SATÉLITE CONASAT EM CONSTRUÇÃO NO INPE NATAL, RIO GRANDE DO NORTE
Pequenos ganham o espaço
Nanossatélites são lançados em missões de coletas de dados que vão do
monitoramento ambiental a testes de sistemas biológicos
Criados em 1999 como uma ferramenta educacional, os cubesats –
nanossatélites em forma de cubo com 10 centímetros de aresta, medida
que engloba altura, largura e profundidade – tornaram-se um instrumento
relativamente barato e rápido para coletar dados espaciais. Eles são
usados para diversas finalidades, que vão da detecção de sinais
eletromagnéticos que antecedem os terremotos a sistemas de sensoriamento
de condições atmosféricas, passando pelos testes de sistemas
biológicos, como a produção de proteínas bacterianas no espaço, até a
observação de fenômenos no solo, entre outras aplicações. Desde os
primeiros cubesats lançados em 2003, quando seis projetos pegaram
carona no veículo de lançamento russo Rockot, até abril deste ano foram
feitos 130 lançamentos, 65 dos quais apenas no ano passado.
No Brasil, o programa para construção de satélites de pequeno porte,
iniciado em 2003 por pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais (Inpe), com apoio da Agência Espacial Brasileira (AEB), começa
a mostrar resultados concretos com a previsão de lançamento de quatro
minissatélites ainda este ano. O primeiro, com lançamento programado
para 19 de junho, é o NanoSatC-BR1 – sigla de nanossatélite científico
brasileiro. A área espacial pegou emprestado o prefixo nano – relativo a
tamanhos de um milímetro dividido por um milhão – para designar
satélites muito pequenos. O BR1, com pouco menos de um quilo de peso,
foi concebido e desenvolvido por pesquisadores do Centro Regional Sul do
Inpe, em parceria com a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), no
Rio Grande do Sul. Depois da realização de ensaios como o de vibração,
que simulam as condições na fase de lançamento, ele foi levado para
Delft, na Holanda. Lá serão feitos outros testes antes de o artefato ser
enviado para a Rússia, onde será lançado pelo foguete DNEPR, um antigo
míssil nuclear soviético-ucraniano convertido em plataforma de
lançamento comercial. “O foguete leva um satélite principal e nos locais
vagos são acondicionados vários satélites menores”, explica Otávio
Durão, coordenador de engenharia e tecnologia espacial do projeto na
sede do Inpe, em São José dos Campos, interior de São Paulo.
A bordo do cubesat BR1 irá uma placa com três cargas úteis.
Uma delas é um sensor chamado magnômetro, que irá estudar o campo
magnético terrestre e sua interação com a radiação ionizante proveniente
do Sol e das estrelas. Seu objetivo é estudar um fenômeno conhecido
como anomalia magnética do Atlântico Sul, que ocorre na região costeira
sul do Brasil. Nesse local os pesquisadores apontam a existência de uma
falha na magnetosfera terrestre que permite à radiação ionizante
espacial chegar mais perto da superfície. Como consequência, existe um
risco maior da presença de partículas de alta energia que podem afetar
as comunicações, os sinais de satélites de posicionamento global (como o
GPS), as redes de distribuição de energia ou mesmo causar falhas em
equipamentos eletrônicos como computadores de bordo. As medições do
sensor serão feitas pelo cubesat a partir de uma órbita baixa próxima de 600 quilômetros de altitude, sobrevoando os polos terrestres.
“Também
vamos testar no espaço os dois primeiros circuitos integrados
projetados no Brasil para uso espacial”, diz Nelson Jorge Schuch, físico
de formação e coordenador-geral do Programa NanoSatC-BR –
Desenvolvimento de Cubesats no Centro Regional Sul de Pesquisas
Espaciais e gerente do Projeto BR1 do Inpe. Um dos circuitos recebe
comandos do solo com instruções para ligar e desligar a carga útil,
câmera etc. “O método de projeto usado para o desenvolvimento deste
circuito faz com que ele tenha proteção à radiação do espaço e é isto
que se deseja testar em voo”, relata Schuch.
