ALUNOS DE ESCOLA PÚBLICA DO ENSINO FUNDAMENTAL DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS DESENVOLVEM COMPONENTES AEROESPACIAIS PARA FOGUETE REAL
Publicado em: 12/09/2019
Atualizado em: 15/04/2020
O programa Decolar, da Secretaria de Educação da Prefeitura Municipal de São José dos Campos – SP, participa de uma missão para lançamento de carga útil em um Foguete de Treinamento Intermediário (FTI) do Comando da Aeronáutica, que será lançado no Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) no Maranhão. Para quem não conhece o Decolar, o programa reúne diversos alunos das escolas municipais da cidade, tendo como objetivo identificar, acompanhar e estimular o desenvolvimento do potencial dos alunos considerados superdotados e talentosos.
O Experimento Educacional batizado de SANJ-A (Sistema de Aquisição de dados de Navegação Joseense – versão A), consiste numa IMU – Unidade de Medidas Inerciais, sendo parte de um projeto dos alunos do Programa Decolar na operação Águia do Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) que culmina dos esforços desses estudantes, sob a orientação de professores do Programa Decolar, e de voluntários do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), do Centro de Lançamento de Alcântara (CLA), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), e da startup BRENG Engenharia e Tecnologia, repetindo o entusiasmo da operação Maracati II (2010), quando outro experimento de alunos joseenses voou com sucesso a bordo de um foguete da série VSB-30.
Dessa vez será embarcado, no FTI, sensores acoplados a um Arduino Nano, cujo experimento elaborado pelos alunos da rede de ensino municipal joseense, será possível monitorar e registrar a aceleração e a rotação do foguete (FTI), nos três eixos (x, y
e z), além dos campos magnéticos. Os dados coletados serão encaminhados via telemetria às estações de Telemedidas do CLA, onde serão armazenados e posteriormente encaminhados aos alunos para análise. Após o lançamento do SANJ-A, o envolvimento dos alunos se voltará ao tratamento e análise dos dados adquiridos, cujo objetivo principal do Experimento Educacional SANJ-A é a investigação da dinâmica de voo de um foguete real e a comparação com a física dos foguetes didáticos de garrafa PET.
A Missão SANJ-A envolve os estudantes em todas as etapas de uma missão espacial, desde planejamento, projeto, testes e operação. Nesse sentido, os alunos do Programa Decolar estão realizando algo inédito no país, ao desenvolverem uma caixa totalmente fabricada por uma impressora 3D, onde o Arduino, programado pelos próprios alunos, e sua bateria, foram submetidos aos rigorosos testes de qualificação para voo em Foguete e posteriormente ser integrado ao próprio Foguete (FTI).
Os alunos foram envolvidos no projeto mecânico e de manufatura da caixa para alojar a eletrônica; no projeto e programação do subsistema elétrico; nos testes funcionais utilizando foguetes de garrafa PET; na análise modal e ensaios qualificação em ambiente de desenvolvimento aeroespacial; confecção da bolacha da missão, percorrendo assim todo o fluxo de trabalho de um projeto de produto aeroespacial de alto nível.
Os testes funcionais dos sensores foram conduzidos no Museu Interativo de Ciências (MIC) de São José dos Campos, utilizando foguetes didáticos de garrafa PET, e contaram com apoio do Laboratório de Registro de Imagem Vídeo de Alta Velocidade do IAE e de voluntários do INPE, para coleta de dados comparativos e validação da metodologia adotada para o Experimento da Missão SANJ-A. No dia 30 de agosto de 2019 ocorreu o último teste funcional no MIC, com coleta de dados para calibração e ajustes finais dos sensores, tendo servido de base para configuração do experimento a ser embarcado no FTI.
Adaptação de:
A BRENG Engenharia e Tecnologia Ltda, contribuiu, de forma voluntária, com a manufatura aditiva, (processo de fabricação em impressora 3D da caixa e suportes do experimento SANJ-A), conforme mostram as fotos abaixo. Foi utilizada a impressora 3D da própria empresa, utilizando também material (PLA - Ácido Polilático) de seu próprio estoque. O Processo de manufatura aditiva, conhecido tecnicamente como FDM (Fused Deposition Modeling), em tradução livre: modelagem por fusão e deposição, produz peças e componentes em camada por camada, a partir de um projeto 3D em CAD (Computer Aided Design), utilizando como matéria prima, normalmente, um material termoplástico, que permite a produção de peças fortes, duráveis e dimensionalmente estáveis com a melhor precisão e repetibilidade de qualquer tecnologia de impressão 3D.
Além disso, a BRENG também auxiliou os alunos no projeto CAD 3D com as licenças do Software Autodesk Inventor (adquiridos nos projetos PIPE FAPESP Processo: 17/10166-4
e Processo: 17/22821-7) da própria empresa, para confecção do projeto dimensional mecânico do subsistema mecânico da Caixa do SANJ-A. Concluída a etapa de projeto, o desenho do conjunto foi submetido a uma análise numérica Modal (identificação das frequências de ressonância do conjunto mecânico do SANJ-A) através da licença do Software ANSYS Mechanical da BRENG (adquirido nos projetos PIPE FAPESP Processo: 17/10166-4
e Processo: 17/22821-7). Através do Software ANSYS foi possível identificar as frequências de ressonância, importantes para o ensaio de vibração, o que garantiu maior segurança do conjunto mecânico da Caixa do SANJ-A quando submetidos aos testes de vibração.
