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Garrafas PET, água, ar comprimido e paixão pelo espaço! São esses os ingredientes para construção e lançamento dos foguetes do nível 3 da MOBFOG – A Mostra Brasileira de Foguetes, uma competição estudantil irmã da célebre OBA – Olimpíada Brasileira de Astronomia.
Estudantes do 6° ao 9° ano do ensino fundamental de escolas públicas e privadas de todo o Brasil participam do nível 3 da MOBFOG, competem pelas medalhas que premiam os foguetes com maior alcance. Mas muito mais valiosos que a premiação são o espírito de colaboração e a oportunidade prática de aprendizado de conceitos de física, matemática e tecnologia aeroespacial proporcionados pela empolgante atividade.
Foguete nível 3 da MOBFOG 2023 de alunas do clube Meninas na Ciência, montado na plataforma de lançamento no campo do INPE em São José dos Campos para uma bateria de ensaios de avaliação. Após a análise dos voos, modificações foram realizadas para otimizar o desempenho dos foguetes!
Em São José dos Campos (SP) , um polo de pesquisa e desenvolvimento na área aeroespacial, os professores e estudantes de escolas públicas municipais ganharam o reforço de pesquisadores e técnicos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE/DCTA) no planejamento e análise do voo dos foguetes.
Para visualizar a dinâmica de voo dos velozes foguetes, o Laboratório de Registro de Imagens do IAE registrou os lançamentos em vídeo de alta velocidade, a 1000 quadros por segundo, permitindo analisar em detalhes a fase inicial do voo e identificar falhas de construção que prejudicam o desempenho dos foguetes.
E o que podemos aprender com os foguetes da MOBFOG?
Captura de tela do software Tracker com o lançamento de um foguete nível 3 da MOBFOG. Os gráficos à direita são do deslocamento e da velocidade do foguete em função do tempo. [créditos LRIM/IAE]
Analisando os vídeos com o software de rastreio TRACKER (um programa aberto e gratuito!), podemos acompanhar o deslocamento do foguete quadro a quadro. Plotando em um gráfico o deslocamento em função do tempo temos uma representação visual de cada fase do voo, identificando a evolução da velocidade do foguete. O Tracker está disponível para download para os os sistemas operacionais Linux, Mac OS X e Windows ou pode ser executado online em sua versão em JavaScript.
Assim que o foguete é liberado e inicia seu movimento, vemos um aumento constante da velocidade. Em seguida, o foguete deixa a base e a velocidade passa a variar com uma taxa mais elevada, mas aproximadamente constante, até que toda a água em seu interior é liberada. A partir daí o foguete segue uma trajetória balística, sujeita apenas a ação da gravidade e da resistência do ar.
A geometria do foguete tem um papel importante em seu desempenho. A posição e o formato das empenas e a posição do centro de gravidade podem torná-lo mais ou menos instável e interferir no alcance máximo. A contribuição desses fatores fica evidente na análise de vídeo.
Mas a maior surpresa pode vir dos valores de velocidade máxima e aceleração que os pequenos foguetes de garrafas PET podem atingir. Acelerações de 100g e velocidades acima de 60m/s foram registradas! Isso reforça a necessidade da estrita observação das normas de segurança: uso de Equipamento de Proteção Individual (EPI), sinalização e isolamento da área de lançamento!
E se tudo for feito com segurança, os lançamentos são um excelente recurso prático para o aprendizado de conceitos físicos como velocidade, aceleração, empuxo, pressão, momento e para a interpretação de gráficos.
O Veículo HANBIT-TLV, montado na plataforma de lançamento CLS (Coalesced Launch System), durante a preparação para o lançamento na Operação Astrolábio. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]
Desde sua criação, o Centro de Lançamento de Alcântara (CLA), tem servido com excelência às demandas do Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE), fornecendo infraestrutura e apoio ao lançamento dos veículos suborbitais brasileiros. Esta infraestrutura é fundamental para o programa brasileiro de experimentos em microgravidade, através do lançamento de veículos suborbitais nacionais. Brevemente o centro dará também suporte a operações nacionais de satelitização com o Veículo Lançador de Microssatélites VLM – em desenvolvimento pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) com participação da indústria nacional.
