Engenharia e Tecnologia Espaciais Projetos e Aplicações de Sistemas Espaciais

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1 Engenharia e Tecnologia Espaciais Projetos e Aplicações de Sistemas Espaciais Catanduva, 07 de outubro de 2014 Leonel F. Perondi

2 Sumário 1. Introdução e Uso do Espaço 2. Órbitas 3. Ambiente Espacial 4. Subsistemas de um Satélite 5. Integração e Testes 6. Transporte e Lançamento 7. Segmento Solo 8. Sistema Espacial e Gerenciamento 9. Programa Nacional de Atividades Espaciais 10. Exemplos de Aplicações Espaciais 11. Considerações Finais 12. INPE

3 1. Introdução O QUE SÃO SISTEMAS ESPACIAIS O AMBIENTE ESPACIAL MISSÕES ESPACIAIS PROJETO, FABRICAÇÃO E OPERAÇÃO DE SISTEMAS ESPACIAIS APLICAÇÕES DE SISTEMAS ESPACIAIS I PROGRAMA ESPACIAL BRASILEIRO O INPE PROGRAMA SINO-BRASILEIRO DE RECURSOS TERRESTRES PROGRAMA MECB CICLO DE VIDA DE PROJETOS ESPACIAIS

4 Uso do Espaço Aplicações Sensoriamento Remoto Comunicações Meteorologia

5 Uso do Espaço LOCALIZAÇÃO

6 Uso do Espaço CIÊNCIA CHANDRA, Raios-X

7 2. Órbitas V g

8 Elementos orbitais Inclinação i i = 25 i = 82 i = 0 i = 90 0 <i<90 90 <i<180 Equatorial Polar Direta Retrógrada

9 3. Ambiente Espacial Atmosfera Ambiente Térmico Campo Magnético Campo Gravitacional Ambiente Espacial Plasma Meteoritos Radiação Sol

10 Atividade Solar Tempestades Magnéticas

11 Atividade Solar O sol emite continuamente um fluxo supersônico de plasma, o VENTO SOLAR. A interação do VENTO SOLAR com o campo magnético da terra forma a MAGNETOSFERA EJEÇÕES CORONAIS DE MASSA são os principais fenômenos transientes que perturbam o VENTO SOLAR

12 Ambiente Térmico Temperatura de Equilíbrio depende de a (absortância), e e (emitância) do material T eq 4 Aabsa sol A e trans Revestimento a e T equil em órbita da Terra Tinta o C Branca Tinta Negra o C : 1370 W/m 2 A abs : área de absorção de calor A trans : área de transmissão de calor : Const. Boltzman =1.8E-8 W/m 2 K 4 Alumínio o C polido Ouro polido o C

13 Detritos Mais de 9000 objetos < 10mm Estatísticas para obj. < 3mm Modelos (NASA) Partículas, lascas de tinta, partes de satélite partes de estágios superiores Minimização do risco Estimar probabilidade de choque Incluir medidas preventivas no projeto

14 4. Segmento Espacial Constituído por um ou mais Satélites em órbita (Constelação) Cada Satélite é constituído por: Plataforma Carga Útil Submetidos ao ambiente espacial

15 Subsistemas de um Satélite Arquitetura de uma Plataforma I/F Solo I/F Lançador I/F Carga Útil TT&C Atuadores Sensores Controle de Atitude Gestão de Bordo Controle Térmico Propulsão Suprimento de Potência Estrutura

16 Energia Subsistema de Suprimento de Potência Funções: geração de energia elétrica (geralmente através de painéis solares), estocagem de energia em baterias, condicionamento, conversão e regulação de potência, distribuição da potência aos diversos equipamentos Gerador Solar Condicionamento Distribuição Equipamento 1 Equipamento 2 Armazenagem Equipamento n

17 Geração de Potência Elétrica Geradores Solares P P P No corpo t Painel Fixo Painel Móvel t t

18 Comunicação Telecomunicações de Serviço (TT&C) Funções: transmissão ao solo de informações de status do satélite (telemetrias), recepção, decodificação e envio de telecomandos a bordo, medidas de distância ( ranging )

19 Controle de Atitude Gradiente de Gravidade (1 o - 5 o ) Três Eixos (0.01 o - 1 o ) Controle de Órbita e Atitude Funções: Apontamento da Carga Útil e Painel Solar Determinação da orientação, Determinação e correção de órbita Rotação (0.1 o - 1 o )

20 Determinação de Atitude Sensores: giroscópio Medidas: velocidades angulares Precisão: o /hora

21 Determinação de Atitude Sensores: magnetômetro Medidas: direção do campo magnético Terrestre Precisão: 0.5 o a 3 o campo magnético N magnetômetro Terra

