Número 07
Informativo INPE - 31 de Agosto de 2016

INPE investe na atualização e modernização de laboratórios de testes e qualificação de propulsores de satélites

O Laboratório Associado de Propulsão e Combustão (LCP), no INPE de Cachoeira Paulista, está desde o ano passado em processo de modernização de suas instalações de teste e qualificação de propulsores a fim de melhor atender ao programa espacial brasileiro. A iniciativa está prevista no PROPSAT, projeto do INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - com financiamento da FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos/MCTIC), sob a coordenação do pesquisador do LCP, Fernando Costa.

Segundo Costa, uma primeira parcela dos R$ 14 milhões de recursos aprovados pela FINEP, cerca de R$ 2,2 milhões, vem sendo utilizada desde 2015 na atualização dos subsistemas de aquisição, controle, vácuo e segurança dos bancos de testes de propulsores do LCP. Uma nova fase do projeto está prevista para iniciar neste segundo semestre, quando deverão ser destinados cerca de R$ 7 milhões à nova etapa de contratações.

As implementações de infraestrutura têm como objetivo não somente ampliar a capacidade de testes e qualificação de propulsores de satélites, mas também oferecer melhores condições para avançar nas pesquisas e desenvolvimentos (P&D) em propulsão química e elétrica nos próximos anos, destaca o chefe do LCP, Ricardo Vieira.

O pesquisador Fernando Costa explica que os propulsores químicos podem gerar grande empuxo (força contrária à de ejeção do propelente) em sistemas espaciais e são mais apropriados a engenhos que atuam, principalmente, na colocação de cargas úteis em órbita, mas também são utilizados no espaço exterior. Nesta área, o LCP vem se concentrando nas pesquisas e desenvolvimentos de green propellants, propelentes pouco tóxicos e de menor impacto ambiental, seguindo uma tendência mundial.

Os propulsores elétricos, por sua vez, são de baixo empuxo, operam em ambiente de vácuo, e já vêm sendo utilizados há algumas décadas em satélites geoestacionários e sondas espaciais em missões de longa duração, substituindo os propulsores químicos em algumas situações. Assim como os propulsores químicos, os elétricos são utilizados para corrigir e manter o posicionamento de satélites e sondas em órbita, como também o apontamento de sensores a determinadas direções.

Propulsão química

Os recursos do PROPSAT serão utilizados principalmente na modernização do Banco de Testes com Simulação de Altitudes (BTSA), que reproduz condições de até 130 quilômetros de altitude, e do Banco de Testes em Condições Ambientes (BTCA). Estes dois bancos ainda não haviam sido atualizados desde as suas respectivas inaugurações, em 1999 e 1997.

As instalações do BTSA, únicas na América Latina, são utilizadas para a pesquisa e desenvolvimento de tecnologias avançadas de propulsores químicos monopropelentes ou bipropelentes com empuxos de até 200 N, em condições de vácuo.

Câmara de vácuo principal do BTSA/LCP/INPE.

Para propulsores operados em condições atmosféricas, as melhorias e atualizações da infraestrutura do BTCA permitirão o desenvolvimento de motores com empuxo de até 2000 N. Para estas atividades, o LCP pretende avançar também no uso de green propellants, como etanol, metano, óxido nitroso, oxigênio e peróxido de hidrogênio. Atualmente, o BTCA testa propulsores de até 500 N, que utilizam os propelentes tetróxido de nitrogênio (oxidante) e hidrazina (combustível ou monopropelente).

Pelo PROPSAT, também está prevista a elaboração de um projeto executivo de um novo Banco de Testes de Propulsores de Médio Empuxo (BTME), para testes de propulsores químicos de até 1200 N em condições de vácuo. Segundo o pesquisador Fernando Costa, com este laboratório, ainda sem previsão de início de construção, pretende-se ampliar o leque de atendimento às demandas do programa espacial brasileiro e da indústria espacial. Nestas instalações, afirma, será possível testar e qualificar, em condições espaciais, os propulsores de maior empuxo usados em satélites geoestacionários, motores de apogeu e motores de rolamento de veículos lançadores.

