Um lifting body é uma aeronave que baseia sua sustentação na forma da sua fuselagem, não nas asas.

O trabalho teórico sobre formas de sustentação começou nos Estados Unidos na década de 1950 nos laboratórios do Comitê Nacional de Aeronáutica (National Advisory Committee for Aeronautics– NACA). Os “corpos de elevação” (lifting body) tomaram a forma de meio-cones horizontais com narizes arredondados. Eles foram vistos principalmente com a finalidade de uma reentrada orientada para ogivas nucleares lançadas em mísseis balísticos intercontinentais (ICBMs). No final da década de 1950, no entanto, como a Lei Espacial de 1958 que transformou a NACA na NASA e transferiu para a nova Agência a maioria das instalações e projetos espaciais do Departamento de Defesa, alguns engenheiros começaram a propor que corpos de elevação servissem de veículos de reentrada tripulados.

A NASA optou por lançar seus astronautas em cápsulas, em vez de Lifting bodies, mas o conceito do corpo de elevação não foi de modo algum abandonado. Na verdade, tornou-se um elemento comum do planejamento espacial dos EUA. Em 1960, por exemplo, a Martin, a Convair e a General Dynamics apresentaram seus projetos para o programa Apollo com base no conceito corpo de elevação. No ano seguinte, a Força Aérea dos EUA, como parte de seu estudo para uma nave espacial capaz de circundar a Lua, propôs uma nave pilotada com um estágio de pouso com um corpo de elevação no topo. Em 1963, a Philco Aeronutronic desenhou um corpo de elevação para uma planejada missão a Marte.

Também em 1963, os engenheiros e pilotos de teste no Centro de Pesquisa de Voo da NASA (Flight Research Center – FRC) na base aérea de Edwards, Califórnia, começaram a voar o veículo M2-F1, um verdadeiro corpo de elevação. O M2-F1 era muito leve, praticamente um planador com uma estrutura de aço tubular e um revestimento de madeira compensada de mogno. Foi rebocado no ar um total de 77 vezes entre março de 1963 e agosto de 1966. Durante alguns voos, o M2-F1 recebeu um pequeno motor de foguete. Os voos de teste mostraram que o conceito de corpo de elevação era válido, de modo que a NASA financiou um programa que durou de 1966 até a década de 1970.

O M2-F1 confirmou, no entanto, o que os experimentos da década de 1950 demonstraram: os corpos de elevação tornam-se cada vez mais instáveis à medida que perdem velocidade. Com isso em mente, em janeiro de 1964, Clarence Cohen, Julius Schetzer e John Sellars, engenheiros da empresa aeroespacial TRW, apresentaram um pedido de patente para um projeto de nave espacial de corpo elevador que poderia realizar o que eles chamavam de “reentrada encenada”. O Escritório de Patentes dos Estados Unidos concedeu-lhes a patente (nº 3.289.974) em 6 de dezembro de 1966.

Cápsula Gemini dotada de uma asa delta retrátil

Explicando a necessidade de sua invenção, o trio de TRW observou que a cápsula Mercury da NASA, voada pela última vez em maio de 1963, tinha dado a seu ocupante de astronauta, essencialmente, nenhuma capacidade para alterar o curso de sua espaçonave depois que ele disparou os motores de reentrada. O astronauta tinha controle sobre o tempo de queima; uma queima precoce faria com que sua cápsula mergulhasse no oceano fora do ponto pré estabelecido de amerrissagem, enquanto uma queima atrasada faria com que ele ultrapassasse seu alvo. Ele não podia usar a atmosfera para dirigir sua cápsula. Na linguagem aeroespacial, a nave Mercury seguia uma trajetória balística. A trajetória balística submetia o astronauta a uma carga de desaceleração igual a cerca de oito vezes a força da Gravidade.