22 Determinação de Atitude medida do sensor solar Determinação de Atitude medida do magnetômetro medida do sensor de estrelas

23 Controle de Atitude Atuadores: rodas de momento

24 Controle de Atitude Atuadores: bobinas magnéticas campo da bobina campo magnético da Terra

25 Controle de Atitude Atuadores: propulsores ( thrusters ) te posicionamento

26 Controle de Atitude Função: fornecer o impulso necessário às manobras de correção de órbita e atitude determinadas pelos dados providos pelo AOCS. mono, bi-propelente tanque válvula H 2 transdutor válvula hidrazina thrusters

27 Controle Térmico Objetivo: Manter cada equipamento funcionando dentro de seu intervalo de temperatura Ex: Bateria, entre 0 o C e 20 o C Tipos de Controle: ATIVO: aquecedores, dutos de calor, persianas PASSIVO: revestimentos, isoladores térmicos (MLI)

28 Controle Térmico Revestimentos TINTAS NEGRAS SELETIVAS 1.0 a METAIS COM ACABAMENTO EM JATO DE AREIA TINTAS NEGRAS METAIS NÃO POLIDOS 0.5 TINTASCINZA METAIS POLIDOS FILME DIELÉTRICO SOBRE METAL POLIDO TINTAS METÁLICAS TINTAS BRANCAS e

29 SCD1, SCD2 Massa: 115 kg Dimensões: 1 m x 1 m Potência: 80 W EOL Estabilização: rotação Orbita: circular 750 km Inclinação: 25 o ( 14 orbitas por dia com 8 passagens sobre o Brasil ) SCD1 lançado em fevereiro/93 SCD2 lançamento em Outubro/98

30 SCD1, SCD2 Tempo de Vida Órbita Índice de Nacionalização Custo (MUS$) Velocidade de Rotação Carga Útil Experimental Orientação do Eixo de Rotação Probabilidade de Acesso ao Satélite SCD % de confiabilidade 25 o circular a 750 km 73% rpm a 0 rpm (sem controle) Computador de Bordo e Experimento Célula Solar variável 90% SCD % de confiabilidade 25 o circular a 750 km 85% rpm (controle ativo) Roda de Reação e Experimento Célula Solar sempre perpendicular ao Sol 100%

31 CBERS-2 Massa Total: 1450 kg Potência Gerada: 1100 W Dimensões Corpo: 1.8 x 2 x 2.2 m Painel: 6.3 x 2.6 m Órbita: Sol-Síncrono com inclinação de º Altitude: 778 km Estabilização: 3 eixos TT&C: UHF e Banda S Tempo de Vida: 2 anos Carga Útil Coleta de Dados: RX : 401,635 MHz 30 khz TX : 2267,52 20 dbm 462,5 EIRP 35 dbm CCD: 0,51 a 0,73 m; 0,45 a 0,52 m ; 0,52 a 0,59 m ; 0,63 a 0,69 m e 0,77 a 0,89 m IR-MSS: 0,50 a 1,10 m ; 1,55 a 1,75 m; 2,08 a 2,35 m e 10,40 a 12,50 m WFI: 0,63 a 0,69 m e 0,77 a 0,89 m

32 5. Integração e Testes CBERS SCD BRASILSAT

33 Integração e Testes

34 Integração e Testes: SCD Compatibilidade Eletromagnética Momento Magnético

35 Testes Ambientais Massa & Inércia MQ CBERS Vibração Spin &Balanceamento

36 Testes Ambientais Termo-Vácuo SCD CBERS

37 6. Transporte e Lançamento

38 Transporte e Lançamento Integração ao VLS

39 Transporte e Lançamento

40 Transporte e Lançamento

41 Inserção orbital

42 7. Segmento Solo Telecomando Segmento Espacial Satélite Telemetria Dados de Missão Segmento Solo Suporte ao Satélite e à Carga Útil Retransmissão de Dados da Missão Req. de Comandos Dados de Missão Usuário dos Dados

43 Segmento Solo SCD-1,SCD-2, CBERS-2 ALCÂNTARA RECDAS CUIABÁ CENTRO DE CONTROLE DE SATÉLITES

44 Centro de Controle de Satélites Prédio do CCS Sala de Controle Principal

45 Estação Terrena de Cuiabá

46 8. Sistema Espacial SATÉLITE Seg. espacial GEO C-Band C-Band S-Band TT&C X-Band ERPI (Cuiabá) Centro de Controle Seg. solo Estação de Retransmissão Centro de Missão usuários

