COPPE desenvolve primeiro sistema de proteção térmica para microsatélite

Pesquisadores da COPPE acabam de concluir um estudo, inédito, que levará o Brasil a um significativo avanço na área espacial. Trata–se de um sistema de proteção térmica para microsatélites, que inclui a preservação de experimentos científicos transportados em veículos orbitais. O sistema será usado no primeiro satélite brasileiro preparado para operar em microgravidades, denominado SARA, que será lançado até o final deste ano. O objetivo é impedir que este sofra danificações ao retornar à atmosfera terrestre. Sem essa proteção, os satélites não resistem ao agressivo ambiente térmico que envolve a atmosfera do planeta. Até então, o Brasil não detinha esta tecnologia, restrita a poucos países, e estratégica para a realização de pesquisas de ponta no espaço.

Coordenado pelo professor Renato Machado Cotta, o estudo foi desenvolvido por um grupo de seis pesquisadores do Laboratório de Transmissão e Tecnologia do Calor da COPPE. Ao todo, foram três anos de trabalho para desenvolver e projetar esse sistema de proteção térmica.

Por não possuir um sistema de proteção térmica, os microsatélites de origem brasileira lançados até hoje no espaço apenas transmitem informações e os dados coletados. Os que retornaram foram destruídos ao entrar na atmosfera terrestre. “Isso ocorre devido a altíssima velocidade e temperatura atingidas no trajeto de retorno. Por isso a proteção térmica é tão importante para garantir a integridade dos veículos espaciais. O acidente ocorrido com o ônibus Columbia, em fevereiro passado, por exemplo, se deu devido a danificação no sistema de proteção térmica”, explica Cotta. Segundo o professor, o objetivo do sistema concebido na COPPE é preservar o satélite e a carga científica por ele transportado. “Não é possível realizar pesquisa no espaço e trazer de volta os experimentos sem este tipo de proteção. Para se ter uma idéia, esta tecnologia é um fator considerado tão estratégico para os países que quem a detém não vende, não troca e nem faz negócio.”

Para concluir o trabalho, os pesquisadores da COPPE se debruçaram em números e testes: calcularam o aquecimento aerodinâmico que ocorre na entrada da atmosférica; analisaram a transferência de calor em materiais ablativos (que se queimam para proteger uma outra estrutura) e não-ablativos de proteção térmica; avaliaram as tensões ocorridas nos materiais de proteção térmica e sua capacidade de resistência.

Trabalho Recompensado

Agora, os experimentos do país serão levados ao espaço e suas reações a ambientes de pequena gravidade ao solo poderão ser avaliadas pelos pesquisadores brasileiros. Isto trará uma grande contribuição para o desenvolvimento científico brasileiro, uma vez que os profissionais terão como projetar novos produtos e melhorar a eficiência de seus trabalhos a partir das informações trazidas pelos experimentos. Como os microsatélites atuais apenas transmitem informações, não possibilitam aos pesquisadores fazer uma análise física e direta de experimentos realizados no espaço.

“Dominando esta tecnologia, também não será mais necessário enfrentar as filas de espera de lançamentos dos foguetes de sondagem, realizados por órgãos internacionais, que levam experimentos para verificar suas reações em ambiente de microgravidade. Os pesquisadores brasileiros ganharão um tempo precioso, além de economizar financeiramente”, afirma Renato Cotta.

A economia de custos é outra vantagem que o projeto SARA proporcionará ao País. Segundo Paulo Moraes Júnior, chefe da Divisão de Sistemas Espaciais (ASE) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) e coordenador do projeto SARA, os custos de uma operação no espaço são medidos pelo tempo de utilização do satélite e peso da carga transportada. “Para se ter uma idéia da economia que faremos, um foguete de sondagem custa cerca de US$ 10 mil dólares por cada quilo de carga, a cada uma hora. Já o SARA poderá custar aproximadamente mil dólar p/Kg.h.”, afirma.

O SARA deverá entrar em órbita no final deste ano, após incessantes pesquisas. Ele poderá ter como principais usuários as Universidades, os Institutos de Pesquisas, a indústria nacional, o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), o Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) e os consórcios internacionais. Os maiores benefícios aguardados com a operação do microsatélite são o domínio da tecnologia de reentrada atmosférica; o baixo custo de experimentação em microgravidade, a contribuição e participação em programas espaciais internacionais, a participação de indústrias e centros de pesquisas nacionais e a exploração comercial de tecnologias de materiais processados.

Saiba Mais

A Amplitude do Projeto

O SARA faz parte do projeto UNIESPAÇO, financiado pela Agência Espacial Brasileira (AEB), através do Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE). Os estudos preliminares tiveram o seu início em 1995, sob a coordenação geral do Dr. Paulo Moraes Júnior, da Divisão de Sistemas Espaciais (ASE), pertencente ao IAE. A equipe da COPPE, responsável pelo desenvolvimento da proteção térmica do microsatélite, começou a atuar a partir de agosto de 1999. Também participaram do projeto pesquisadores da Divisão de Mecânica Orbital e Controle (DMC) do INPE.

O microsatélite foi projetado para ficar até 10 dias em órbita baixa, a cerca de 300 Km do solo terrestre, em cada operação. Ele pesará aproximadamente 150 Kg, tendo carga útil de 25 Kg e terá capacidade de transportar experimentos científicos e tecnológicos de pequeno porte. Ao retornar à atmosfera terrestre a velocidade do SARA será reduzida por um sistema de pára-quedas, juntamente com um atenuador de impacto do tipo air-bag. Isto porque quando estiver retornando de uma altitude de 300 Km, sua velocidade será de 7.360 m/s e, no momento de impacto com o solo, esta velocidade seria normalmente de 62m/s, necessitando da ação dos redutores de velocidade para que chegue a 10m/s, considerada como ideal pelos pesquisadores do Projeto.

A redução da velocidade do microsatélite terá seu início na entrada da atmosfera terrestre, a uma altitude de 90 Km, após atingir 7.865 m/s, devido à ação gravitacional. É nesse ponto que o SARA sofrerá um grande choque térmico superior a 3 MW/m2 (um calor equivalente ao de 30 mil lâmpadas de 100 watts acesas), que poderia ocasionar sua destruição total, caso não houvesse a proteção desenvolvida pela COPPE. A velocidade começa a se reduzir consideravelmente a partir do contato com a atmosfera terrestre devido a influência do atrito com ar.