Histórico
O Programa Espacial Brasileiro foi sedimentado em 1980, com a criação da Missão Espacial Completa Brasileira – MECB .
O Programa consiste no desenvolvimento no País dos três segmentos imprescindíveis à inserção de um satélite artificial em órbita terrestre, a saber: o satélite, o veículo lançador e o campo de lançamento.
Coube ao Ministério da Aeronáutica a implantação do Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) e o desenvol-vimento do Veículo Lançador de Satélite (VLS – 1).
O Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), do Comando Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA), foi designado o executante do VLS -1, em decorrência de sua experiência no desenvolvimento de foguetes de sondagem da família SONDA.
Em agosto de 1996, a Agência Espacial Brasileira (AEB) estabeleceu o Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE) contendo extenso desenvolvimento, nos três seg-mentos espaciais.
Sistema de tratamento de ar para
refrigeração do veículo lançador
de satélites – vlS-1
Ubiratan Aranha Morassutti
Marcelo Merzvinskas
Alessandra Mello Morassutti
Eng. Mec. Ubiratan Aranha Morassutti – Diretor
Técnico da IndusConsult Engenharia – Ex-Prof. da
Escola de Engenharia Mackenzie – Consultor Técnico
em Instalações de Controle Ambiental
Eng. Mec. Marcelo Merzvinskas – Eng. Associado da
IndusConsult Engenharia de 1995 a 1997 – Ex-Diretor
Técnico da Norton Engenharia – Atual Eng. de
Desenvolvimento de Sistemas – EMBRAER.
Arqta. Colaboradora – Arqta. Alessandra
Mello Morassutti – Gerente de Projetos Civis da
IndusConsult Engenharia.
Contato: sbcc@sbcc.com.br
Fotos: Divulgação / Laboratório de Fotos IAEartigo técnico
Resumo
Este artigo técnico apresenta a segunda edição do pro-jeto de sistema de tratamento de ar destinado a refrigera-ção de módulos específicos, dos Veículos Lançadores de Satélites da série VLS-1.
Os projetos elaborados inicialmente em 1997 e nesta segunda edição em 2005 representam trabalho pioneiro no Brasil, tendo sido desenvolvidos pela equipe técnica da IndusConsult Engenharia, atuando em conjunto com as equipes do CTA, IAE, INPE e State Rocket Centre – Academiciam V.P. Makeyev Design Bureau – Rússia.
Veículo lançador de satelites Vls-1
O VLS-1 é um lançador de satélites convencional, sem módulos propulsores reutilizáveis e composto pelos sub-sistemas: 1o Estágio, 2o Estágio, 3o Estágio, 4o Estágio,
Coifa ejetável, Redes Elétricas e Redes Pirotécnicas. Seu lançamento é realizado a partir de plataforma terrestre. Na decolagem, o comprimento do veículo é de 19 m, a massa é de 50 toneladas e o empuxo de 1000 kN. A pro-pulsão principal é fornecida por propulsores a propelente sólido, em todos os estágios, com massa total de 41 tone-ladas de combustível.
O desempenho do VLS -1 permite a inserção de satéli-tes, com massa de 100 a 350 Kg, em órbitas circulares de 250 a 1000 Km, em largas faixas de inclinações, desde as equatoriais às polares.
Conceitualmente, a arquitetura do VLS – 1 é constitu-ída de quatro estágios propulsores. O primeiro estágio é formado por quatro propulsores iguais, operando simultaneamente e fixados simetricamente ao segundo estágio. Suas tubeiras são móveis para permitir o controle de atitude do veículo. Todas as quatro tubeiras têm uma inclinação fixa para minimizar as perturbações sobre o veículo, resultantes de possíveis diferenças entre os quatro propulsores, no fim de queima do primeiro estágio. O propulsor do segundo estágio é idêntico ao do primeiro estágio, a menos de sua tubeira móvel, adaptada ao vôo em atmosfera rarefeita. O propulsor do terceiro estágio, também equipado com tubeira móvel, é oriundo do primeiro estágio do foguete SONDA IV. O propulsor S44, do quarto estágio, tem tubeira fixa e é o responsável pelo último incremento de velocidade, injetando o satélite em sua órbita. A coifa ejetável tem a função principal de pro-teger o satélite dos efeitos do escoamento aerodinâmico, durante a travessia da atmosfera.
Conceituação técnica dos sistemas
de refrigeração
A conceituação técnica do Sistema de Refrigeração do VLS-1, contempla a utilização de resfriamento, desumi-dificação e filtragem absoluta do ar, com uma vazão pre-viamente determinada de ar externo, sem recirculação do mesmo. Esta vazão de ar está subdividida em três vazões insufladas individualmente, através de tubos flexíveis provenientes de um duto principal, em cada módulo do VLS-1, sendo, baia de equipamentos, baia de controle e coifa ejetável do satélite.
Estes procedimentos destinam-se a promover a retirada das cargas térmicas sensíveis do VLS-1, resultantes de dis-sipação interna e insolação e sobre sua filtragem de modo a preservar a eletrônica embarcada e o satélite.
O sistema de refrigeração está dimensionado para retirar até 1500 W/módulo com uma variação da tem-peratura do ar de 9oC a 25oC e umidade relativa 35% a
15% e considerando-se as condições climáticas severas de
Fotos: Divulgação / Laboratório de Fotos IAE
ção está condicionada a instabilidade térmica da dimetil hidrazina assimétrica, combustível líquido utilizado na baia de controle de rolamento do veículo.
