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

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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

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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

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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-403-4 do Curso de Engenharia e

Tecnologia Espaciais, Área de Concentração em

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2. Ambiente Espacial - Efeitos

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2. Ambiente Espacial - Interações

Atmosfera / vácuo Ambiente térmico Plasma Campo Magnético Radiação Meteoritos / Lixo espacial Campo Gravitacional Ambiente espacial

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3. Radiação

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3. Radiação (Cont.)

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4. Campo Gravitacional

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008

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.

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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

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Temp. superf: 5.800 K Temp. núcleo: 14 x 106 _K

5. Sol

INTERIOR DO SOL Significa a medida correspondente à da Terra Núcleo Fotosfera Zona 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

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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

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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

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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

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

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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

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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.

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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

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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.

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11. Ambiente de Lançamento

Condições impostas pelo veículo

lançador, durante a fase de lançamento

de objetos espaciais:

- Aceleração e Vibração

- Ruído Acústico

- Choque Mecânico

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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:

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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

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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