O outro circuito eletrônico integrado tem como base um software,
desenvolvido pelo laboratório do grupo de Microeletrônica do Instituto
de Informática da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS),
também parceira no desenvolvimento, que protege o hardware de
falhas causadas pela radiação. Duas estações terrenas de rastreio e
controle de nanossatélites, uma em Santa Maria (RS) e outra instalada no
Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos,
irão monitorar o cubesat BR1 em órbita, rastreando e baixando os
dados que o satélite deverá adquirir no espaço. Essas estações já estão
recebendo dados de outros satélites em órbita.
“De início pensamos em trabalhar com satélites de pequeno porte, mas como surgiu o conceito dos cubesats,
criado pelo professor Robert Twiggs, da Universidade de Stanford
[Califórnia, Estados Unidos], mudamos a nossa estratégia”, diz Schuch. A
plataforma foi projetada para ser pequena, simples – o que facilita sua
construção por alunos de pós-graduação – e com tamanho padrão: uma
caixa cúbica com 10 centímetros de aresta que acomoda subsistemas de
comunicação, painéis solares, bateria e alguns extras, com peso total de
cerca de um quilo. “Com o passar do tempo, tornou-se um padrão
tecnológico espacial e abriu caminho para a montagem de outros cubesats”, diz Durão.
Entre os nanossatélites brasileiros que se preparam para ganhar o
espaço, um deles, o Tancredo-1, se destaca por ter como construtores
estudantes do ensino fundamental da escola municipal Tancredo de Almeida
Neves, de Ubatuba, litoral norte paulista. “A ideia de montar um
satélite surgiu numa conversa com alunos do quinto ano, que trabalhavam
em um projeto de iniciação científica”, relata o professor de matemática
Candido Osvaldo de Moura, coordenador do projeto. O apoio financeiro de
um empresário local, que contribuiu com R$ 16.500,00, foi o ponto de
partida para a concretização do sonho, que entrou no quinto ano com o
envolvimento de 150 alunos. “Compramos os componentes e o satélite foi
montado peça por peça aqui”, relata o professor.
do
Nos Estados Unidos há um movimento crescente de missões espaciais que têm como plataforma os cubesats.
A agência espacial Nasa, por exemplo, colocou em órbita em novembro do
ano passado 29 satélites em uma única missão, composta por um satélite
militar e 28 cubesats projetados e construídos por diversas
instituições universitárias. Um deles, chamado de PhoneSat 2.4, utilizou
como computador de bordo o hardware de um telefone celular.
Empresas privadas como a Planeta Labs de San Francisco, criada em 2010
por três ex-cientistas da Nasa, também estão investindo nessa plataforma
de coleta de dados. Em fevereiro deste ano, ela lançou, a partir da
Estação Espacial Internacional (ISS), uma frota de 28 nanossatélites
chamada Flock 1, que vai fotografar a Terra continuamente. Segundo a
empresa, as imagens irão permitir a identificação de áreas de desastres
ambientais e ajudarão a melhorar a produção agrícola nos países em
desenvolvimento (ver mais sobre o assunto na Nature de 17 de abril de 2014).
“A estrutura dos cubesats é montada com componentes de
prateleira, ou seja, itens industriais, o que barateia muito o custo do
projeto”, diz Durão. O custo total do NanoSatC-BR1, por exemplo, ficou
em cerca de R$ 800 mil – o valor engloba compra de componentes,
desenvolvimento do software da estação terrena de rastreio e
controle de nanossatélites, construção da estação e dos experimentos que
irão como carga útil, além do lançamento pelo foguete russo. Só o
lançamento ficou em cerca de R$ 280 mil. Para efeito de comparação, um
satélite da série Cbers, feito em parceria com a China para
sensoriamento remoto, custa cerca de US$ 270 milhões e o risco de perder
todo o projeto existe tanto para cubesats como para satélites de
grande porte. O Cbers-3, por exemplo, foi perdido em dezembro de 2013
devido a uma falha em um dos motores do veículo lançador chinês. Já o
primeiro nanossatélite científico brasileiro, o Unosat-1, das
universidades Norte do Paraná (Unopar) e Estadual de Londrina (UEL), foi
destruído em um acidente com o veículo lançador VLS-1 em Alcântara, no
Maranhão, em 2003.