Finalizadas as etapas do projeto mecânico (CAD 3D), análise numérica (Modal) e manufatura aditiva (Impressão 3D), os voluntários do IAE e INPE realizaram, no dia 09 de setembro de 2019, a integração do subsistema mecânico e elétrico do experimento SANJ-A, bem como os testes de integração e funcionais. A etapa de integração de um sistema aeroespacial consiste na montagem, ajustagem e fixação de todos os elementos que compõem o referido sistema. Já os testes funcionais serviram para avaliar a resposta do sistema, do ponto de vista de alimentação elétrica, funcionamento mecânico, resposta de dados, entre outros.
Após a integração e os testes funcionais preliminares, o conjunto do experimento SANJ-A seguiu, no dia 10 de setembro de 2019, para o Laboratório de Propriedades de Massa (LPMA) do IAE. O ensaio de Propriedades de Massa consiste na medição de massa, momento de inércia, balanceamento e coordenadas de Centro de Gravidade (CG). Para tal, no caso da medição da massa foi utilizado o Dinamômetro de Bancada Ohaus, e para medições de momento de inércia (MOI) e centro de gravidade (CG) uma Máquina Space Electronics. Esses resultados se julgam necessários para o embarque seguro no Foguete (FTI), respeitando os requisitos de projeto e operação para a missão SANJ-A. Ressalta-se que os dados obtidos, corresponderam satisfatoriamente aos dados do projeto mecânico do SANJ-A, qualificando assim a Carga Útil desenvolvida pelos alunos no âmbito do desenvolvimento do experimento SANJ-A.
Com a obtenção dos dados do Ensaio de Propriedades de Massa no LPMA, a Carga Útil SANJ-A seguiu, no dia 11 de setembro de 2019, para o Laboratório de Vibrações - LEVI do IAE. O LEVI realiza ensaios e medições de vibração mecânica, choque mecânico e análise modal, bem como a análise dos dados. No caso da Carga Útil do SANJ-A, foram realizados ensaios de vibração mecânica através de Shaker
Eletrodinâmico LDS, e Análise Modal Experimental através do Acelerômetro Bruel&Kjaer. O Shaker
Eletrodinâmico LDS reproduz as vibrações induzidas pelo motor foguete à estrutura mecânica, ao longo da trajetória de voo. Por outro lado o Acelerômetro Bruel&Kjaer coleta a assinatura modal (frequências de ressonância) da Carga Útil SANJ-A. Os ensaios foram conduzidos considerando os três eixos (x, y
e z) de atuação das cargas e forneceram resultados de integridade estrutural da Carga Útil e a correspondência das frequências de ressonância encontradas pela Análise Numérica Modal e Análise Modal Experimental.
Dessa forma, encerra-se o ciclo de qualificação da Carga Útil SANJ-A, estando completamente apta a ser embarcada no Foguete (FTI), de forma funcional e segura, assegurada pelo projeto bem executado e os rigorosos ensaios aos quais foi submetida. É importante frisar que o ensaio de vibração é o mais crítico de todos, pois se o projeto mecânico não tiver sido executado corretamente, a carga útil pode sofrer as ações das vibrações induzidas pela máquina e se colapsar, invalidando a carga útil e sendo necessário reprojetar o subsistema mecânico. Vale ressaltar também que a Carga Útil SANJ-A foi fabricada com a tecnologia de impressão 3D utilizando material termoplástico (PLA), e que foi a primeira vez que uma carga útil dessa natureza foi ensaiada no LEVI, deixando a equipe do laboratório impressionada com os resultados, pois a equipe relatou que já viu cargas úteis feitas de forma tradicional (alumínio) se colapsarem por completo, quando submetidas ao
Shaker, e que no caso do SANJ-A não só foi feita em PLA, mas havia sido projetada por alunos de ensino fundamental (10 - 13 anos de idade).
Paralelamente, ainda no dia 11 de setembro de 2019, os alunos do Programa Decolar participaram de um concurso para eleger a bolacha da Missão SANJ-A, tendo sido escolhida a arte apresentada no início desta matéria. Também, os alunos receberam, no Museu Interativo de Ciências, a Carga Útil completamente qualificada e pronta para ser integrada ao Foguete (FTI) em Alcântara no Maranhão. Os alunos expressaram extremo entusiasmo e felicidade com os resultados dos testes realizados no IAE.
Nos dias 24 e 25 de setembro de 2019, duas professoras do Programa Decolar visitaram o Centro de Lançamento de Alcântara - CLA, para acompanhar o lançamento de um Foguete de Treinamento Intermediário (FTI) na Operação Águia II/ 2019. O lançamento ocorreu às 14h11 pelo horário de Brasília do dia 25 (de setembro de 2019), o qual além do treinamento operacional das equipes envolvidas e teste de equipamentos em solo associados às operações de lançamentos em Alcântara, a operação teve por objetivo dar andamento ao processo de verificação do novo sistema de terminação de voo, recentemente adquirido pelo Centro visando a realização da tele destruição remota de foguetes.
No dia 24 (de setembro de 2019), as professoras puderam apresentar os objetivos da Missão SANJ-A para a equipe do CLA, e fazer maiores alinhamentos do ponto de vista técnico-operacional. A visita também permitiu as duas professoras, da rede municipal de São José dos Campos, acompanharem a execução da operação de lançamento e realizarem testes com o experimento, a carga útil do FTI e a transmissão de sinal via telemetria para eventuais ajustes visando participação futura do equipamento em voo do veículo com a presença de professores e alunos integrantes do experimento na próxima Operação Águia a ser realizada pelo CLA no ano de 2020.
