Título: AMBIENTE ESPACIALperondi/25.11.2008/CSE-403-4... · Campo Gravitacional Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais –INPE 25.11.2008 A Gravidade é considerada o efeito mais

CSE-403-4

Tópicos Especiais em Garantia de Missão e de Produto Espaciais

Título:

AMBIENTE ESPACIAL

Autores:

Nome: Ximena C. M. Cubilos

Inaldo S. Albuquerque

Pedro Ivo Pereira

Professor: Dr. Leonel Perondi

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008

Sumário1. Introdução

2. Ambiente Espacial – Efeitos / Interações

3. Radiação

4. Campo Gravitacional

5. Sol

6. Campo magnético e Vento Solar

7. Micrometeoritos / lixo espacial

8. Plasma

9. Ambiente térmico

10. Atmosfera e Vácuo

11. Ambiente de lançamento

12. Conclusão


1. Introdução

O conteúdo desta apresentação está baseado em um conjunto de palestras proferidas por:

Tommaso Sgobba, (ESA)Jack Fletcher (JPL, NASA), eGiancarlo Bussu (ESA),

no período de 10 a 14 de novembro de 2008, como parte da disciplina CSE-403-4 do Curso de Engenharia e Tecnologia Espaciais, Área de Concentração em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais.


2. Ambiente Espacial - Efeitos


2. Ambiente Espacial - Interações


Atmosfera /

vácuoAmbiente

térmico

PlasmaCampo

Magnético

Radiação

Meteoritos /

Lixo espacial

Sol

Campo

Gravitacional

Ambiente

espacial

3. Radiação


3. Radiação (Cont.)






4. Campo Gravitacional


A Gravidade é considerada o efeito mais importante no ambiente espacial nas

vizinhanças da Terra, pois é ela quem rege os parâmetros das órbitas de satélites.

Embora uma aproximação possa ser feita considerando a Terra perfeitamente

esférica, sabe-se que este não é o caso. As variações do campo gravitacional são

mais acentuadas nas orbitas LEO, cujas perturbações devem ser consideradas.

4. Campo Gravitacional (Cont.)


Influência do campo gravitacional no ser

humano.

• Um dos desafios à permanência do homem durante longos

períodos de tempo no espaço é o conhecimento ainda

incipiente das conseqüências da ausência de gravidade sobre

a fisiologia humana.

• Astronautas que retornam de longos períodos no espaço,

sofrem perda de cálcio nos ossos e também perda de massa

muscular, uma vez que a resistência a ser vencida para

mover-se é sempre bem menor do que na Terra. Estes pontos

estão sendo estudados, para que o homem possa

permanecer por mais tempo no espaço.

Temp. superf: 5.800 K

Temp. núcleo: 14 x 106 K

5. Sol


INTERIOR DO SOL

Significa a medida

correspondente à da Terra

Núcleo

FotosferaZona de

convecção

Zona de

radiação

Cromosfera

As principais influências do Sol no ambiente espacial são:

•Campo gravitacional

•Vento solar

•Extensa gama de radiação (Luz Visível, Ultra violeta, Infra-vermelho, Raios X, etc.)

Massa: 332.952

Diam: 109.2

6. Campo magnético e Vento Solar


A Terra como um imã permanente

1- O momento de dipolo magnético

terrestre está inclinado em 11° em

relação ao eixo de rotação terrestre.

2- O campo magnético terrestre

influencia a distribuição dos campos

das cargas provenientes do vento

solar

6. Campo magnético e Vento Solar (Cont.)


Vento solar e magnetosfera terrestre

• Magnetosfera é a região de atuação do campo magnético terrestre que sofre

influencia do vento solar. Ela contem partículas que ficam aprisionadas nos

cinturões de Van Allen.

• O vento solar deforma a Magnetosfera, envolvendo toda a Terra. Esta deformação

é confirmada por diversos sensores que medem o Campo magnético terrestre.

• A existência do Campo magnético terrestre nos protege do constante bombardeio

de partículas carregadas provenientes da coroa solar.

7. Micrometeoritos / Lixo Espacial


Estão presentes em quantidade

suficiente para que suas

dimensões, energia, freqüência e

efeitos de impacto sejam

considerados.

Estima-se que há mais de 9000

objetos inferiores a 10 mm em

órbita da Terra. São formadas por

lascas de tinta, partes de satélites

e partes de estágios de foguetes,

etc.

Meteoritos são fragmentos de

corpos sólidos naturais que vindos

do espaço podem penetrar a

atmosfera terrestre, se incandescer

pelo atrito com o ar e atingir a

superfície terrestre.

7. Micrometeoritos / Lixo Espacial (Cont.)


Lixo Espacial / Preocupações

- O Subcomitê Técnico-Científico do Comitê da ONU para o Uso Pacífico do Espaço

(COPUOS) aprovou as "Diretrizes para a Redução dos Dejetos Espaciais", em sua 44ª

reunião, realizada em Viena, Áustria, de 12 a 23 de Fevereiro de 2007

- Define dejetos espaciais como "todos os objetos artificiais, inclusive seus fragmentos e os

elementos componentes destes fragmentos, que estão em órbita terrestre ou regressam à

atmosfera e que não são funcionais".

- As seguintes diretrizes devem ser levadas em consideração no planejamento das missões e

das fases do projeto, de fabricação e funcionamento (lançamento, missão e descarte) das

naves espaciais e dos estágios orbitais dos veículos de lançamento.

1) Limitar os dejetos espaciais liberados durante o funcionamento dos sistemas espaciais.