Um segundo cubesat do programa NanoSatC – o BR2, com o dobro
do tamanho do primeiro e maior capacidade de carga útil – está em fase
de finalização e a expectativa de que seja lançado em 2015. “As cargas
úteis já foram definidas, estão em desenvolvimento e agora precisamos
contratar o lançamento”, diz Durão. Uma delas é composta por um sensor
para detecção de partículas na ionosfera e a outra por um subsistema
para a determinação de atitude que define a posição angular do satélite,
essencial, por exemplo, para tirar uma fotografia ou mirar uma antena.
Esse subsistema, que está sendo feito pela primeira vez no Brasil, foi
desenvolvido por meio de uma parceria entre o Inpe, a Universidade
Federal de Minas Gerais (UFMG) e a Universidade Federal do ABC (UFABC).
Ele é um item crítico para satélites por causa de sua aplicação também
militar, o que limita o acesso a essa tecnologia a alguns poucos países.
O custo para montagem da plataforma BR2, com modelos de engenharia e
de voo e estação de solo, ficou em R$ 748 mil.
Alunos de escola de Ubatuba aprendem a montar um tubesat
O Centro Renato Archer em Campinas também participou da construção da
carga útil dos NanosatC-BR1 e 2, por meio do Projeto Citar, cujo
objetivo é o desenvolvimento de circuitos integrados com proteção à
radiação para diversas aplicações, inclusive espaciais, para grandes
satélites como os de telecomunicações e outros. “Estes cubesats, e
os demais do programa, serão utilizados como plataformas de testes no
espaço para estes circuitos”, relata o engenheiro eletricista Saulo
Finco, do Centro Renato Archer e coordenador do projeto. O BR1 já tem
como uma de suas cargas úteis um dos circuitos desenvolvidos dentro do
Projeto Citar.
Os outros três nanossatélites brasileiros com previsão de lançamento
para este ano deverão ser lançados da ISS, plataforma que fica em órbita
a uma altura de 370 quilômetros. Serão lançados por meio de um braço
robótico operado pelo módulo espacial japonês Kibo. Um desses satélites é
o Serpens – sigla de sistema espacial para realização de pesquisa e
experimentos com nanossatélites –, projeto coordenado pela AEB e com
participação da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), da UFABC,
da UFMG e da Universidade de Brasília (UnB), além do Instituto Federal
Fluminense de Campos de Goitacazes, no Rio de Janeiro, responsável pelas
estações que irão receber os dados dos satélites. Entre os parceiros
internacionais estão a Universidade de Vigo, na Espanha, a Sapienza
Università di Roma, na Itália, a Morehead State University e a
California State Polytechnic University, ambas dos Estados Unidos.
“A nossa proposta é que a execução do projeto capacite os estudantes
dos novos cursos de engenharia aeroespacial, que estarão em contato com
grupos de pesquisa com experiência nessa área”, diz Gabriel Figueiró de
Oliveira, bolsista da AEB e responsável pelo processo de desenvolvimento
e montagem do satélite. A execução do projeto caberá às universidades.
“O Serpens, nome que remete a uma constelação chamada serpente [vista do
hemisfério Norte], é o mais desafiador nanossatélite desenvolvido no
Brasil”, diz o professor Carlos Gurgel, diretor de satélites, aplicações
e desenvolvimento da AEB. A meta é que ele fique pronto até o final
deste ano – seu lançamento está previsto para o início de dezembro. O
processo para dar início à primeira missão do programa começou em
setembro do ano passado, com a abertura do processo para a compra de
equipamentos, mas o lançamento oficial ocorreu na primeira semana de
dezembro, durante um workshop com a participação de parceiros
internacionais. “As imagens do satélite sendo lançado da estação
espacial poderão ser vistas e compartilhadas pelos estudantes”, diz
Figueiró.
Todos
os subsistemas dentro do Serpens, como computadores de bordo, painéis
solares e outros componentes obrigatórios, foram duplicados. E cada um
dos setores levará uma carga útil cujo objetivo é testar um conceito
tecnológico para os cubesats de recebimento e transmissão de
mensagens por sistema de rádio, que, no futuro, poderá ser usado para
coleta de dados. “Um dos setores levará uma carga útil composta por um transponder
[dispositivo para coleta de dados] montado com arquitetura experimental
e componentes de baixo custo, alguns nunca testados em órbita, na banda
VHF [frequência muito alta]”, relata Figueiró. O outro setor levará um
dispositivo de comunicação eletrônico já testado em órbita para essa
finalidade, com um sistema em banda UHF, a mesma da TV digital.