LCP já testou propulsores do Satélite Amazônia e argentino SAC-D/Aquarius

Entre as últimas atividades do LCP, dedicadas ao programa espacial brasileiro, estão a integração, testes e qualificação dos propulsores de 5 N da Plataforma Multimissão (PMM), do INPE, desenvolvida para a missão do Satélite Amazônia 1. O Laboratório também realizou em 2010 testes de avaliação de um propulsor para o satélite argentino SAC-D/Aquarius, desenvolvido em parceria com a NASA/JPL, e lançado em 2011.

Segundo Fernando Costa, uma das próximas atividades do LCP será o teste e a qualificação de um propulsor de 1 N, fabricado pela empresa brasileira Fibraforte, cujo desenvolvimento contou com a transferência de tecnologia da empresa europeia Thales Alenia Space. A transferência de tecnologia de propulsão é prevista pelo contrato de fornecimento do Satélite Geoestacionário de Defesa e Comunicações Estratégicas (SGDC) e está sob a coordenação do pesquisador do LCP, Fernando Costa.

Propulsor da PMM fabricado pela empresa Fibraforte

LCP terá um laboratório de classe mundial para testes de propulsores elétricos

Pelo projeto PROPSAT, será construído e implementado o Banco de Testes de Propulsores Elétricos (BTPE), com recursos previstos de R$ 4 milhões. Com a ampliação das instalações do LCP será possível qualificar propulsores elétricos para missões do programa espacial brasileiro ou mesmo atender a agências espaciais de outros países e a indústria espacial.

Projeto da câmara de vácuo principal do BTPE no LCP/INPE

"A propulsão elétrica é uma das áreas mais promissoras no campo da propulsão espacial", destaca o pesquisador Rodrigo Intini. O pesquisador do LCP vem desenvolvendo uma série de pesquisas e atividades nesta área ao lado da equipe do pesquisador Gilberto Sandonato, do Laboratório Associado de Plasma.

As iniciativas nessa área são motivadas pela vantagem de o propulsor elétrico poder utilizar o propelente de modo mais eficiente que um propulsor químico, o que representa uma economia de espaço nos engenhos espaciais e menor custo de lançamento. Com o melhor aproveitamento do espaço no interior dos satélites, é possível transportar mais carga útil, como sensores, afirma Intini. Outra vantagem dos propulsores elétricos é a possibilidade do uso de propelentes não tóxicos.

Apesar de os propulsores elétricos não conseguirem atingir os mesmos níveis de empuxo dos propulsores químicos, pesquisas e desenvolvimentos nas últimas décadas têm conseguido melhorar seu desempenho. Estes sistemas já vêm sendo empregados em satélites construídos pelas maiores empresas aeroespaciais do mundo, como a Boeing e a Airbus.

A principal câmara de vácuo deste novo banco de testes terá 4 metros de diâmetro por 8 metros de comprimento, sendo também dotada de um sistema criogênico de bombeamento de vácuo de altíssima capacidade. Além desta câmara de vácuo, o BTPE também irá abrigar outras câmaras que já fazem parte da infraestrutura do LCP.

Uma delas foi adquirida com recursos do INPE e recebida em junho passado no LCP. Esta câmara, de 1 metro de diâmetro e 2 metros de comprimento, é conectada a um sistema criogênico de bombeamento de vácuo que recria as condições do espaço, atingindo pressões internas 100 bilhões de vezes menores do que a pressão atmosférica ao nível do mar. Com recursos recentemente aprovados pela FAPESP, será desenvolvida uma balança para medições de empuxo com precisão menor que 1 micronewton e que ficará instalada no interior da nova câmara.

Pesquisadores Fernando Costa (esq.) e Rodrigo Intini e a nova câmara de vácuo do LCP/INPE.

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