Empresas recebem apoio para desenvolvimento de tecnologias com aplicações espaciais

Nos últimos anos, o Brasil avançou a passos largos no desenvolvimento de tecnologias de imageamento aeroespacial, produzindo em território nacional equipamentos capazes de fazer imagens com alta resolução a até 780 km de altitude – como se fosse possível enxergar, desde São Carlos, no interior paulista, um ônibus trafegando por Brasília (DF). Agora, com o apoio da FAPESP e da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), pesquisadores e empreendedores que atuam no Estado de São Paulo se preparam para realizar pesquisas que podem ampliar ainda mais a capacidade aeroespacial do país.

Quinze projetos de 10 empresas – sediadas no Estado de São Paulo, constituídas a, no mínimo, 12 meses antes do lançamento do edital e com até 250 empregados – foram selecionadas na chamada pública do Programa PIPE/PAPPE Subvenção – uma parceria entre a FAPESP e a Financiadora de Estudos e Projetos (Finep).

As propostas buscaram responder a desafios tecnológicos nas áreas de instrumentos embarcados da missão Equars, satélite do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) para estudo da atmosfera equatorial; eletrônica e óptica espacial; propulsão; transponder digital e antena; suprimento de energia; integração de sistemas; e controle de atitude e órbita.

Uma das empresas foi a Opto Eletrônica S/A. Instalada em São Carlos, a Opto desenvolve produtos que combinam óptica, tecnologia laser, eletrônica e mecânica de precisão para aplicações médicas, industriais, aeroespaciais e de defesa.

A empresa teve três projetos selecionados.Todos têm como objetivo evoluir as câmeras embarcadas em satélites brasileiros, que utilizam atualmente sistemas ópticos do tipo refrativo, compostos apenas por lentes.

“Os projetos da Opto que serão financiados pela FAPESP e pela Finep visam desenvolver tecnologia genuinamente brasileira para atender, entre outras, as demandas do Programa Estratégico de Sistemas Espaciais (Pese) do Brasil. O apoio ao desenvolvimento desse tipo de tecnologia é de fundamental importância por viabilizar uma tecnologia nacional que contribui para diminuir os riscos tecnológicos presentes nessas missões”, diz Henrique Cunha Pazelli, responsável por uma das três propostas da empresa que foram selecionadas.

Peça a peça

As demandas do programa espacial brasileiro por câmeras de alta resolução, com campo de visão mais amplo e sensor infravermelho de ondas curtas (SWIR, na sigla em inglês), só podem ser contempladas pelo uso de sistemas ópticos do tipo reflexivo, formado por espelhos, ou catadióptricos, compostos de espelhos e lentes. Imagens de sensor SWIR permitem, por exemplo, ver a superfície por meio de uma densa fumaça durante um incêndio.

Para aprimorar a tecnologia atual visando câmeras de maior resolução, são necessários investimentos para melhorar os equipamentos já em uso. Na ponta de tecnologia para satélites de observação da Terra, as câmeras de alta resolução e ampla resposta espectral são baseadas em sistemas ópticos reflexivos do tipo three mirror anastigmat (TMA). A Opto propôs, então, o projeto “Desenvolvimento de um sistema óptico reflexivo tipo TMA para instrumentos imageadores orbitais”.

O novo sistema terá a capacidade de atingir altíssimas resoluções com um campo de observação maior e livre de interferências. Mas, para isso, é necessário o domínio de várias tecnologias, como a fabricação de componentes ópticos com dimensões consideráveis, leves e com alinhamento de sistemas reflexivos fora de eixo.

Outra inovação da Opto que será financiada pela parceria entre FAPESP e Finep virá do projeto “Desenvolvimento de um sistema de apontamento lateral de um espelho para imageadores ópticos de uso espacial”. Trata-se de um sistema composto por um espelho acoplado a um mecanismo de rotação formado por um motor de passo – tipo de motor elétrico usado quando algo tem que ser posicionado muito precisamente ou rotacionado em um ângulo exato – e uma eletrônica de aquisição e de controle. No projeto estão previstos a fabricação, a montagem e o teste de um protótipo desse sistema.

“A variação de posição angular do espelho tem o objetivo de aumentar a frequência de revisita de uma determinada região mapeada da terra, permitindo observações repetidas de um alvo estudado em curtos intervalos de tempo. Dessa forma, adquirem-se imagens da mesma cena em perspectivas distintas para extração de dados tridimensionais da região observada, explica Daniel Moutin Segoria, responsável pelo projeto.

Adicionalmente, segundo ele, o sistema pode ser utilizado no aumento do tempo de revisita de regiões de interesse específico, como plantações que apresentam tempos diferentes para a colheita ou até mesmo as que apresentem algum tipo de anomalia.

De acordo com Segoria, o estudo dos mecanismos capazes de proporcionar exatidão, repetitividade e estabilidade durante o funcionamento do sistema deve ser cuidadosamente realizado dadas as características do ambiente em que o equipamento será utilizado.

“Sistemas mecânicos utilizados em ambiente espacial e que apresentam junções móveis devem apresentar componentes fabricados com materiais e tratamentos superficiais específicos, de acordo com a aplicação para a qual o componente é submetido”, diz Segoria.

Controle térmico

Ainda por conta da instabilidade do ambiente, instrumentos imageadores que constituem a carga útil de um satélite artificial podem sofrer desalinhamentos em seus sistemas ópticos, causando perda da qualidade de imageamento. Além dos desafios de projetar uma óptica capaz de prover bons resultados quando submetida a um ambiente com ausência de gravidade, é também necessário desenvolver um sistema robusto que mantenha a qualidade observada nos testes de aceitação após ser submetido aos grandes níveis de vibração durante o lançamento ao espaço.

“Muitas vezes, diante da dificuldade de projetar um sistema capaz de apresentar as mesmas características observadas em terra, engenheiros e projetistas ópticos adotam algum tipo de mecanismo capaz de realinhar o sistema óptico após o lançamento do satélite ao espaço, comumente chamado de sistema de ajuste de foco embarcado”, conta Pazelli.

A técnica convencional de ajuste focal consiste em mecanismos baseados em motor de passo aliados a mecânica de precisão. Mas utilizar esse tipo de tecnologia para ajustar o foco durante a missão demanda maior consumo de energia, alta complexidade tecnológica e aumento dos custos da missão.

Diante disso, o terceiro projeto da Opto selecionado na chamada de proposta – “Sistema de ajuste de foco por controle de temperatura” –, visa o desenvolvimento de um mecanismo de ajuste da posição focal por meio de controle térmico específico atuando sobre algum elemento do sistema óptico.

A base do estudo é o conceito de telescópio óptico reflexivo, cuja configuração faz com que a radiação eletromagnética seja refletida pelo espelho primário e interceptada pelo secundário antes de atingir o foco principal. Depois de refletida pelo espelho secundário, a radiação converge para o foco localizado após o espelho primário.

Primeiramente serão construídas provas de conceito para testar as hipóteses sugeridas e, em seguida, um modelo de engenharia que integra todas as soluções em um protótipo, permitindo a realização de avaliações completas de sua funcionalidade.

A relação das empresas e seus respectivos projetos pode ser acessada em www.fapesp.br/10643.