No INPE, Laboratório de Plasma desenvolve propulsão iônica e outras tecnologias de ponta

“PROPULSORES ELÉTRICOS PODEM ESTENDER O TEMPO DE VIDA DOS SATÉLITES”

Shirley Marciano

LAP está bem equipado, mas a não reposição de pessoal compromete todo o conhecimento acumulado em décadas, diz pesquisador Gilberto Sandonato, coordenador de Tecnologia de Plasma do instituto. Depois que um satélite é lançado, ele precisa ter sua órbita corrigida durante todo o tempo de vida, porque ele deve ficar numa altitude pré- -definida e numa posição correta para garantir a eficácia da missão de cada subsistema.

Um satélite imageador, por exemplo, precisa estar com suas câmeras voltadas para baixo para imagear a Terra, os painéis solares precisam ficar numa posição adequada para receber os raios solares e gerar energia. Por essa razão, é necessário um subsistema muito importante para gerar empuxos, uma espécie de jatos de ar, que farão essas correções. Mas nem todos os satélites utilizam essa tecnologia. Somente os que possuem controle em três eixos (X, Y e Z), como é o caso dos satélites CBERS e Amazônia- 1.

Os Satélites de Coleta de Dados (SCD), por exemplo, dispõem de um sistema diferente, que se equilibra por giro sob o próprio eixo, semelhante a um pião. Os principais propulsores para gerar esse empuxo são os químicos, à base de hidrazina, gás frio comprimido, dentre outros. Estes têm um empuxo muito superior, mas necessitam de grande quantidade de propelente (combustível) para funcionar, o que afeta diretamente o peso geral do satélite.

“Os propulsores iônicos (elétricos) são usados como sistemas de propulsão secundária para controle de atitude de satélites e como sistemas de propulsão primária de sondas espaciais. Eles têm como principal vantagem a redução do consumo de propelente — e, por esse motivo, podem estender o tempo de vida dos satélites”, explica o pesquisador Gilberto Marrego Sandonato, coordenador de Tecnologia de Plasma do INPE e reconhecido especialista nesse assunto.

Baixo empuxo

Os propulsores iônicos não são poluentes, explosivos ou venenosos, e isso confere maior segurança para manuseios, testes e na própria aplicação e voo. Entretanto, possuem algumas desvantagens, como o baixo empuxo e a necessidade de utilizar painéis fotovoltaicos (solares) de alta capacidade de fornecimento de energia. “O baixo empuxo faz com que ele demore mais para consertar o objeto em órbita, mas consegue cumprir a mesma missão de um propulsor químico”, esclarece Sandonato. Os dois modelos tecnológicos — o iônico e o químico — são considerados sensíveis.

Ou seja: sua aquisição sofre restrições por parte dos Estados Unidos e de outros países centrais. O que demonstra o alto nível e a relevância das pesquisas desenvolvidas no instituto, no quesito soberania e autossuficiência. O INPE desenvolve diversas pesquisas nesta área: propulsão iônica, implantação iônica (capaz de mudar a propriedade de substratos metálicos), detecção de partículas (Elisa), geração de microondas, fusão termonuclear controlada. Todas são desenvolvidas e testadas no Laboratório Associado de Plasma (LAP).

Como os demais do INPE, este laboratório visa atender a demandas específicas do Programa Espacial Brasileiro e de outros programas estratégicos.

Problemas

Os testes dos propulsores iônicos são realizados dentro de câmaras de vácuo para simular as condições a que serão submetidos quando estiverem no espaço. Já existem modelos de engenharia qualificados, mas o último passo será testá-los em voo.

“Hoje o LAP está bem equipado e funcionando. Mas temos dificuldade para aquisição de materiais e serviços, que é um problema comum a todo o Instituto. A burocracia da lei 8.666 e a falta de pessoal da área de contratação e administrativa fazem com que sejam perdidos os prazos de solicitação, mesmo havendo orçamento aprovado no PPA [Plano Plurianual] e na LOA [Lei Orçamentária Anual]”, diz Sandonato, que é graduado e mestre em Física pela Universidade de São Paulo (USP) e doutor pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) na área de Plasma. No INPE desde 1984, Sandonato ressalta ainda que a não implementação de um programa espacial de longa duração é outro gargalo, porém o mais grave é a falta de reposição de pesquisadores e de técnicos.

“Acredito que não há mais saída. Vamos perder todo o conhecimento, porque, mesmo se contratasse um pessoal novo hoje, não daria tempo de transferir o que foi aprendido ao longo de décadas no INPE”, avalia o pesquisador.

Que é plasma?

É nos primeiros anos de escola que os professores apresentam os diferentes estados físicos da matéria: sólido, líquido, gasoso. Porém, mais adiante, para quem decide aprofundar-se no assunto, surge o quarto estado: o plasma, um gás ionizado, o qual se caracteriza por haver energia em seus átomos.

O plasma é encontrado na natureza, no Sol por exemplo, mas também pode ser produzido em laboratório. Para entender o que vem a ser um plasma é necessário conhecer alguns comportamentos do átomo, que é formado por prótons, nêutrons e elétrons. Parte-se do princípio de que todo átomo tende a ficar neutro (não ionizado). Ou seja, ele sempre busca o equilíbrio em quantidade de prótons (carga positiva) e de elétrons (carga negativa), o que torna o átomo neutro (estabilizado). Porém, condições ambientais — naturais ou criadas artificialmente — causam a perda ou o ganho de elétrons, provocando desequilíbrio que torna o átomo ionizado.

O aquecimento é um fator determinante para se obter um plasma. Quando em estado sólido, os átomos se encontram agrupados. O aumento gradual da temperatura passa os átomos para o estado líquido e, na sequência, para o gasoso, momento no qual se manifestam por meio de movimentos. Elevando-se ainda mais a temperatura, o gás ioniza-se, podendo tornar- -se um plasma quando um determinado grau de ionização for atingido e quando for observado um estado de eletroneutralidade.

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