2) Minimizar os riscos de desintegração durante as fases operacionais.

3) Limitar os riscos de colisão acidental em órbita.

4) Evitar a destruição intencional e outras atividades danosas.

5) Minimizar os riscos de desintegrações ao final das missões pela energia armazenada.

6) Limitar a presença prolongada de naves espaciais e fases orbitais de veículos de

lançamento na região da órbita terrestre baixa (Low Earth Orbit - LEO), no final da missão.

7) Limitar a interferência prolongada de naves espaciais e estágios orbitais dos veículos de

lançamento na região da órbita terrestre geosíncrona (GEO), no final da missão.

8. Plasma


Plasma é denominado o quarto estado da matéria.

Difere-se dos sólidos, líquidos e gasosos por ser um

gás ionizado, constituídos por átomos ionizados e

elétrons em uma distribuição quase neutra

(concentrações de íons positivos e negativos

praticamente iguais). Estima-se que 99% de toda

matéria conhecida esteja no estado de plasma, o que

faz deste o estado da matéria mais comum e

abundante do universo.

Pode causar: descargas, EMI, aquecimento,

interferência no sistema de potencia, etc.

Auroras - Luminescência visível resultante da

excitação de átomos e moléculas da atmosfera,

quando bombardeados por partículas carregadas

expelidas do Sol e defletidas pelo campo

geomagnético.

Raios - Descargas elétricas de alta corrente (dezenas

a centenas de kA) que ocorrem na atmosfera com

uma extensão usual de alguns quilômetros. A fonte

externa responsável pela geração dos raios está

relacionada com a eletrodinâmica da atmosfera.

Auroras

Raios

9. Ambiente térmico


A complexidade e a vida útil dos satélites exigem uma

análise detalhada, um projeto cuidadoso e testes

extensivos que garantam que cada parte do mesmo

permaneça dentro das suas faixas de temperatura em

todos os modos de operação e ambientes.

Os dados a serem considerados para esta análise são:

– Temperaturas admissíveis para os equipamentos.

– Modos de operação ao longo da missão.

– Energia absorvida do meio externo.

– Energia gerada internamente.

– Energia irradiada para o meio externo.

Todo o calor contido no satélite deve ser, em última

instância, emitido por radiação térmica para o espaço.

As fontes de calor incluem:

– Equipamentos eletrônicos

– Sol

– Terra

– Motores de foguetes

– Reações químicas

Balanço energético

O ambiente térmico possui papel relevante no balanço energético de satélites.

10. Atmosfera e Vácuo


A Atmosfera terrestre é extremamente complexa. Os parâmetros mais

importantes são:

• Densidade e Pressão, que variam com a altitude devido ao efeito

gravitacional.

• Temperatura, que depende da radiação solar e das correntes de

convecção atmosféricas.

• Composição química.

Os efeitos mais importantes deste ambiente são:

• Ausência de convecção.

• Degasagem ou sublimação de substâncias químicas, o que pode

levar à contaminação de partes essenciais do satélite.

• Ressecamento.

• Corrosão de materiais por Oxigênio Atômico.

• Arrasto atmosférico residual.

11. Ambiente de Lançamento


Condições impostas pelo veículo

lançador, durante a fase de lançamento

de objetos espaciais:

- Aceleração e Vibração

- Ruído Acústico

- Choque Mecânico

- Despressurização Rápida

12. Conclusão

1. Fatores que mais influenciam no projeto de satélites:

1.1. Ambientais:

a) Gravidade: Rege os parâmetros da órbita de satélites.

b) Radiação: Degradação das células solares e componentes EEE, etc.

c) Atmosfera/Vácuo: Degasagem, Ausência de convecção,

ressecamento, erosão (oxigênio atômico), arrasto

atmosférico residual.

d) Meteoritos/Lixo Espacial: Colisões / impactos.

1.2. Lançamento:De primordial importância também deverão ser considerados, no projeto, as

condições impostas durante a fase de lançamento (Aceleração/vibração,

Ruído Acústico, Choque Mecânico e Despressurização).


12. Conclusão (Cont.)


2. Ambiente Espacial e Garantia do Produto

Considerando o tema “Ambiente Espacial” podemos destacar as disciplinas de Garantia do

Produto que apresentam especial interesse no desenvolvimento de satélites:

a) Garantia da Qualidade - Considerações ambientais durante todas as fases do

programa (requisitos, procedimentos, etc.).

b) Confiabilidade - Efeitos térmicos e de radiação nos materiais e componentes EEE.

c) Segurança - Danos a pessoas e equipamentos, poluição espacial etc.

d) Materiais - Degasagem, radiação, oxigênio atômico (erosão), impacto de

micrometeoritos.

e) Componentes EEE – Análise de especificações quanto à temperatura, radiação

(TID, SEU, SEL), etc.

..pois qualquer que seja o Subsistema

a Garantia do Produto

deverá estar em Todos!

O GRUPO AGRADECE PELA ATENÇÃO


Referências de consultas

Curso Quality Assurance for Space Projects – Tommaso Sgobba – ESA

- Giancarlo Bussu – ESA

- Jack Fletcher - NASA

Curso Introdutório em Tecnologia de Satélites – Petrônio N. Souza - Inpe

Palestra sobre Radiação – Mario Celso Padovan de Almeida - Inpe

http://www.ambienteemfoco.com.br/?p=4549

http://www.comciencia.br/especial/espaco04.htm

http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Berenice/calor.html

www.inpe.br

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