quinta-feira, 24 de setembro de 2009

"O Brasil e o Espaço"

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Reproduzimos abaixo artigo escrito por José Nivaldo Hinckel, engenheiro do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) com uma análise e visão pessoais sobre o Programa Espacial Brasileiro.

O Brasil e o Espaço

José Nivaldo Hinckel*

1. Porque um programa espacial brasileiro

A razão primordial para um programa espacial é o acesso aos recursos ímpares da visada global proporcionada pela grande altitude. A visada global abre amplo leque de missões de comunicação e observação com cobertura de grandes extensões da superfície terrestre.

A exploração destes recursos, inicialmente para fins estratégicos militares e de defesa, e posteriormente para fins comerciais e científicos, deu origem aos abrangentes programas espaciais americanos e soviético das décadas de 50 a 70 do século passado, refletindo a atuação e interesse globais dos mesmos neste período crítico da Guerra Fria. A partir da década de 70 a Europa (ESA), China, Índia Japão e Brasil deram também grande impulso aos seus respectivos programas espaciais. Estas iniciativas foram também impulsionadas em grande parte por interesses estratégicos destes países; interesses estes relativos aos seus próprios (e vastos) territórios e crescente ampliação de atividades e interações comerciais com outros países e exploração de recursos marítimos.

O Brasil, por sua extensão territorial e distribuição populacional, vastas regiões de fronteira e costa marítima e crescente projeção no cenário internacional é claramente grande beneficiário potencial de exploração intensiva de recursos espaciais.

2. Diagnóstico: Situação atual

Uma análise, mesmo superficial, das atividades e projetos em andamento dos programas mencionados acima, torna evidente o descolamento do programa espacial brasileiro em relação aos outros programas, especialmente a partir do início da década de 90. Enquanto esses programas avançaram, tanto na parte de acesso ao espaço com o desenvolvimento de veículos lançadores capazes, com cobertura de largo espectro de missões espaciais, quanto na produção de satélites de comunicações, observação da Terra e exploração científica, o escopo e objetivos do programa brasileiro foram progressivamente encolhidos e postergados.

O programa de veículos lançadores, após três tentativas mal-sucedidas de lançamento, encontra-se em estado vegetativo, com perspectivas praticamente nulas de reativação. O VLS, em sua configuração atual é, para todos os fins práticos, um veículo desacreditado e não há como reaprumá-lo. Efetivamente, os responsáveis pelo programa estão perdidos quanto ao rumo a dar a este VLS, ou o que colocar em seu lugar.

Entra em cena a ACS (Alcântara Cyclone Space). Ao ser desmembrada da União Soviética, a Ucrânia herdou um espólio espacial, com capacidade de produzir foguetes, porém sem ter de onde lançá-los. O que pareceu inicialmente uma barganha para o lado brasileiro e uma redenção para o lado ucraniano, revela-se, entretanto, pesadelo.

O foguete Cyclone 4 utiliza os propelentes NTO/UDMH (Tetróxido de di-nitrogênio / Dimetil Hidrazina Assimétrica). A origem de utilização destes propelentes remonta à corrida por produção de mísseis de longo alcance da segunda metade do século passado. Estes propelentes são estocáveis e podem ficar carregados nos tanques dos foguetes por anos, prontos para o lançamento. E tem também boas características energéticas e propriedades termofísicas que facilitam o projeto e produção dos propulsores destes mísseis.

Entretanto, são altamente tóxicos e os riscos de catástrofe de grandes proporções associada a uma falha nos instantes iniciais do lançamento se revelam difíceis de serem justificados num programa de veículos lançadores. De fato, grande parte dos veículos lançadores que utilizam ou utilizavam estes propelentes; derivados em sua maioria de mísseis balísticos, foi, ou está em vias de desativação. É difícil entender porque o Brasil vai ingressar nesta área seguindo uma trilha que está sendo abandonada por todos os outros competidores.

Politicamente, o programa envolve também um risco considerável, visto que o foguete produzido pela Ucrânia depende, em subsistemas essenciais, de licenças ou itens produzidos na Rússia, que talvez preferisse tratar diretamente com o Brasil.

Logisticamente, a situação não é menos complicada. O foguete é produzido no leste europeu, devendo seguir um longo trajeto para chegar a Alcântara. O deslocamento de pessoal envolvido no lançamento, alojamento e entretenimento acarretam custos elevados. E há adicionalmente o problema de transporte e armazenamento de centenas de toneladas de propelentes altamente tóxicos, que devem ser adquiridos do outro lado do mundo, visto que econômica e ecologicamente a produção local destes não é justificável.