O ar insuflado é resfriado, desumidificado, filtrado atra-vés de filtros classes G3 – F3 – A3, por meio de equipa-mentos independentes, compostos por dois sistemas de condicionamento individuais, denominados A e B com 100 % de redundância. Os sistemas A e B são equipados com desumidificadores químicos, do tipo regenerativo contínuo e fan-coils de pré e pós-resfriamento do ar e chillers.
Central de condicionamento do ar
Composta por Fan-coil de pós-resfriamento e pré-resfriamento, com serpentina de refrigeração, filtragem classes G3/A3/F3. Estes equipamentos têm características de construção à prova de explosão. As vazões e pressões estáticas dos ventiladores são monitoradas pelo sistema SIMVA e inversores de frequência.
O controle de refrigeração é através de válvula de três vias, modulada por termostato proporcional e controla-dores de temperatura.
O desumidificador químico é do tipo Honey Comb destinado a reduzir a umidade absoluta do ar proveniente do pré-resfriador.
Central de refrigeração
Composta por resfriadores tipo chiller, operados indi-vidualmente, atuante e operação de emergência, com solução de água a 25% de etileno glicol, com condensação a ar. A solução com etileno glicol atua como retardante de congelamento, permitindo temperaturas da mesma em torno de 1oC mínima, nas serpentinas dos fan-coils,
proporcionando atendimento às condições exigidas pela psicometria do processo.
Quadro de alimentação, comando local e controle atu-ando sobre todos equipamentos dos sistemas, equipado com todas as proteções elétricas, diferenciadas exigidas pela utilização específica.
Quadro de comando remoto foi instalado na casamata de lançamento, permitindo a qualquer momento, a rever-são instantânea dos sistemas A e/ou B de refrigeração do VLS-1. Observe-se que a instantaneidade de refrigeração obedece a um tempo mínimo requerido para que o siste-ma em operação, selecionado, entre em regime.
Operação dos sistemas a/b
A instalação proposta obedece ao princípio de insufla-ção de 100% da vazão de ar necessário a refrigerainsufla-ção do VLS-1, sem recirculação.
O ar externo captado passa pelo fan-coil de pré-resfriamento onde se dá a máxima redução da umidade absoluta.
Uma vez pré-condicionado, o ar passa pela célula de desumidificação, atingindo as condições psicométricas adequadas ao pós-resfriamento necessário, uma vez que sua passagem pelo desumidificador acarreta elevação de temperatura.
A passagem final do ar é através do fan-coil de pós-resfriamento, onde é condicionado às condições finais do processo de refrigeração do VLS-1.
A reativação da célula de desumidificação é obtida por insuflação de ar externo através de banco de resistências, efetuado por ventilador de reativação, componentes integrantes do desumidificador e descarregando para atmosfera.
Todo o sistema atua durante a fase de Campanha que compreende a integração (montagem) do VLS-1, testes, ajustes finais e lançamento.
artigo técnico
Fluxograma operacional
No momento do lançamento, os sistemas de alimenta-ção, elétrica, ar condicionado e nitrogênio do VLS-1 em terra, são desconectados automaticamente, 10 segundos antes do “instante zero “.
Conclusão
O Projeto VLS-1 é o embrião do Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE), que inicia uma nova fase com a concepção de cinco novos Veículos, que consti-tuirão a família de Veículos Lançadores Cruzeiro do Sul, denominados VLS Alfa, VLS Beta, VLS Gama, VLS Delta e VLS Epsilon.
Estes veículos obedecem a uma escala crescente de capacidade de carga útil e serão todos equipados com propulsão híbrida por meio de combustível sólido e líquido.
Este programa incluirá definitivamente o Brasil no seleto clube de países detentores de tecnologia para lançamento de satélites.
Ficha técnica dos sistemas a/b
Projeto Executivo IndusConsult Engenharia
Fan-Coil de Pré-
Resfriamento 22.718 Kcal/h – Filtro G3/F3/954 m3/h Desumidificador
Químico 954 m3/h – reativação 500 m3/h Fan-Coil de Pós-
Resfriamento 9.773 Kcal/h – Filtro F3/A3/954 m3/h Unidade
Resfriadora 13,7 TR efetiva/25% etileno glicol
bibliografia
Rocket Propulsion Elements – An Introduction to the Engineering of Rockets. George P. Sutton – Sixth Edition
Oliveira. Ulisses C – Análise do Comportamento Térmico da Baia de Controle do VLS durante sua prepa-ração na Rampa de Lançamento. – Relatório Técnico IAE ASE-E/TE, março 1993.
Bernardes, Jose Alberto M. – Heating and Colling Test Procedure for VLS Roll Control Bay – IAE , março 1993
Oliveira. Ulisses C – Estudo do Ambiente Térmico da Baia de Equipamentos nas Condições de Lançamento – Memotec 029/ASE/93, abril 1993.
State Rocket Centre – Academiciam V.P. Makeyev Design Bureau – Rússia, Recomendações Técnicas, 2005.
Nota: As classes de filtros citados neste artigo estão de acordo com a ABNT 6401 vigente na época.
