Actualmente, as missões espaciais são eventos pontuais: os satélites são enviados para órbita para cumprir a sua missão até que o seu combustível se esgote. A Agência Espacial Europeia (ESA) está a trabalhar num futuro mais sustentável, onde os satélites e as naves espaciais se possam encontrar, acoplar, reabastecer, reparar, recalibrar e até serem reutilizados para novas missões indefinidamente.
O primeiro passo para este futuro dos centros logísticos espaciais, como os aeroportos ou as estações ferroviárias na Terra, é o desenvolvimento de normas que permitam um ecossistema aberto, interoperável e modular, ao qual todos os fabricantes de naves espaciais possam aderir.
A ESA e a indústria estão a trabalhar em conjunto para desenvolver e testar interfaces que permitirão aos satélites aproximarem-se no espaço, reconhecerem-se e acumularem-se. Novos testes de hardware para esta etapa foram realizados nas instalações de teste da ESA no ESTEC, o centro técnico da agência na Holanda, avaliando diferentes interfaces e tecnologias desenvolvidas pela The Exploration Company em parceria com a Sener, GMV, Almatech, Thales Alenia Space e CDS.
Encontro cósmico
“Quando uma nave espacial se aproxima de outra no espaço, chamamos a isso um ‘encontro’”, explica Lorenzo Pasqualetto-Cassinis, engenheiro de sistemas de orientação, navegação e controlo da ESA.
“Para missões de logística espacial, um encontro espacial envolve uma nave espacial de serviço alinhar a sua órbita com a do cliente – uma nave espacial que necessita de manutenção ou transporte – e realizar manobras muito precisas para se aproximar. No nosso laboratório, testámos dois sistemas de câmaras que permitiriam a um veículo de serviço aproximar-se do seu alvo, trazendo os dois de centenas de metros de distância para apenas alguns centímetros, preparando-os para o acoplamento”.
O teste de encontro espacial decorreu no Laboratório de Orientação, Navegação e Controlo da ESA, utilizando o GRALS, um conjunto de dois braços robóticos montados em carris com 33 metros de comprimento. Um dos braços suporta a unidade de navegação de uma nave espacial em aproximação, desenvolvida pela The Exploration Company, enquanto o outro suporta um modelo à escala de uma nave espacial alvo, ou “cliente”, desenvolvido pela Thales Alenia Space, em França. Ambos estão suspensos no centro de uma longa sala escura, iluminada apenas por uma lâmpada, simulando a luz do Sol.
Para estabelecer a sua própria posição no espaço em relação ao alvo, a câmara do sistema de navegação fixa-se num conjunto de marcadores a preto e branco, semelhantes a códigos QR, localizados na interface da nave espacial alvo.
Os últimos centímetros
A parte final da simulação de encontro – o acoplamento – é realizada pelo Laboratório de Robótica Orbital da ESA, convenientemente localizado do outro lado da longa sala que alberga os braços robóticos do GRALS.
Aqui, plataformas especializadas pairam sobre um piso extremamente plano e liso, simulando o estado de flutuação livre em duas dimensões, sem gravidade. Na parte inferior de cada plataforma, os rolamentos de ar sopram ar em direção ao chão para criar um espaço de ar à escala micrométrica, fazendo com que as plataformas e as suas cargas úteis flutuem sem qualquer atrito.
“Nesta parte do teste, os modelos da nave espacial de serviço e da nave espacial cliente estão acoplados a uma plataforma flutuante cada”, afirma Jules Noirant, engenheiro de automação e robótica da ESA. “A plataforma que simula a nave de serviço pesa cerca de 180 kg e tem um peso adicional de 20 kg acoplado em cada lado – desta forma, a diferença de massa entre os dois modelos é semelhante a um cenário real.”
Partindo de uma distância de quatro centímetros, o mecanismo de acoplamento do dispositivo de serviço liga-se primeiro à interface de captura passiva do cliente e, em seguida, aproxima as duas plataformas gradualmente até que duas portas — uma para recarga e outra para alimentação e transferência de dados — se ligam às respetivas portas.
Com os dois testes realizados ao longo de algumas semanas este Verão, todo o processo de encontro, acoplamento e manutenção foi reproduzido num único local.
“Este teste permitiu-nos demonstrar o desempenho dos nossos sistemas”, comenta Olivier Faure, Diretor de Projetos Futuros e Programas de Serviços em Órbita da The Exploration Company. “O encontro espacial tem de funcionar em todas as condições – na escuridão total, mas também quando os marcadores refletem a luz solar e ofuscam a câmara com reflexos.
Da mesma forma, a acoplagem tem de funcionar em múltiplas condições dinâmicas nos últimos centímetros, com uma gama de posições e velocidades relativas em relação ao alvo. Os testes foram fundamentais para compreendermos melhor o desempenho do nosso sistema antes de o testarmos no espaço.”
Esta campanha de testes faz parte do projeto In-Space Proof of Concept (InSPoC) da ESA, que visa comprovar a interoperabilidade das interfaces necessárias para o desenvolvimento de centros logísticos prósperos no espaço. Dividida em quatro temas, a primeira – InSPoC-1 – aborda o encontro, a acoplagem e a transferência de fluidos ou gases entre naves espaciais.
Yann Tincelin, Gestor do Programa InSPoC na ESA, conclui: “O nosso objetivo é conceber e demonstrar, em colaboração, as interfaces que possam viabilizar uma infraestrutura espacial aberta, permitindo aos stakeholders europeus operar e prestar serviços na economia orbital.”
Uso sustentável do espaço
Actualmente, os satélites são lançados para o espaço com a quantidade de combustível necessária para toda a vida útil da missão. Dependendo da órbita em que o satélite se encontra, a falta de combustível fará com que este reentre na atmosfera e se desintegre na atmosfera, ou continue a flutuar, tornando-se mais um detrito espacial.
Para gerir o crescente número de objectos não funcionais no espaço, duas abordagens têm de ser implementadas em paralelo. Uma delas é prolongar a vida útil da missão de uma nave espacial através de reparações, reabastecimento ou reutilização. Para isso, as naves espaciais que lançarmos no futuro necessitarão de ser equipadas com interfaces que permitam a acoplagem com outras naves de manutenção, desenvolvidas através de projetos como o InSPoC-1.
A segunda abordagem é limpar as nossas órbitas, removendo os detritos espaciais existentes e prevenindo a geração de novos detritos, descartando os satélites em segurança no final da sua vida útil orbital. A ESA está a trabalhar nisso através de projetos como a missão Cat, que se acoplará a um satélite equipado com uma interface Mice compatível.
Texto original: New tests for rendezvous and docking interoperability
Texto e imagens: ESA
Tradução automática via Google
Edição: Rui Barbosa