47 Elementos do Sistema SISTEMA SEG. ESPACIAL (SATÉLITE) SEG. SOLO SEG. LANÇADOR SEG. USUÁRIO PLATAFORMA CARGA ÚTIL CENTRO DE CONTROLE EQUIP. DE PROCESSAMENTO SUP. POTÊNCIA SUBSISTEMA 1 CENTRO DE MISSÃO EQUIP. DE RECEPÇÃO ESTAÇÕES TERRENAS PAINÉL SOLAR EQUIPAMENTO 1 BATERIA EQIUPAMENTO 2 COMUNICAÇÕES SUBSISTEMA 2 ESTRUTURA CONTR. TÉRMICO GESTÃO DE BORDO CONTR. DE ÓRBITA/ATITUDE

48 Ciclo de Vida Obj. Missão Definição do Sistema Construção/ Fabricação/ Integração Lançamento e Operação do Sistema FASE 0 FASE A FASE B FASE C FASE D FASE E sistema satélite Concepção Sub-sist. Equip. Espec. Funcional Espec. Funcional Projeto Preliminar Projeto Preliminar Projeto Preliminar Projeto Preliminar Projeto Detalhado Projeto Detalhado Projeto Detalhado Projeto Detalhado Integração e Testes Fabricação e Testes Integração e Testes Lançamento e Operação

49 Fases do Projeto Fase Descrição Atividades Revisões de Projeto 0 Definição da missão Especificação da Missão RCM A Estudos de viabilidade Especificações funcionais RCS B Definição preliminar Especificações finais PDR Protótipos C Definição detalhada Projeto detalhado CDR Dossiers de fabricação D Execução Construção e qualificação dos componentes do sistema Fabricação e aceitação do modelo de vôo E Operação do sistema Lançamento e operação HDR RQ1 (equipamentos) RQ2 (sistema) RAE RAV

50 9. Programa Nacional de Atividades Espaciais Aplicações Espaciais Veículos Lançadores Satélites e Cargas Úteis Infra-estrutura Espacial

51 Aplicações Espaciais Imagem setorizada feita por satélite meteorológico Índice de vegetação

52 Aplicações Espaciais Área coberta pelo projeto: ~ km2 Objetivos Estimar a extensão do desflorestamento bruto da Amazônia brasileira. Estimar a taxa anual do desflorestamento bruto. Atualizar um banco de dados digital. Identificar os incrementos de desflorestamento. Por tipo de vegetação. Por classe de tamanho.

53 Aplicações Espaciais Satélite em Orbita Imageamento Estação de Recepção Produtos

54 10. Exemplos de Aplicações Espaciais Sistema de Coleta de Dados Sensoriamento Remoto

55 Sistema de Coleta de Dados Principais aplicações: Monitoração de Bacias Hidrológicas Obtenção de dados meteorológicos para previsão de tempo Química da Atmosfera Oceanografia Plataformas de Coleta de Dados (PCD): Mais de 700 Satélites: SCD-1, SCD-2 and CBERS-2

56 Órbita dos satélites SCD-1, SCD-2 e CBERS-2 CBERS SCD2 SCD1

57 Segmento Solo Coleta de Dados SCD-1, SCD-2, CBERS-2 ALCÂNTARA CUIABÁ RECDAS CENTRO DE MISSÃO COLETA DE DADOS INTERNE T

58 Centro de Missão Coleta de Dados

59 Plataformas de Coleta de Dados

60 Áreas de Cobertura das Estações de Recepção a 5 graus

61 Satélites de Observação da Terra Principais aplicações: Monitoramento do desflorestamento Detecção de queimadas Vigilância de atividades ilegais Manejo de safras agrícolas Recursos hídricos Satélites: CBERS1, CBERS2, SSR1, SSR2

62 Sensores

63

64 Principais Aplicações das Faixas Espectrais CANAL FAIXA ESPECTRAL ( m) PRINCIPAIS APLICAÇÕES Mapeamento de águas costeiras 1 0,45 0,52 Diferenciação entre solo e vegetação Diferenciação entre vegetação caníferas e decídua 2 0,52 0,60 Reflectância de vegetação verde sadia 3 0,63 0,69 Absorção da clorofila Diferenciação de espécies vegetais 4 0,76 0,90 Levantamento de biomassa Delineamento de corpos d água 5 1,55 1,75 Medidas de umidade de vegetação Diferenciação entre nuvens e neve 6 10,4 12,5 Mapeamento de estresse térmico em plantas Outros mapeamentos térmicos 7 2,08 2,35 Mapeamento hidrotermal

65 11. Considerações Finais Visão geral das atividades espaciais no Brasil Características de um projeto espacial da concepção à operação