IEAv Desenvolve Tecnologias Inovadoras Para a Fabricação de Estruturas de Satélites de Pequeno Porte Com Uso de Lasers

Olá leitor!

Segue um interessante artigo postada hoje (13/11) no site do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) destacando que o instituto esta desenvolvendo tecnologias inovadoras para a fabricação de estruturas de Satélites de Pequeno Porte com uso de Lasers.

Duda Falcão

IEAv Desenvolve Tecnologias Inovadoras Para
a Fabricação de Estruturas de Satélites
de Pequeno Porte Com Uso de Lasers

Milton Sergio Fernandes de Lima
Divisão de Fotônica
IEAv – Instituto de Estudos Avançados
13/11/2017

O objetivo geral do presente projeto é desenvolver uma série de tecnologias inovadoras para a fabricação de estruturas de satélites de pequeno porte com uso de lasers para corte, soldagem, tratamentos de superfície e fabricação aditiva. Os satélites, tais como cubesats, nanosats, picosats ou femtosats, geralmente classificados como minissatélites (minisats, em inglês) serão fabricados em ligas de titânio. Os objetivos específicos da presente proposta são:

- desenvolver a tecnologia de soldagem a laser (LBW) de estrutura de titânio de minisats;

- desenvolver a tecnologia de manufatura aditiva (AM) a laser de estrutura de titânio de minisats;

- desenvolver a tecnologia de manufatura híbrida (HyM)1 de minisats;

- desenvolver a tecnologia de união entre partes fabricadas por adição de camadas AM com materiais convencionais (lingotados, extrudados ou forjados);

- lançar, em voo suborbital, pelo menos um minisat fabricado com laser.

Laser processando um tubo de titânio. Fonte: o autor.

1 No contexto da presente proposta, define-se como Manufatura Híbrica (Hybrid Manufacturing, HyM) aquela operação onde ocorre manufatura aditiva (AM) e subtrativa (usinagem) no mesmo equipamento. Seria usada, por exemplo, para melhorar o acabamento da peça após a AM e para furar os canais de passa-cabo.

Segundo um estudo realizado pela União Europeia [1], o número de nanossatélites lançados até o fim de 2017 deve chegar a 474, comparativamente a 88 unidades lançadas no ano passado. Este aumento indica uma forte tendência à miniaturização dos sistemas e componentes embarcados para cumprir missões específicas, como o mapeamento da topografia e atmosfera marciana, por exemplo, no caso do Mars EDL CubeSat NASA Mission [2]. A fabricação, testes e lançamentos de pequenos satélites são realizados fundamentalmente por empresas (45,9%) ou universidades (37,4%), seguidos por agências governamentais, militares, institutos de pesquisa e ONGs, os quais totalizam 15,6% [2]. Portanto, trata-se de uma série de tecnologias que apresentam caráter tecnológico e de inovação, e com alta potencialidade de comercialização.

O Brasil está apenas iniciando os seus estudos e pesquisas na área, mas com alguns casos de sucesso. Pode-se citar o caso da missão completa do “Sistema Espacial para Realização de Pesquisa e Experimentos com Nanossatélites” da Universidade de Brasília (UnB) que foi lançado ao espaço no dia 17 de dezembro de 2015, a partir da Estação Espacial Internacional, e o UBASAT construído por alunos da rede pública da cidade de Ubatuba, no litoral do estado de São Paulo. O ITA possui um projeto, chamado ITASAT, focado na formação de recursos humanos e nacionalização de componentes de um minisat do tipo 6U. A Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) e o Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) desenvolvem o NANOSATC-BR2, microssatélite do Programa NANOSATC-BR, já tendo lançado com sucesso o NANOSATC-BR1. No entanto, nenhum dos grupos de pesquisa nacional se dedica à estrutura do minisats, adquirindo módulos importados para a sua montagem e integração.

A disponibilidade de uma plataforma composta pela estrutura básica de um minisat permitirá a capacitação na área de fabricação, testes, integração, ensaios, lançamentos, coleta e tratamento de dados, com possibilidade de incorporar recursos humanos de diferentes áreas do conhecimento.

Como foi comprovado pelas ações realizadas pela FAB no Centro de Lançamento da Barreira do Inferno (Parnamirim, RN) e no Centro de Lançamento de Alcântara (Alcântara, MA), as atividades espaciais tem capacidade de impactar positivamente na comunidade local. Vários cursos de extensão são eventualmente ofertados à comunidade local, incluindo as populações quilombolas e indígenas.

Além do caráter de desenvolvimento tecnológico e extensionista do projeto, o setor produtivo será um grande beneficiário dos desenvolvimentos, uma vez que poderá contar com uma plataforma multitarefa e customizável por uma fração mínima dos custos de um satélite de grandes dimensões, ou pela compra de pacotes de serviços de satélites americanos, europeus, chineses ou indianos.

Fonte: o autor
Corte transversal da solda do titânio, sem defeitos e
com excelente qualidade.