“Queremos testar se o transponder na banda UHF pode receber,
armazenar e processar informações de bordo e depois transmiti-las para
as antenas instaladas nas universidades.”
O segundo cubesat com previsão de lançamento para este ano, da
Estação Espacial Internacional, é o AESP-14, com cerca de um quilo de
peso e desenvolvido em parceria entre o ITA e o Inpe. “O desenvolvimento
do nanossatélite é uma forma de incentivar os alunos a exercitarem
aquilo que aprendem na sala de aula”, diz o professor Pedro Lacava,
coordenador do projeto e do curso de engenharia aeroespacial do ITA,
conhecido na instituição como AESP. Essa mesma sigla foi adotada como
nome do projeto, iniciado em 2012 pela turma que irá se graduar em 2014.
“Todos os subsistemas eletrônicos e mecânicos foram projetados e
montados pelos estudantes”, diz o engenheiro Cleber Toss Hoffmann,
coordenador técnico do projeto no ITA. Apenas o modem de radiofrequência, utilizado em diversos cubesats e compatível com a comunidade de radioamadores do mundo, foi comprado.
Aluno de mestrado no ITA, Hoffmann também é professor no curso de
graduação e usa o projeto em suas aulas. A carga útil do AESP-14 é um
experimento intelectual. “Radioamadores do mundo todo receberão frases
gravadas por cientistas brasileiros”, diz Lacava. O seu desenvolvimento
foi financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq), com bolsas no total de R$ 150 mil, e pela AEB,
responsável pela compra de componentes, ensaios ambientais, manufatura e
material de consumo no valor de R$ 250 mil.
Nanossatélite na câmara de vácuo do Inpe
O terceiro satélite brasileiro que também sairá da ISS, o
Tancredo-1, pesa apenas 750 gramas, tem cerca de 9 centímetros de
diâmetro e 12 centímetros de altura. Seu formato lembra um cilindro, daí
ser chamado de tubesat. A plafatorma, criada pela empresa
norte-americana Interorbital Systems, consiste de um sistema modular
composto por um conjunto de placas empilhadas e outras para captura de
energia solar. “Após conversar com colegas, empresários do município e
fazer contatos na prefeitura, senti que havia condições para levantar os
recursos necessários à sua montagem”, relata Moura. O projeto teve
início em 2010, quando o professor leu em uma revista que a Interorbital
estava vendendo um kit de montagem do satélite e se encarregava de colocá-lo em órbita.
Ele ligou então para a empresa para saber se os preços eram os mesmos
anunciados e a possibilidade de montá-lo aqui no Brasil. “Na conversa,
eles nos disseram que os nossos alunos seriam as pessoas mais jovens do
mundo a fazer pesquisa espacial e também que precisaríamos de ajuda
técnica.” A estudante Maryanna Conceição Silva, de 16 anos, é um dos
jovens que fazem parte do projeto UbatubaSAT desde o seu início. Na
época ela tinha 12 anos e cursava o quinto ano do ensino fundamental. “É
muito legal aprender como os satélites são feitos”, conta sobre a sua
experiência. “No começo foi muito difícil. Hoje já não é mais.”
O apoio técnico ao projeto veio do Inpe, que ao ser procurado
encampou imediatamente a ideia e na sequência passou a treinar os
professores e depois os alunos. “Chegamos a ter até um modelo de
engenharia do satélite praticamente testado, mas tivemos problemas na
Interorbital e percebemos que iria demorar muito até ele ser lançado e
por isso saímos em busca de alternativas.” No total foram gastos até
agora cerca de R$ 30 mil com o nanossatélite.
