Post on 26-Apr-2020
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
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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.
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
2. Ambiente Espacial - Efeitos
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2. Ambiente Espacial - Interações
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Atmosfera /
vácuoAmbiente
térmico
PlasmaCampo
Magnético
Radiação
Meteoritos /
Lixo espacial
Sol
Campo
Gravitacional
Ambiente
espacial
3. Radiação
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3. Radiação (Cont.)
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3. Radiação (Cont.)
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
3. Radiação (Cont.)
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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.
4. Campo Gravitacional (Cont.)
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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.)
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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.)
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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
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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
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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).
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
12. Conclusão (Cont.)
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 25.11.2008
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
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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