O Projeto de Pesquisa do curso de Propulsão Aeroespacial Não-Convencional

Projeto de Pesquisa do curso de Propulsão Aeroespacial Não-Convencional

Quadrimestre: (Q2.2023)

Isabelle Oliveira Souza

Título do projeto: Projeto Gemini – Desenvolvimento de um foguete de propulsão verde economicamente viável.

Palavras-chave do projeto: Propulsão verde, foguete, propelente líquido.

Área do conhecimento do projeto: Foguetes; Propulsão de Foguetes; Motores Alternativos

Sumário

1 Resumo        3

2 Introdução        4

3 Objetivos        5

3.1 Objetivo geral        5

3.2 Objetivos específicos        5

4 Metodologia        5

4.2 Simulações e modelagens        6

5 Vídeos e Mídias: ferramentas de divulgação        6

6 Cronograma de atividades        6

Referências        7

1 Resumo

A propulsão de foguetes é um campo fundamental na exploração espacial, impulsionando veículos para fora da atmosfera terrestre e em direção ao espaço profundo. Tradicionalmente, os foguetes têm sido alimentados por combustíveis à base de hidrogênio e oxigênio, resultando em emissões significativas de gases poluentes e contribuindo para a degradação ambiental. 

No entanto, a crescente preocupação com a sustentabilidade e o impacto ambiental levou ao desenvolvimento de alternativas mais limpas e eficientes, conhecidas como propulsão verde, sendo essa focada na utilização de combustíveis menos poluentes, tecnologias de propulsão mais eficientes e abordagens inovadoras para reduzir a pegada de carbono das atividades espaciais. No mais, a busca também abrange uma melhora na eficiência das missões, reduzindo custos de lançamento e aumentando a viabilidade econômica da exploração espacial.

Portanto, o presente trabalho tem como objetivo o estudo de um foguete com propulsão bipropolente liquida, a base de etanol (C2H5OH) e peróxido de hidrogênio (H2O2) à 60%, amplamente conhecido como água oxigenada. O projeto baseia-se na construção de um motor foguete líquido como uma alternativa sustentável e de baixo custo para futuros sistemas de transporte espacial. Embora o projeto tenha expectativa de ser aplicável a motores foguete de qualquer porte, a princípio, os estudos, testes e lançamento serão direcionados para um nível de empuxo que seja suficiente para que o veículo atinja a camada estratosférica da Terra. O projeto consiste de quatro fases, sendo divididas da seguinte forma: Fase I – Estudo do propelente, escolha do catalisador, projeto do sistema de injeção e do motor. Fase II – Projeto da fuselagem, do sistema de recuperação, sistema de comunicação e simulações computacionais. Fase III – Montagem do foguete, testes pré-lançamento, correção de possíveis falhas. Fase IV – Lançamento.

Além de analisar a eficiência da tecnologia proposta, este projeto fará uma análise da projeção do custo de lançamento do Gemini comparado a um foguete de propelente sólido já lançado pela equipe Rocket Design da UFABC, considerando a mesma missão, afim de concluir a viabilidade financeira do projeto, tendo como foco principal a comparação e estudo do propelente.

2 Introdução

O pioneiro alemão Hermann Oberth, que publicou o livro "Die Rakete zu den Planetenräumen" (O Foguete para o Espaço Interplanetário) em 1927, foi um dos primeiros a propor teorias concretas sobre o voo espacial. No entanto, foi o engenheiro russo Konstantin Tsiolkovsky que estabeleceu as bases teóricas da propulsão de foguetes no início do século XX, desenvolvendo as equações fundamentais que governam o comportamento dos foguetes no espaço.

A década de 1920 e 1930 viu o desenvolvimento dos primeiros foguetes de propulsão líquida funcionais. O engenheiro alemão Fritz von Opel, em 1929, lançou um carro-foguete propulsado por esse tipo de combustível [12], e em 1931, o físico americano Robert H. Goddard lançou com sucesso o primeiro foguete movido a combustível líquido nos Estados Unidos. No entanto, foi durante e após a Segunda Guerra Mundial que houve avanços significativos na tecnologia de foguetes com esse tipo de propulsão. A Alemanha nazista desenvolveu o famoso foguete V-2, o primeiro foguete balístico operacional do mundo, que usava propulsores líquidos e atingiu altitudes de cerca de 189 km [15]. Após a guerra, muitos cientistas e engenheiros alemães, incluindo Wernher von Braun, foram capturados pelos Estados Unidos e pela União Soviética para continuar suas pesquisas. Essa aquisição de talentos impulsionou ainda mais o desenvolvimento dessa tecnologia em ambos os países. Além disso, a corrida espacial entre os Estados Unidos e a União Soviética levou a avanços tecnológicos significativos nessa área. A Apollo 11, em 1969, levou os astronautas Neil Armstrong e Buzz Aldrin à Lua usando o foguete Saturn V, que era movido por tais propulsores. Desde então, a tecnologia de foguetes de propulsão líquida tem continuado a evoluir, resultando em lançamentos regulares de satélites, missões científicas e até mesmo voos tripulados para a Estação Espacial Internacional (EEI). Esse tipo de propulsão oferece maior controle e eficiência em comparação com os outros tipos, o que a torna crucial para as atividades espaciais atuais e futuras.

Junto a isso, a demanda atual do mercado aeroespacial faz com que seja necessário sistemas propulsivos que não sejam tóxicos, de alta eficiência e baixo custo. A partir disso, desenvolveu-se um estudo em 2017 no INPE acerca de um propelente liquido verde, à base de etanol com peroxido de hidrogênio, sendo este detentor de algumas características que o tornam uma escolha muito interessante para utilização em

sistemas propulsivos. Sobre este compósito, os pontos principais são: 1) maior densidade quando em comparação com a maioria dos propelentes, levando a um menor volume de reservatório e consequentemente uma maior massa para a