X-20 Dyna Soar

As cápsulas Gemini e Apollo, em desenvolvimento na época em que Cohen, Schetzer e Sellars requereram sua patente, foram desenhadas com um centro de gravidade de compensação sobre o qual rolariam enquanto se moviam em alta velocidade para obter capacidade de elevação e limitar a desaceleração. Ambas as cápsulas, no entanto, tornam-se inseguras e perdiam a elevação à medida que perdiam velocidade e não podiam ser orientadas para um ponto de pouso específico após o emprego de seus paraquedas. Uma complexa asa delta desdobrável foi proposta para ambas espaçonaves, mas tais sistemas estavam aquém da tecnologia da época.

O DynaSoar foi proposto com um ventre liso e chato, projetado para a reentrada e estabilidade da atmosfera terrestre orientável e de baixa desaceleração e baixa resistência a baixas velocidades; No entanto, a barriga plana da nave do Departamento de Defesa e as asas e barbatanas de borda estreita tornaram difícil colocar um revestimento com materiais de proteção térmica. Proteger o planador triangular adequadamente do aquecimento da reentrada ameaçou aumentar tanto o seu peso que sua capacidade de manobrar na atmosfera podia ser comprometida.

A nave espacial de reentrada de Cohen, Schetzer e Sellars era realmente dois veículos: um avião a jato bastante convencional de dois lugares e um “pod” de corpo de elevação. O jato delta-alado viajaria na parte superior do conjunto. O conjunto seria lançado ao Espaço no topo de um foguete. Os astronautas (dois) teriam acesso ao “pod”, que continha os motores espaciais e a naveta. O pod carregaria todo o combustível e a carga espacial. Logo após a reentrada, a 15.200 metros de altitude a naveta seria ejetada do pod, acionando seu motor à jato e pousando como um avião convencional, enquanto o pod desceria planando até um ponto aonde um paraquedas seria acionado.

Os engenheiros da TRW escreveram que o pod poderia aterrar com segurança se a equipe não se separasse dele no avião a jato. O jato – subsônico – levaria combustível suficiente para permitir que os astronautas alcançassem os aeroportos de reserva se, por exemplo, as condições climáticas se tornassem pouco interessantes no local de pouso pré-designado.

No momento em que o Escritório de Patentes dos Estados Unidos concedeu a Cohen, Schetzer e Sellars sua patente em dezembro de 1966, a NASA iniciou voos com o M2-F2, um lift bodie de metal, construído pela Northrop Corporation. Foi o primeiro dos Lifting bodies “pesados” da NASA. O avião de pesquisa foi projetado para ser carregado sob a asa de um B-52 especialmente modificado e liberado para que ele pudesse ‘voar’ para uma aterrissagem em uma pista do lago seco em Edwards. Depois de provar-se através de voos de testes, os pilotos iriam acender o motor-foguete XLR-11 de quatro câmaras para testes de alta velocidade e alta altitude.

Talvez pelo fato dos Lifting bodies carregarem a reputação de ser difícil de voar, os engenheiros e os pilotos de teste demoraram a reconhecer que o M2-F2 tinha importantes problemas de controle. Especificamente, era lento aos comandos e, ao mesmo tempo, era propenso a oscilações. Em 10 de maio de 1967, em seu 16º vôo, esses problemas alcançaram o M2-F2. Com Bruce Peterson em seus controles, o M2-F2 bateu na pista e capotou seis vezes. Milagrosamente, Petersen sobreviveu, assim como o programa de pesquisa.

Ao longo dos três anos seguintes, o M2-F2 foi redesenhado e reconstruído como o M2-F3, que incluiu um terceiro estabilizador vertical montado centralmente. A nova barbatana melhorou consideravelmente as características de controle da aeronave.

Entre 2 de junho de 1970 e 20 de dezembro de 1972, o M2-F3 voou 27 vezes. Depois de apenas três vôos livre, William Dana acendeu o motor-foguete após o lançamento do B-52 para realizar seu primeiro voo motorizado (25 de novembro de 1970). No seu 26º voo (13 de dezembro de 1972), com Dana nos controles, o M2-F3 atingiu sua maior velocidade (Mach 1,6). Em seu voo final, John Manke levou a aeronave para sua maior altitude (21.800 m). Um ano depois, a NASA doou o M2-F3 ao Smithsonian Institution.

