Foguetes reutilizáveis resolveram a metade fácil da reutilização. O estágio superior é a metade difícil.
Todo foguete novo importante anunciado nos últimos cinco anos reutiliza seu primeiro estágio. Nenhum deles, exceto o Starship da SpaceX e o muito menor Nova da Stoke Space, tenta reutilizar o segundo. Essa assimetria não é um descuido — é porque o estágio superior é um problema de engenharia fundamentalmente mais difícil, e está silenciosamente se tornando o verdadeiro teto de quão barato o lançamento orbital pode ficar.
O propulsor sempre foi o alvo mais fácil
Um propulsor de primeiro estágio em um veículo como o Falcon 9 queima por cerca de dois minutos e meio, atinge aproximadamente 2.000 a 2.500 metros por segundo, e se separa em uma altitude onde o aquecimento atmosférico durante a descida é administrável com um escudo ablativo simples ou nenhum escudo térmico. Ele voa uma trajetória balística de volta, reacende os motores para uma queima de entrada e uma de aterrissagem, e toca o solo em uma balsa ou plataforma de aterrissagem. A SpaceX já fez isso mais de 400 vezes. O Neutron da Rocket Lab e o New Glenn da Blue Origin copiam a mesma arquitetura: um primeiro estágio reutilizável, construído para suportar reentradas repetidas de baixa velocidade e baixo calor.
O segundo estágio enfrenta um problema físico completamente diferente. Seu trabalho é terminar o empurrão até a velocidade orbital — cerca de 7,8 quilômetros por segundo para órbita terrestre baixa, mais de três vezes mais rápido do que o propulsor chega a atingir. Trazer algo de volta da velocidade orbital significa dissipar uma ordem de magnitude maior de energia cinética, em um ambiente térmico mais próximo da reentrada de uma cápsula tripulada do que do salto do propulsor. É por isso que todo foguete orbital operacional hoje, incluindo o Falcon 9, ainda descarta seu segundo estágio em cada voo.
Por que este é o verdadeiro piso de custo
Uma vez que um propulsor é reutilizável e os custos de recondicionamento caem para poucos milhões por voo, o estágio superior descartável deixa de ser uma margem de erro e se torna o item de custo dominante. Estimativas do setor para um estágio superior classe Falcon 9 — motor, tanques, aviônica, construídos uma vez e voados uma vez — ficam entre 5 e 12 milhões de dólares, mesmo com a SpaceX conseguindo reduzir o recondicionamento de um propulsor reutilizado para 1 a 2 milhões por voo. Em um Falcon 9 reutilizado com custo marginal de lançamento amplamente estimado em cerca de 15 a 20 milhões de dólares, o estágio superior pode representar bem mais da metade do que resta.
New Glenn e Neutron herdam a mesma matemática. Ambos são projetados em torno de um propulsor reutilizável e um estágio superior descartável, o que significa que ambos têm um piso de custo marginal que nenhuma quantidade de reutilização do propulsor pode empurrar abaixo do preço de construir um novo segundo estágio para cada voo. Reutilizar o propulsor era o problema certo para resolver primeiro — exigia proteção térmica menos exótica e tinha o maior retorno antecipado —, mas nunca seria a resposta completa para o acesso barato à órbita.
Quem realmente está tentando resolver a metade difícil
O Starship é o único veículo em testes de voo ativos que tenta a reutilização completa, incluindo um estágio superior em velocidade orbital que reentra de barriga usando telhas cerâmicas para proteção térmica, e então executa uma manobra de giro e captura. A dificuldade aparece no histórico de voos: perda de telhas, risco de queima e confiabilidade ao longo de voos repetidos têm sido o fio técnico persistente na campanha de testes do Starship, precisamente porque esta é a metade mais difícil do problema de reutilização que ninguém mais tentou nessa escala.
O sinal mais interessante a longo prazo pode ser a Stoke Space, uma startup menor do estado de Washington que constrói seu foguete Nova em torno de um estágio superior totalmente reutilizável desde o primeiro dia, usando um escudo térmico metálico ativamente refrigerado em vez de telhas ablativas ou cerâmicas estilo Starship. A aposta da Stoke é que uma estrutura ativamente refrigerada pode sobreviver a dezenas de reentradas em velocidade orbital com recondicionamento mínimo, a mesma lógica que permitiu que motores a jato passassem de descartáveis para revisáveis e reutilizáveis décadas atrás. É uma empresa pequena com um veículo orbital ainda não voado, mas é a única projetando explicitamente para a reutilização do estágio superior, em vez de tratá-la como uma meta ambiciosa adicionada a um propulsor que já voa.
O que observar em vez das manchetes sobre propulsores
Os pousos de propulsores são a parte mais fotogênica da reutilização e geram boas imagens, mas deixaram de ser a pergunta interessante sobre custos quando a reutilização do propulsor do Falcon 9 se tornou rotina. O número que realmente prevê quão barato o lançamento ficará a partir de agora é a taxa de reutilização do estágio superior e seu custo de recondicionamento — quantos voos um determinado estágio superior sobrevive antes de precisar ser descartado, e quanto trabalho é necessário para prepará-lo entre voos. Para o Starship, isso significa observar a retenção das telhas e o tempo de giro entre voos consecutivos, não apenas se o propulsor é capturado de forma limpa. Para o resto do setor, significa observar se alguém além da Stoke Space incorpora a reutilização do estágio superior em seu roteiro, em vez de aceitar um segundo estágio descartável como o custo de fazer negócios.
Se você está modelando custos de lançamento para uma carga útil, uma constelação de satélites, ou qualquer plano que dependa de para onde vão os preços de lançamento nos próximos cinco anos, construa sua estimativa em torno da economia do estágio superior, não da cadência do propulsor. A reutilização do propulsor é um problema resolvido que gera retornos decrescentes. A reutilização do estágio superior é o problema não resolvido que realmente vai mover o preço por quilograma em órbita.