Área de Preparação e Lançamento do Centro de Lançamento de Alcântara – CLA
Posicionado numa posição privilegiada, com baixa densidade demográfica, baixo fluxo de tráfego aéreo, sem ocorrência de terremotos ou furacões e localizado apenas 2º ao sul da linha do equador – uma grande vantagem para inserção de satélites em órbitas de baixa inclinação – o CLA tem potencial para atrair também operadores internacionais de veículos espaciais. E este potencial começa a se materializar com a assinatura do contrato com a startup coreana INNOSPACE, para o primeiro lançamento de um veículo espacial privado nas instalações do CLA.
Este novo capítulo na história do CLA – a caminho da implementação do que será o Centro Espacial de Alcântara (CEA) – consolidará Alcântara como um importante espaçoporto internacional. As operações privadas no Centro, aumentarão a cadência de lançamentos, elevando o nível de prontidão e capacitação das equipes e meios utilizados nas atividades de apoio, preparação e lançamento de veículos espaciais. Um ganho valioso para o Centro, mas que também se reverte em fomento à indústria aeroespacial brasileira e ao desenvolvimento regional em Alcântara através da injeção de recursos na economia local e na geração de empregos diretos e indiretos.
O HANBIT-TLV posicionado verticalmente pela primeira vez na plataforma de lançamento. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]
Mas a inovação não vem somente na abertura do CLA a empresas privadas. A empresa INNOSPACE (que traz a inovação estampada em seu nome e em seu slogan: Innovation for Space. Space for Innovation.”) realiza na operação Astrolábio o primeiro teste de seu motor de propulsão híbrida HyPER15 – um motor com propelente sólido a base de parafina e oxigênio líquido como oxidante, capaz de produzir 150 quilonewtons de empuxo. A tecnologia inovadora permite construir motores simples, baratos e seguros com controle de empuxo, fundamentais para a inserção precisa de satélites em órbita. A qualificação do motor HyPER15 num voo suborbital do foguete HANBIT-TLV (Test Launch Vehicle) será a luz verde para o desenvolvimentos da família de lançadores de pequenos satélites (SSLV) HANBIT em suas versões Nano, Micro e Mini, atendendo a demanda atual do mercado espacial, por lançadores para satélites menores e mais leves e mais baratos.
Integração do veículo HANBIT-TLV no Prédio de Preparação de Propulsores do Centro de Lançamento de Alcântara. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]
Sobre a operação de lançamento, o Dr. Soojong Kim, CEO da INNOSPACE, revela seu entusiasmo:
“Estamos muito empolgados para fazer nosso voo espacial inaugural aqui no Centro de Lançamento de Alcântara. Esse é um momento histórico para todos nós. É a primeira vez que uma empresa coreana realiza um lançamento fora de seu território e também somos a primeira empresa estrangeira lançando em território brasileiro. O HANBIT TLV é um lançador suborbital transportando uma carga útil brasileira e empregando um motor híbrido de 150 quilonewtons de empuxo – o maior a ser usado em um SSLV – e será lançado este mês. Estamos encantados pela beleza de Alcântara e pela hospitalidade brasileira, especialmente por parte da Força Aérea Brasileira e pelo governo do Brasil. Esperamos desenvolver essa relação e construir uma sólida parceria para nossas futuras operações.” Soojong Kim, CEO da INNOSPACE.
Aqui no Céu Profundo também estamos entusiasmados com a operação e seguiremos acompanhando a campanha de lançamento e manteremos informações atualizadas em nosso Twitter e no Instagram. Aproveite para nos seguir e não perder nenhum detalhe deste momento histórico.
Integração e testes do SISNAV (Sistema Inercial de Navegação), carga útil nacional embarcada no HANBIT-TLV e desenvolvida pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) – órgão do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]Teste de elevação do veículo HANBIT-TLV na Plataforma de Lançamento. Ao fundo, a TMI (Torre Móvel de Integração). [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]Transporte do HANBIT-TLV para a plataforma de lançamento CLS. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]Equipe da INNOSPACE após a primeira instalação do HANBIT-TLV no lançador. [imagem: INNOSPACE/@ceuprofundo]
Foguete VSB-30 é lançado com sucesso a partir do Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) na Operação Santa Branca. Este é o 6º VSB-30 lançado a partir do CLA. [imagem: Divulgação/Agência Espacial Brasileira/Força Aérea Brasileira].