Lista de todos os “corpos de elevação” da NASA

Martin Marietta X-24A

O X-24A foi uma aeronave experimental desenvolvida a partir de um programa conjunto da USAF-NASA chamado PILOT. Foi projetado e construído para testar conceitos de corpo de elevação, experimentando o conceito de reentrada e pouso planado, mais tarde usado pelo Ônibus Espacial. O programa evoluiu para o X-24B.

O X-24B demonstrou que o pouso preciso e controlado após a reentrada e sem o advento de motores era viável. A velocidade máxima obtida pelo X-24B foi de 1.873 km/h e a maior altitude alcançada foi de 22.000 m. Ao X-24B coube o último vôo de Lifting Body. O X-24B voou 36 vezes.

Northrop HL-10

O HL-10 foi um dos cinco modelos de lifting bodie “pesado” e foi construído para avaliar o corpo de elevação do “perfil invertido” e fuselagem em delta. O trem de pouso principal era de um T-38 Talon, retraído manualmente e baixado por pressão de nitrogênio. O assento ejetor viera de um F-106 Delta Dart. Baterias de zinco forneciam a energia elétrica para o sistema de controle, instrumentos de voo, rádios, ar-condicionado do cockpit e sistema de aumento de estabilidade. Possuía quatro motores-foguete de 180 kg de empuxo cada um.

O HL-10 voou 37 vezes e registrou a maior altitude e a maior velocidade do programa, atingindo 27.440 m e 1.980 km/h respectivamente. O formato do HL-10 foram um dos três considerados para o Ônibus Espacial, mas logo a NASA abandonou a ideia, porque era difícil encaixar os tanques de combustível cilíndricos na fuselagem curva.

O HL-10 por pouco não se transformou numa nave espacial. Engenheiros influentes da NASA queriam usar o enorme material que sobrou do programa Apollo após este ser cancelado pelo Congresso dos EUA. O HL receberia jatos de reação e cobertura térmica. Seria posto no espaço no topo de um foguete Saturno V. A liderança da NASA optou por construir a estação espacial Skylab.

Northrop M2-F2

O sucesso do M2-F1 levou a NASA ao desenvolvimento e construção (pela Northrop) do M2-F2. O “M” refere-se a “tripulado” e “F” à voo. O M2-F2 fez seu primeiro voo cativo (pendurado num B-52) em março de 1966. O primeiro voo ocorreu em julho de 1966. A maior velocidade que alcançou foi de 720 km/h.

Interessante notar que a Northrop, embora tenha trabalhado junto com a NASA e, de certa forma, desenvolvido a tecnologia dos corpos de elevação, acabou não vencendo a licitação para a construção do Ônibus Espacial.

Northrop M2-F3

O M2-F1 e M2-F2 validou o conceito de reentrada. Quando o M2-F2 parou seus vôos em maio de 1967, informações valiosas já haviam sido obtidas e contribuíram para novos projetos. Os pilotos da NASA disseram que o M2-F2 tinha problemas de controle lateral, então quando o M2-F2 foi reconstruído na Northrop e redesignado M2-F3, modificado com uma terceira barbatana vertical adicional centrada entre as extremidades da ponta para melhorar as características de controle.

O primeiro voo foi em junho de 1970. O veículo modificado apresentou características de controle e estabilidade lateral muito melhor e apenas três vôos livres foram necessários antes do primeiro voo motorizado em novembro de 1970. Ao M2F-3 coube a honra de realizar o 100º voo de um lifting bodie. Ao longo de suas 27 missões, o M2-F3 alcançou a velocidade máxima de 1.700 km/h e uma altitude máxima de 21.590 metros.

