiu-se integrar instrumentação adicional na cápsula e no lançador com três fins explícitos: definir as cargas na zona de interface, medir a pressão sobre o adaptador e no seu interior, e detetar qualquer resposta indevida nessa zona.

Essa distribuição explica a demora. A cápsula número 6 foi entregue em Cabo Canaveral a 1 de setembro de 1960 para uma missão não tripulada destinada a obter dados de pressão dinâmica máxima e aquecimento máximo do corpo posterior; a Atlas 67-D chegou a 20 de setembro. Com ambos os elementos na base desde o outono, o lançamento só se produziu a 21 de fevereiro de 1961: vinte e cinco semanas de preparação, face às dez que tinha exigido a cápsula 4 da MA-1. A revisão não foi um trâmite, foi o trabalho.

O encerramento administrativo chegou tarde e pela via mais alta. De 13 a 17 de fevereiro de 1961, um grupo ad hoc NASA/Força Aérea — conhecido pelos apelidos dos seus responsáveis, Rhode pela NASA e Worthman pela Força Aérea — estudou as propostas do Space Task Group para as modificações do lançador e do adaptador e aprovou os resultados dos ensaios e as ações previstas. Quatro dias depois, a Atlas 67-D descolava.

Os objetivos de teste da MA-2 registados pela NASA são oito e descrevem um voo de qualificação estrutural e térmica, não uma demonstração de capacidade. Procurava-se determinar a integridade da estrutura da cápsula, do escudo ablativo e das telhas do corpo posterior numa reentrada resultante de um aborto crítico; avaliar o funcionamento dos sistemas operativos da nave durante todo o voo; determinar os movimentos à escala real da cápsula e os ritmos de aquecimento do corpo posterior nessa mesma reentrada; avaliar a compatibilidade dos sistemas de escape da cápsula com o conjunto Mercury-Atlas; estabelecer a adequação dos procedimentos de localização e recuperação; determinar o comportamento em malha fechada do sistema de deteção e implementação de aborto; determinar a capacidade do propulsor Atlas para libertar a cápsula na posição, altitude e velocidade definidas pelas equações de guiamento; e avaliar as características de carga aerodinâmica e vibração e a integridade estrutural da válvula de evaporação de oxigénio líquido, da cúpula do depósito, do adaptador da cápsula e das estruturas associadas.

Esse último objetivo é a resposta direta à MA-1: o que se tinha partido era exatamente o que agora se media. E o sexto — a malha fechada do sistema de deteção de aborto — representava um salto face à MA-1, onde a avaliação dessa instrumentação tinha sido em malha aberta.

A trajetória foi escolhida em conformidade. A 17 de fevereiro de 1961, quatro dias antes do voo, a sede da NASA tornou pública a seleção: os engenheiros do Space Task Group tinham concebido o perfil para reproduzir as condições de aquecimento de reentrada mais severas que pudessem ocorrer num aborto de emergência durante uma tentativa de voo orbital. Estimava-se um ritmo de aquecimento 30 por cento superior ao de uma reentrada orbital normal da Mercury, temperaturas cerca de 25 por cento mais altas em certos pontos do corpo posterior e uma carga de desaceleração da ordem do dobro da de um regresso normal a partir da órbita. De 17 a 20 de fevereiro, o pessoal do Space Task Group reviu as regras de segurança de voo da nave, da missão e do lançador para a cápsula número 6.

A MA-2 descolou do LC-14 em Cabo Canaveral e seguiu de perto a trajetória desejada. Atingiu uma altitude máxima de 114,04 milhas terrestres — 602.140 pés — e um alcance máximo de 1.431,6 milhas terrestres. A velocidade máxima foi de 18.100 pés por segundo em relação à Terra e 19.400 pés por segundo em relação ao espaço inercial, ou seja, 13.227,3 milhas por hora. A pressão dinâmica máxima registada foi de 991 libras por pé quadrado e a aceleração máxima, de 15,9 g. A duração total do voo foi de 17 minutos e 56 segundos.

A cápsula amarou e foi recuperada sem incidentes. Cerca de 55 minutos após o lançamento, a inspeção a bordo do navio de recuperação indicou que os objetivos de teste tinham sido cumpridos: a estrutura e os elementos de proteção térmica apresentavam um estado excelente depois de terem atravessado uma reentrada mais dura do que qualquer uma das previstas em operação normal. A equipa de controlo de voo obteve dados satisfatórios e o sistema completo de cálculo e apresentação de lançamento, que operava pela primeira vez num voo real, funcionou de forma satisfatória. No resumo oficial da NASA, a missão figura simplesmente como "missão bem-sucedida".

A 2 de março de 1961, a avaliação dos resultados trouxe um pormenor que em engenharia vale tanto como o sucesso: as temperaturas do corpo posterior da cápsula tinham resultado um pouco mais baixas do que o previsto. O caso de dimensionamento não só se tinha aguentado, como a margem real era maior do que a calculada.

No mesmo dia 21 de fevereiro de 1961, o Space Task Group selecionou os astronautas John Glenn, Virgil Grissom e Alan Shepard para começarem o treino específico do primeiro voo tripulado da Mercury. A coincidência de datas não é casual: com a cápsula demonstrada face ao aborto crítico, o programa podia repartir a sua atenção entre a preparação da tripulação e o problema que ainda restava.

Porque a MA-2 não encerrou o dossiê do Atlas: delimitou-o. A missão demonstrou que a nave e o sistema de escape eram compatíveis com o conjunto Mercury-Atlas, que o adaptador reforçado aguentava e que o escudo cumpria no pior caso de aborto; mas o remédio estrutural de fundo, a configuração de pele grossa, ainda não tinha voado. O primeiro voo que a levou, a Mercury-Atlas 3, descolou a 25 de abril de 1961 numa missão orbital não tripulada que foi abortada pouco depois do lançamento e não cumpriu os seus objetivos, com uma altitude máxima de apenas 4,5 milhas terrestres e uma duração de 7 minutos e 19 segundos. A cápsula, a número 8, foi recondicionada e voou de novo na mesma configuração como MA-4 a 13 de setembro de 1961, desta vez com êxito e já com objetivos plenamente orbitais: integridade da estrutura, do escudo e das telhas numa reentrada normal a partir de condições orbitais, comportamento dos sistemas durante todo o voo, funcionamento da rede de seguimento e das operações de recuperação.

Visto a partir do final do programa, a MA-2 ocupa um lugar exato na sequência: é o voo que devolveu a confiança na dupla cápsula-lançador depois de duas tentativas falhadas, o que converteu uma falha estrutural sem instrumentação num problema medido e delimitado, e o que permitiu que a discussão sobre o Atlas passasse de "porque se partiu" para "quando estará disponível a versão reforçada". É também um bom exemplo da forma de trabalhar do Space Task Group em 1960 e 1961: perante uma incerteza, nem remendo rápido nem redesenho total, mas sim um voo instrumentado até ao limite na condição mais severa imaginável, e uma demora de cinco meses aceite sem discussão para o poder fazer.