Menos de 12 meses após o sucesso da Operação Cruzeiro, que realizou o primeiro voo do projeto de veículo hipersônico 14-X, acelerado por um foguete VSB-30 realizando a função de Veículo Acelerador Hipersônico (VAH), a Força Aérea Brasileira (FAB) e a Agência Espacial Brasileira (AEB) anunciam o sucesso de mais uma operação no Centro de Lançamento de Alcântara.
O VSB-30 é um veículo suborbital de dois estágios, da família de foguetes de sondagem brasileiros, com capacidade para transportar cargas úteis de até 400kg em voos com apogeu nominal de 250 km com tempo de voo superior a 6 minutos acima dos 100km de altitude, conforme dados do Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE) 2012-2021 e de apresentação do DCTA no COPUOS – Comitê das Nações Unidas para o Uso Pacífico do Espaço (2014).
O veículo VSB-30 deixa o lançador para o voo do qualificação da Plataforma Suborbital de Microgravidade (PSM). [imagem: Divulgação/Força Aérea Brasileira/Agência Espacial Brasileira]
O VSB-30 é o primeiro veículo espacial brasileiro a receber certificação de tipo, garantindo confiabilidade e rastreabilidade nos processos de produção deste foguete que além de atender o programa espacial brasileiro é utilizado pelo DLR (Centro Aeroespacial Alemão) para lançamentos suborbitais que atendem o programa europeu de experimentos em ambiente de microgravidade, substituindo os foguetes britânicos SKYLARK, descontinuados em 2005. A gerência do projeto VSB-30 cabe ao Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), subordinado ao Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). O IAE é responsável pela preparação e integração do veículo, pelo carregamento dos motores, por toda a campanha de ensaios e pela coordenação geral e técnica da operação.
A Operação Santa Branca
De acordo com a AEB a Operação Santa Branca tinha como objetivo qualificar em voo a Plataforma Suborbital de Microgravidade produzida pela empresa brasileira Orbital Engenharia. Com a nacionalização deste componente, o veículo VSB-30 passa a ser um foguete 100% nacional e garante autonomia para que o Brasil ofereça este serviço para clientes que necessitem voos suborbitais que proporcionam 6 minutos em ambiente de microgravidade .
Conversamos com representantes da AEB, do INPE e da Orbital Engenharia sobre o sucesso da missão e sobre sua importância para o Programa Espacial Brasileiro e para a independência científica e tecnológica do Brasil.
Presidente da Agência Espacial Brasileira, Coronel Carlos Moura, inspeciona a carga útil recuperada após o voo do VSB-30 na Operação Santa Branca. [imagem: Divulgação/AEB].
No bicentenário da Independência, buscamos a Independência no espaço.
