AMBIENTE ESPACIAL. CSE Tópicos Especiais em Garantia de Missão e de Produto Espaciais. Título:

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1 CSE 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

2 Sumário 1. 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

3 1. Introdução O conteúdo desta apresentação está baseado em um conjunto de palestras proferidas por: Tommaso Sgobba, (ESA) Jack Fletcher (JPL, NASA), e Giancarlo Bussu (ESA), no período de 10 a 14 de novembro de 2008, como parte da disciplina CSE do Curso de Engenharia e Tecnologia Espaciais, Área de Concentração em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais.

4 2. Ambiente Espacial - Efeitos

5 2. Ambiente Espacial - Interações Radiação Atmosfera / vácuo Ambiente térmico Campo Magnético Ambiente espacial Plasma Campo Gravitacional Sol Meteoritos / Lixo espacial

6 3. Radiação

7 3. Radiação (Cont.)

8 3. Radiação (Cont.)

9 3. Radiação (Cont.)

10 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.

11 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.

12 5. Sol Massa: Diam: Significa a medida correspondente à da Terra Temp. superf: K Temp. núcleo: 14 x 10 6 K Zona de convecção Zona de radiação Fotosfera Núcleo Cromosfera INTERIOR DO SOL 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.)

13 6. Campo magnético e Vento Solar 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 A Terra como um imã permanente

14 6. Campo magnético e Vento Solar (Cont.) 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. Vento solar e magnetosfera terrestre

15 7. Micrometeoritos / Lixo Espacial 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. 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.

16 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 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.

17 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. Auroras Pode causar: descargas, EMI, aquecimento, interferência no sistema de potencia, etc. Raios 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.

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

19 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.

20 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

21 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 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).

22 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!

23 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 O GRUPO AGRADECE PELA ATENÇÃO