Como Encontrar a Melhor Solução Para Um Problema?

Olá leitor!

Segue abaixo um interessante artigo escrito pelo aluno da Universidade de Brasília (UnB), Pedro Luiz Kaled da Cás (um dos 10 alunos que foram a Ucrânia recentemente para realizar parte de seus Mestrados na Área Espacial), postado hoje (27/06) no site da Agência Espacial Brasileira (AEB), dando destaque a sua tese de mestrado que esclarece um processo que poderá beneficiar muitas áreas e atividades, inclusive espaciais. Vale a pena conferir.

Duda Falcão

Como Encontrar a Melhor Solução

Para Um Problema?

Pedro Luiz Kaled da Cás*

Minha tese mestrado na Universidade de Brasília (UnB) tenta esclarecer um processo de nome complicado – “Otimização Multidisciplinar de Projeto” -, mas que poderá beneficiar muitas áreas e atividades, inclusive espaciais.

Em inglês, o título da tese é “Multidisciplinary Design Optimization” (MDO), que pode ser traduzido como Otimização Multidisciplinar de Projeto. Basicamente, MDO é o processo de considerar todas as informações possíveis de serem obtidas em um projeto e, com isso, encontrar a melhor solução possível. A técnica MDO considera todos os aspectos e, não apenas, uma parte ou componente para tentar modelar e otimizar o problema.

Por exemplo, ao pensar em um carro, a otimização tradicional tentará fabricar o motor mais potente ou eficiente possível. A MDO, não. Ela buscará desenvolver um motor com mais potência necessária para o uso diário de uma família brasileira, levando em conta emissões, tecnologias diferentes e o custo total.

Origem Espacial da MDO – Interessei-me pelas pesquisas sobre a MDO de foguetes híbridos quando estagiei no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Na época, o IAE trabalhava na qualificação do foguete SD-2, e uma das partes mais demoradas da qualificação consistia no aperfeiçoamento do projeto aerodinâmico do foguete. Para isso, desenhávamos em empenas (asinhas) do foguete e calculávamos a massa de todas elas. Então, enviávamos tudo ao especialista em aerodinâmica do IAE para que ele calculasse a nova configuração e, depois, enviávamos ao especialista em trajetória para que ele calculasse o voo do foguete. Quando descobríamos que o projeto não estava bom o bastante, fazíamos tudo novamente.

Assim, conseguíamos testar apenas três configurações de empenas por dia. Ao voltar para Brasília e projetar um novo foguete, sentimos a necessidade urgente de uma metodologia de projeto. Deparei-me, então, com a solução dos problemas que descobrimos no IAE: a equipe Draco Volans de Aerodesign da Universidade de Brasília (UnB) já usava a MDO para resolver problemas tão complexos quanto o SD-2, como o projeto de um avião.

Após participar por ano como membro da equipe Draco, meu colega Cristiano Vilanova e eu decidimos aplicar, pela primeira vez, a técnica de MDO para otimizar uma foguete híbrido e fizemos isso utilizando algoritmos genéticos. A ideia foi totalmente nossa.

Então, decidimos resolver um problema tanto simples quanto útil: projetar o motor de reentrada do satélite do satélite SARA, em desenvolvimento no IAE com o apoio da Agência Espacial Brasileira (AEB). O ambiente era facilmente previsível – nada de atmosfera, resistência do ar ou estruturas complexas -, e o motor do SARA era só o motor e seus tanques de propelente. Usamos tecnologias inovadoras, diferentes materiais e propelentes, soluções de prateleira, até que chegamos a uma configuração leve e otimizada. Porém, ainda não estávamos satisfeitos. O SARA só levava em conta uma estrutura simples e o funcionamento do motor, e a metodologia MDO permitia muito mais.

Por isso, resolvemos aumentar aos poucos a complexidade da nossa MDO. Como próximo passo, incluímos a aerodinâmica. Nosso foguete agora poderia voar dentro da atmosfera. Para isso, otimizamos o tipo de foguete que mais sofre com a atmosfera, o foguete de sondagem. A AEB promove o lançamento de vários foguetes de sondagem todos os anos. Sabíamos, então, que nossa otimização seria muito útil. Assim, escolhemos otimizar o VS-30, foguete agora pouco usado e “pai” do VSB-30, a estrela da frota da AEB. O motor híbrido resultante se mostrou muito bem projetado e similar ao do VS-30, um foguete mais bem desenvolvido.

Após incluirmos a atmosfera, era preciso melhorar os cálculos da estrutura do foguete para sermos capazes de projetá-lo inteiro e não só o motor de um veículo. Então, o passo seguinte foi otimizar o último estágio do Veículo Lançador de Microssatélites (VLM). Nessa etapa, não buscamos apenas atender às missões do VLM como foguete híbrido, mas também melhorar o desempenho e aumentar sua carga útil. Com isso conseguimos fazer com que o lançador otimizado tivesse um estágio a menos, o que representa quase meia tonelada a menos e permite lançar satélites em uma órbita bem mais alta. Mesmo com esses avanços, ainda tínhamos o desafio de projetar um veículo lançador de satélites completo. Nessa otimização, consideramos todas as variáveis, desde a situação do mercado de lançamentos até os sistemas de controle de voo do veículo O maior impacto do uso da MDO no projeto de qualquer coisa está na formação do projetista. Um projetista experiente conhece o impacto de suas decisões sobre o projeto como um todo, de modo que o acúmulo de experiências sempre faz a diferença.

Portanto, o uso da MDO pode gerar soluções ótimas para cada uma das alternativas, e é necessário compará-las para escolher a melhor. O processo leva mais tempo, porém permite chegar mais perto do que um projetista experiente faz com muita facilidade.

* Engenheiro Mecânico e mestre em Ciências Mecânicas

Fonte: Agência Espacial Brasileira (AEB)