Sobre a importância da nacionalização de todos os componentes do VSB-30, o presidente da AEB, Coronel Carlos Moura nos conta : “O Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE 2022-2031) preconiza a busca da “não dependência”. Portanto, desenvolver, no País, a capacidade de conceber, projetar, produzir e operar os componentes e os sistemas do VSB-30 alinha-se com esse objetivo. Traz mais flexibilidade para a realização de operações de forma autônoma e amplia a possibilidade de o Brasil participar do mercado espacial com seus institutos de pesquisa e desenvolvimento e o setor privado.“
O presidente da AEB ressalta ainda a importância do programa de microgravidade para o desenvolvimento da ciência nacional e para impulsionar a indústria aeroespacial brasileira: “O Brasil é um dos poucos países com capacidade de realizar operações suborbitais em ambiente de microgravidade (imponderabilidade). O Programa de Microgravidade, conduzido pela AEB, é uma maneira de fomentar a participação de nossas instituições nesse segmento, tanto para pesquisas científicas, como para desenvolvimentos tecnológicos. Há interesse nacional e internacional nesse tipo de experimentação em microgravidade, como, por exemplo, pelo setor de fármacos. Assim, uma vez estabelecida a capacidade interna de organizar e realizar operações desse tipo, empregando veículo e infraestrutura de solo nacionais, fica-nos viável promover a inserção do País no mercado internacional via, principalmente, a exploração dessas atividades pelo setor privado.“
Dr. Chen (INPE) analisa o experimento SLEM (Solidificação de Ligas Eutéticas em Microgravidade) após voo da Operação Santa Branca. [Imagem: Divulgacão/Força Aérea Brasileira/INPE]
A Carga Útil
O Dr. Chen An, da Divisão de Materiais do INPE nos conta que o voo do VSB-30 permite a “realização de experimentos em condições de microgravidade (imponderabilidade) para o estudo de fenômenos físicos sem a ação resultante da força da gravidade terrestre“. O Dr. Chen é o coordenador de um experimento embarcado como carga útil na Operação Santa Branca. O SLEM (Solidificação de Ligas Eutéticas em Microgravidade) é um experimento que realiza a fusão de metais em um forno embarcado no foguete e em seguida solidifica a amostra durante o período em que o veículo atinge as condições de microgravidade.
O sucesso na qualificação da PSM foi o elemento determinante para atingir as condições de voo requeridas pelo experimento do Dr. Chen. Após o voo, com apogeu de 227km, o êxito na recuperação da carga útil depois de sua queda no oceano a 185km da costa permitiu o resgate do experimento, garantindo a possibilidade de análise em laboratório das amostras solidificadas em microgravidade.
Sobre a PSM, conversamos com Célio Vaz, Diretor da Orbital Engenharia que nos conta: “A Plataforma Suborbital de Microgravidade PSM, possui a função de viabilizar a realização de experimentos científicos e tecnológicos no espaço, em um ambiente, proporcionado pela própria plataforma, que chamamos de microgravidade. A PSM representa um marco importante no desenvolvimento das tecnologias espaciais no Brasil, pois ela torna possível a nosso País realizar pesquisas no espaço de modo independente e, também, oferecer estes serviços no mercado internacional.“
Ações de Educação e Divulgação Científica.
Além das ações diretamente ligadas ao lançamento, o Plano Nacional de Atividades Espaciais prevê ainda ações de sensibilização da opinião pública em relação à temática espacial. Neste sentido, nós do Projeto Céu Profundo demos nossa contribuição conduzindo sessões de observação telescópica em escolas e na Praça da Matriz, no centro histórico de Alcântara, complementando a programação de palestras ministradas por representantes da AEB, do INPE e da Secretaria de Educação de Alcântara.
O Projeto Céu Profundo em parceria com a Escola Caminho das Estrelas e o Museu Histórico de Alcântara promoveu duas noites de observação do céu, apresentando os planetas Júpiter e Saturno através de telescópios num evento aberto à comunidade na Praça da Matriz em Alcântara – MA. O evento teve participação da AEB, do INPE e da Secretaria Municipal de Educação de Alcântara.A notável presença de público nas duas noites de observação conduzidas pelo Projeto Céu Profundo e viabilizadas pela Escola Caminho das Estrelas e pelo Museu Histórico de Alcântara evidenciam o interesse por da população de Alcântara por temas espaciais.
A complexa operação de lançamento envolveu diversas organizações, a começar pelo Centro de Lançamento de Alcântara (CLA), sede da operação, e incluindo o IAE (fabricante do veículo), IFI (órgão de certificação), Centro de Lançamento da Barreira do Inferno (rastreio radar), Orbital (fabricação da PSM), INPE (experimento embarcado), os esquadrões aéreos 1º/8ºGAv e 7º/8º GAv (recuperação da carga útil), 3º/7º GAv (esclarecimento e patrulha) e do PARA-SAR (recuperação da carga útil).
A sinergia no operação conjunta de todos esses atores evidencia que o Espaçoporto de Alcântara tem plena capacidade de oferecer com segurança e excelência serviços de infraestrutura e apoio para lançamentos espaciais, trazendo para o Brasil a possibilidade de exploração de um crescente e exigente mercado na Nova Era Espacial.
