O Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) pretende dominar o ciclo completo do desenvolvimento dos motores impulsionados por propelente líquido, uma tecnologia que ainda não está disponível no mercado espacial brasileiro. Os trabalhos foram iniciados na década de 90, com a finalidade de dar autonomia e independência ao país nessa área tecnológica.
“Não é uma tecnologia encontrada na prateleira do mercado, por isso optamos por dominar o ciclo completo de desenvolvimento dos Motores Foguetes a Propelente Líquido (MFPL) e repassá-lo para a indústria nacional”, afirma o coordenador dos trabalhos no IAE, Capitão Marco Fabius de Carvalho Torres, engenheiro formado pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).
A meta do grupo pioneiro no Brasil, formado por cerca de dez engenheiros e técnicos, é possibilitar o aprimoramento de uma indústria brasileira no setor, especificamente para a produção de motores foguetes. A propulsão sólida já garantiu o início da era espacial no Brasil, graças aos trabalhos realizados há mais de 40 anos, tornando o IAE capaz de produzir e lançar foguetes para fins científicos, como os veículos lançadores e os foguetes de sondagem.
Empregando uma tecnologia de fabricação e integração mais simples, porém mais confiável, os motores a propelentes sólidos possuem menor desempenho em relação aos Motores Foguetes a Propelente Líquido (MFPL). O desafio agora é impulsionar os foguetes com propelente líquido, sucessores naturais para equipar lançadores de satélites, demonstrados por países que hoje detêm essa capacidade com alta confiabilidade, como a Rússia e os Estados Unidos.
A utilização dessa tecnologia nas futuras gerações de veículos tem por objetivo elevar significativamente o desempenho do foguete e a precisão de inserção de satélites. Isso, entretanto, dependerá da atuação efetiva do Brasil no setor, nas parcerias realizadas com instituições de países detentores do conhecimento e na formação de uma mão de obra de elevada especialização. Dentro desse contexto de desenvolvimento, o primeiro foguete da família do Programa Cruzeiro do Sul (VLS Alfa), planejado pelo IAE como sucessor do VLS-1, é constituído por propulsores sólidos no primeiro e segundo estágios, idênticos ao do atual veículo lançador, e um terceiro estágio com propulsor a propelente líquido, que substituiria com vantagem o terceiro e quarto estágios sólidos, atualmente usados pelo VLS-1.
Os primeiros passos para esse fim são recentes, efetuados há 15 anos pelo IAE por meio da formação dos recursos humanos em cursos de especialização na Rússia e, mais recentemente, no programa de Mestrado Profissional em Engenharia Aeroespacial (MPEA), no Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos.
O curso é ministrado em parceria com o Moscow Aviation Institute (MAI), uma das mais renomadas instituições de ensino da Rússia no setor aeroespacial, com o apoio da Fundação Casimiro Montenegro Filho (FCMF). Desde 1996, 40 especialistas já concluíram o curso e mais 40 devem participar do programa nos próximos três anos.
Outras ações, buscando aproveitar o grupo de pesquisadores especializados na nova tecnologia nacional, foram postas em andamento e já mostram seus resultados. O IAE montou bancos de testes, para o ensaio de motores e de componentes, na mais nova divisão do instituto, criada em 2007 com a missão de conduzir o desenvolvimento das tecnologias de propulsão espacial para os atuais e futuros veículos espaciais.
Atualmente encontra-se em operação na Divisão de Propulsão Espacial (APE) um banco com capacidade de testes de motores até 20 kN e, em fase de especificação, bancos com capacidade de ensaios de motores até 400 kN. “A tecnologia de fabricação de MFPL está sendo desenvolvida em três projetos: L5, L15 e L75″, explica Carvalho. “Todos os projetos, a formação dos recursos humanos e as instalações de testes, até o presente momento, totalizam investimentos na ordem 15 milhões de reais”.
O MFPL L5, projetado inicialmente para substituir o atual propulsor de quarto estágio do VLS-1, a propelente sólido, em um veículo “hipotético” denominado VLS-L4, continuará servindo para a capacitação técnica dos engenheiros e técnicos. Ele foi o primeiro motor desenvolvido em 2003, no IAE, utilizando propelente líquido.
Este motor foi projetado para gerar 5 kN de empuxo no vácuo e funcionar com sistema de alimentação por tanques pressurizados, utilizando querosene e oxigênio líquido como propelentes. “Inicialmente este motor foi testado com álcool como combustível, por apresentar benefícios em relação à segurança de operação”, comenta o capitão.
O trabalho da APE também leva em consideração o emprego de propelentes não agressivos ao meio ambiente, ou que apresentem baixo grau de toxicidade. É o caso do MFPL L15, um motor projetado para operar com álcool etílico e oxigênio líquido.
O motor foguete L15 tem como especificação funcional gerar empuxo de 15kN ao nível do mar para aplicação no foguete de sondagem VS-15, também utilizando tanques pressurizados como sistema de alimentação. Em 2008, foram realizados ensaios a frio e o primeiro ensaio do modelo de desenvolvimento, criado em parceria entre o IAE e a empresta Orbital Engenharia, com recursos orçamentários da FINEP, Orbital e AEB.
O motor L75, que está em sua fase de projeto preliminar, operará com querosene e oxigênio líquido e terá um sistema de alimentação por turbobomba, em vez de tanques pressurizados. Essa turbobomba representará um salto tecnológico devido à complexidade de operar com rotação acima de 30.000 RPM, além de estar submetida a gradientes de temperatura da ordem de 1000 K.
“É um projeto desafiador e diferente dos demais do ponto de vista tecnológico. Ele abre portas para que a indústria nacional participe como parceira e fornecedora do setor espacial brasileiro. É este o nosso anseio”, comenta Marco Fabius.
O IAE planeja lançar o primeiro foguete entre 2013 e 2015, o que representará o domínio do ciclo completo dessa tecnologia para projetar, fabricar, testar e operar motores-foguete a propulsão líquida. O objetivo da instituição é compartilhar o conhecimento com a indústria, gerando novos negócios na cadeia produtiva. “O IAE não tem a missão de produzir esses equipamentos em série. Essa função será repassada à indústria brasileira, que já está envolvida no programa”, comenta.
Não há dúvidas de que o domínio da tecnologia de sistemas propulsivos na área espacial foi e sempre será um dos requisitos para o domínio da tecnologia de foguetes. A meta a ser seguida é a transferência gradual dos conhecimentos para a indústria até a completa independência para a consolidação de uma nova realidade, a do desenvolvimento de uma nova geração de foguetes no país.
FONTE / FOTOS: IAE, via FAB
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