E o que era apenas uma ideia em sala de aula transformou a vida de
muitos estudantes, como a de Maryanna. Antes pouco interessada em
ciência e tecnologia, hoje ela quer ser engenheira espacial. Também em
função do projeto, os alunos da escola escreveram um artigo científico
que, no começo de 2013, foi submetido e aceito para ser apresentado no
principal congresso aeroespacial do Japão, em Nagoya. A viagem foi paga
pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a
Cultura (Unesco). “Os alunos fizeram um enorme sucesso e foram
convidados a conhecer a Jaxa, a agência aeroespacial do Japão”, relata
Moura. Lá foi rodado um documentário, em fase de finalização, que narra a
trajetória da construção do satélite.
Os alunos visitaram ainda a Nasa, em Pasadena, e a empresa
Interorbital em Mojave, ambas na Califórnia. O modelo de engenharia do tubesat
já foi finalizado e o modelo de voo deverá estar pronto até julho,
quando seguirá para o Japão, onde fará os testes finais antes do
lançamento. A escola está fazendo agora um concurso para escolher a
mensagem que será transmitida na faixa de radioamador. Moura também está
trabalhando na viabilização do Tancredo-2. A ideia, segundo ele, é
fazer um poketcube, um modelo diferente, também desenvolvido por Twiggs, da Universidade de Stanford.
Estrutura interna do NanoSatC-BR2
Outros satélites de pequeno porte estão em construção no Brasil, como
o Itasat 1, projeto conjunto entre o Inpe e o ITA com previsão de
lançamento para o segundo semestre de 2015. Originalmente, o projeto
tinha como objetivo a construção de um satélite de estrutura
convencional para a coleta de dados ambientais. “Com o passar do tempo
houve uma adequação do satélite para a plataforma cubesat,
definida em literatura internacional, o que facilita a sua replicação em
outros experimentos”, relata o professor Elói Fonseca, gerente do
projeto. “Com isso, o Itasat passou a aproveitar tudo o que já tinha
sido desenvolvido.” Ele pesa cerca de 6 quilos e tem dimensões de 10 por
22,6 centímetros e 34 centímetros de altura, o que corresponde a seis
unidades do cubesat BR1. Como carga útil, ele levará ao espaço os
mesmos sensores de medida de radiação de campo eletromagnética dos
satélites NanoSatC. “Dessa forma, poderemos dar continuidade aos
experimentos como uma rede de satélites”, diz Fonseca.
No projeto será utilizado um transponder desenvolvido pelo
Centro Regional do Nordeste (CRN) do Inpe, em Natal, no Rio Grande do
Norte. “Ao mesmo tempo, nosso satélite irá coletar informações de solo a
partir de uma câmera imageadora com resolução de 80 metros a uma
altitude de 650 quilômetros, onde estará em órbita.” Essas imagens
poderão ser usadas para estudos de relevo, de atmosfera e experimentos
universitários.
O CRN de Natal, responsável pelo sistema brasileiro de coleta de
dados ambientais, também faz parte do movimento de expansão dos cubesats
brasileiros. Desde o início de 2011, pesquisadores do centro regional,
coordenados por Manoel Mafra de Carvalho, estão trabalhando no projeto
Conasat – constelação de seis nanossatélites para coleta de dados
ambientais, sendo cada um deles um cubo com aresta de 20 centímetros e 8
quilos de peso. O objetivo do projeto é garantir a continuidade da
coleta de dados ambientais, já que dos dois satélites em operação
atualmente, o SCD1 e 2, do Inpe, apenas um está funcionando de acordo
com o planejado.
Os dois satélites, feitos na década de 1990, têm
formato cilíndrico, medem 1 metro de altura por 1,5 de diâmetro e pesam
mais de 100 quilos. “O Conasat tem a mesma função do SCD, com custo
reduzido”, diz Carvalho, que também é coordenador do CRN. Antes de
decidir que o satélite teria o formato de cubesat, foi feito um estudo para avaliar a viabilidade de ter um transponder de coleta de dados embarcado no nanossatélite. “No espaço, o transponder
irá receber os sinais das plataformas que estão espalhadas pelo Brasil e
pelo Atlântico e retransmiti-los para nossas estações de recepção em
Alcântara e Cuiabá”, relata Carvalho. Após a recepção nas estações, eles
são processados e enviados para os usuários. O custo do projeto e
montagem do Conasat é de cerca de R$ 5 milhões, com lançamento incluído.
A previsão é que o lançamento do primeiro satélite da constelação
ocorra em 2016.
Comentários