Pode-se dividir a potencialidade da presente proposta para o setor produtivo em duas cestas tecnológicas: estrutura base de minisats ou tecnologias derivativas. No primeiro caso, empresas do setor aeroespacial (e.g. Visiona, Embraer e Telebras), agronegócios (e.g. Embrapa) ou segurança (e.g. Odebrecht Defesa e Tecnologia e G4S), podem se interessar em adquirir tecnologia para construção rápida e automatizada de estruturas de minisats em titânio. No segundo caso, existe uma série de tecnologias resultantes do esforço tecnológico da proposta, a saber:

- soldagem a laser: empresas do setor automotivo, metal-mecânico e aeronáutico.

- soldagem do titânio: empresas de implantes, artigos esportivos de alto desempenho e aeroespacial.

- manufatura aditiva: todas as empresas de tendência Industrie 4.02 [3].

- manufatura aditiva do titânio: empresas de implantes, artigos esportivos de alta performance e aeroespacial.

- manufatura híbrida: todas as empresas de tendência Industrie 4.0 [4].

- união entre peças maciças e fabricadas por AM: inovador do ponto de vista industrial, esta tecnologia pretende resolver o problema da união entre partes maiores e aquelas fabricadas por AM. A demanda se faz sentir no exterior, mas deve chegar em breve ao Brasil.

- lançamentos suborbitais: testes de equipamentos a serem embarcados em aviões e lançadores e lançamentos estratégicos 3.

2 O termo Industrie 4.0 teve origem de um projeto estratégico de alta tecnologia do Governo Alemão, que promove a informatização da manufatura. Os processos laser são intrinsecamente digitais e pioneiros no uso da nuvem e criptografia de dados.

3 Lançamentos estratégicos podem ser realizados, por exemplo, em mata fechada, onde o exército precisa monitorar movimentos de elementos hostis por um curto espaço de tempo. O satélite fornece imagens de ampla largura espectral ou datalink durante a operação e, após, se autodestrói.

4 TRLs (Technology Readiness Levels) é o método de estimativa do grau de maturidade de uma determinada tecnologia. É baseada numa escala de 1 a 9, sendo 9 o grau que indica o maior grau de maturidade.

Sabe-se, de longa data, que os desenvolvimentos espaciais geram produtos derivados de alto valor comercial. Como exemplo, temos as tecnologias spin-off da NASA, como células solares fotovoltaicas, pneus reforçados com aço, fórmulas de leite em pó para lactentes e próteses de órgãos. Outras demandas tecnológicas podem ocorrer dependendo da maturidade tecnológica dos produtos e processos, segundo seus próprios TRLs4 [4], dos desenvolvimentos paralelos e das condições econômicas do país.

Longarina em aço fabricada por manufatura aditiva e modelo
de simulação de distorções de ordem térmica.

A demanda por fabricação de satélites de pequenas dimensões atende à Estratégia Nacional de Defesa [6] no que tange “a fabricação de satélites de baixa e de alta altitude, sobretudo de satélites geoestacionários, de múltiplos usos”. A END ainda dispõe que: “O Sistema de Defesa Aeroespacial Brasileiro (SISDABRA), disporá de um complexo de monitoramento, incluindo o uso de veículos lançadores, satélites, aviões de inteligência e respectivos aparatos de visualização e de comunicações, que estejam sob integral domínio nacional”. Portanto, projetar e fabricar satélites encontra-se no cerne do setor estratégico aeroespacial e a proposta se enquadra dentro dos projetos estratégicos da Força Aérea Brasileira (FAB). A tecnologia pode inclusive ser parte integrante do conjunto de atividades logísticas mobilizadoras em áreas de conflito, assegurando a supremacia área de uma região por meio de aeronaves tripuladas e não-tripuladas, em conjunto com uma quantidade de nanosats de baixa altitude.

Referências:

1 E. Kulu (2017) Nanosatellite & CubeSat Database: NewSpace Constellations, Nanosat Companies, CubeSat Technologies and Instruments. Disponível em http://www.nanosats.eu/. Acessado em 20/07/2017.

2 Jet Propulsion Laboratory (2014) Mars CubeSat/NanoSat Workshop. California Institute of Technology, 20-21 Nov. 2014, Apresentações disponíveis em https://marscubesatworkshop.jpl.nasa.gov/schedule. Acessado em 20/07/2017.

3 A. Issa, D. Lucke, T. Bauernhansl (2017) Mobilizing SMEs Towards Industrie 4.0-enabled Smart Products. Procedia CIRP, vol. 63, pp. 670-674.

4 V. Badescu, E. Musk (2014) International Handbook of Space Technology. Springer, 2014, 731p.

Estudo de desenvolvimento tecnológico iniciando no TRL 3 e devendo culminar no TRL 6 ou 7 em quatro anos.


Fonte: Site do Instituto de Estudos Avançados (IEAv)

Comentário: Olha, iniciativa louvável do IEAv se realmente for um iniciativa séria com o intuito de realmente apresentar resultados concretos a sociedade. Tomara que não seja mais um daqueles projetos de power point. Porém as vezes eu me pergunto se os pesquisadores desses institutos do PEB estão realmente antenados ou se realmente se preocupam com a realidade do programa espacial ao qual eles estão inseridos? Enfim, tá aí o artigo.

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