Martin X-23 Prime

O X-23A Prime foi um pequeno veículo não tripulado de reingresso em forma de lift bodie desenvolvido pela USAF para estudar os efeitos das manobras durante a reentrada na atmosfera da Terra. O primeiro veículo foi lançado da base aérea de Vandenberg em dezembro de 1966, no topo de um foguete Atlas, simulando uma reentrada de uma órbita baixa. O modelo alcançou 30.430 m de altitude, mas uma falha resultou na queda no oceano Pacífico.

Os engenheiros da Martin Marietta vislumbravam grandes capacidades para os lifting bodies, mas infelizmente a liderança da NASA não era tão entusiasta assim…

O Prime voou pela ultima vez em abril de 1967 e sua maior velocidade foi de Mach 25.

Os lifting bodies foram responsáveis direto pela criação e operação do Ônibus Espacial. Foram os pilotos dessas estranhas e perigosas máquinas que convenceram a NASA que o shuttle não precisaria de motores atmosféricos. Um shuttle com o formato originalmente previsto poderia carregar maior volume de carga, mas a dificuldade de se instalar as placas de proteção térmica numa superfície sem cantos retos pesou enormemente na decisão. O fato da Rockwell, fabricante dos Ônibus, conseguir colocar as placas de cerâmica no desenho do shuttle por si só é um feito e tanto!


FONTE: Wired; NASA; Todos os Aviões do Mundo

 

 

12 COMENTÁRIOS

  1. Vi um documentário dizendo que o F-35 foi altamente baseado nesses lifting bodies. E que entre 40% a 45% de sua fuselagem é responsável pela sustentação da aeronave.

  2. Curiosidade televisiva: foi com um HL-10 o acidente do Cel. Steve Austin que o levou a se tornar "O Homem de Seis Milhões de Dólares" ( essa é pros veteranos…)

    • Boas lembranças, na verdade na obra original antes da série o Cel. Steve Austin voava o fictício M3-F5, mas na série para televisão ele aparece dentro do HL-10 e depois são mostradas cenas do voo e acidente do M2-F2.
      . http://bionic.wikia.com/wiki/Lifting_Body
      .
      O acidente do M2-F2 foi incrível em 1967, mais incrível ainda foi o piloto Bruce Peterson ter sobrevivido e voltar a voar leves aeronaves de recreação.
      Bruce Peterson era um 2° Ten. Piloto da USMC desistiu da vida militar e entrou para a NASA em 1952 como piloto de provas e depois fez curso de engenharia aeronáutica em 1960, voou F5D-1, F-100, F-104, F-111A, B-52, NT-33A mais vários aviões, planadores e helicópteros.
      Nestas máquinas malucas quase sem asa fez 20 voos, 17 no M2-F1, 2 no M2-F2 e 1 no HL-10, depois do acidente como ficou cego de um olho não poderia voar como piloto de provas, se aposentou e foi trabalhar na Northrop, morreu com 72 anos.
      . https://m.youtube.com/watch?v=3jvGJhJINlc
      .
      . https://en.m.wikipedia.org/wiki/Bruce_Peterson

      • Muito bom, WRStrobel!! Enquanto eu estava lendo o texto do Giordani (aliás, parabéns pelo texto!!) eu estava exatamente pensando sobre qual destes lifting bodies o Coronel Steve Austin havia se acidentado.

  3. Esse é o tipo de matéria que faz pensar porque diabos pararam de desenvolver as tecnologias.
    Capsulas espaciais até quando?

    • O programa espacial era muito caro e apesar da propaganda sobre os produtos e tecnologias geradas não poderia ser sustentado para sempre naquele ritmo frenético da guerra fria.
      .
      A questão das capsulas ainda é o custo, o programa das naves reaproveitadas se mostrou um desastre em relação aos custos, de que adianta algo reaproveitavel se a cada missão custa mais caro de revitalizar do que o foguete+capsula do sistema descartável?
      Por isso que a Soyuz é lançada até hoje, apesar do projeto antigo com algumas atualizações, ainda é funcional e barato.

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