A insistência dos dirigentes da ACS em prever a entrada em operação comercial num prazo inferior a dois anos revela o seu despreparo técnico e gerencial e desconexão com a realidade. A implementação de um programa deste porte, contando com um gerenciamento ágil e proficiente, uma equipe técnica experimente e fluxo de recursos adequado requer pelo menos cinco anos. É difícil assegurar que a ACS conte com este suporte.

Em contraposição, o acordo entre a Arianespace e a Rússia para o estabelecimento e operação de uma plataforma de lançamento do veículo Soyuz a partir da base de lançamento de Kourou, demorou quase uma década e consumiu recursos da ordem de meio bilhão de euros. Há que se perguntar, o que os dirigentes da ACS sabem e que os dirigentes da ESA não sabem, que lhes permita realizar uma tarefa de mesma complexidade, num prazo muito mais curto e com recursos muito mais limitados?

O programa de satélites demonstrou vitalidade inicial com a construção e lançamento dos satélites de coleta e dados. Os satélites de observação, a serem desenvolvidos internamente a partir da década de 80, sofreram sucessivas metamorfoses e adiamentos, sem nenhum lançamento com sucesso até o presente, e com perspectivas pouco promissoras no horizonte previsível.

O programa de desenvolvimento de satélites de sensoriamente remoto em cooperação com a China foi iniciado como uma parceria razoavelmente equilibrada quanto a decisões programáticas e gerenciais e atribuições técnicas. Entretanto, como reflexo do grande descompasso dos respectivos programas nacionais, cresceu enormemente a ascendência técnica, gerencial e programática da parte chinesa, ficando a parte brasileira relegada a atuação coadjuvante, apesar de crescente participação orçamentária no programa.

O desenvolvimento de satélites de comunicações foi praticamente abandonado.

É notável e preocupante a desconexão do programa de satélites conduzido no INPE com os seus clientes potencialmente mais importantes. Um programa de caráter nacional, como se pretende o brasileiro, somente faz sentido se atender a uma gama de missões de interesse nacional amplo; sistema de defesa e uma grande quantidade de organismos que necessitam de comunicações e informações geográficas com cobertura total e contínua do território terrestre e marítimo.

3. Sustentabilidade técnica e econômica

Uma característica importante de atividades econômicas envolvendo complexidade e diversidade tecnológica, ampla infra-estrutura e com longos prazos de maturação, é a elevação crescente do patamar de sustentabilidade técnica e econômica destas empreitadas. Haja vista a grande consolidação empresarial ocorrida em áreas como automobilística, aeronáutica, eletrônica, farmacêutica e inúmeras outras. Não há razão para esperar que a área espacial seja uma exceção a esta tendência.

O ritmo atual de produção e lançamento de 3 a 5 satélites por década é claramente insuficiente para a sustentabilidade técnica e econômica a esta atividade. Do ponto de vista técnico, este ritmo é insuficiente para manter um quadro técnico suficientemente motivado e proficiente para a condução das atividades num patamar mínimo de confiabilidade. Neste ritmo, a proficiência do quadro técnico tende a regredir e é praticamente impossível agregar e treinar novos profissionais para perpetuar o conhecimento adquirido anteriormente.

A ociosidade da infra-estrutura dedicada torna-se também extremamente alta, comprometendo seriamente a proficiências dos operadores de equipamentos caros e complexos.

O envolvimento e contratação de empresas privadas para prestação de serviços e componentes torna-se igualmente proibitivamente caro e arriscado, sobretudo daquelas empresas com grande dependência e dedicação a esta área. A alta intermitência de atividades nestas empresas ocasiona uma grande rotatividade de profissionais e dificuldade de manutenção de capacitação técnica. A inserção destas empresas em outras áreas de atividade é altamente desejável, mas difícil de ser realizada.

4. O que deve ser feito

Do ponto de vista puramente técnico, a formulação de um programa espacial sustentável e compatível com as necessidades e recursos do Brasil é tarefa que pode ser realizada com razoável confiança por profissionais com vivência prolongada na área e familiaridade com os principais programas espaciais desenvolvidos em outros países. A tarefa consiste em extrair destes programas um núcleo de missões com grau de complexidade não muito elevado, mas que ainda atendam a uma ampla gama de demandas dos diversos setores clientes potenciais de serviços de natureza espacial. Não se pode deixar de notar que os clientes iniciais destes serviços são em sua maioria os diversos órgãos do Estado.

Estas missões devem atender primordialmente demandas de comunicações e observação da Terra e devem prever um ritmo mínimo de três a seis missões anuais num prazo de cinco a dez anos para prover sustentabilidade técnica e econômica ao programa.

É razoavelmente seguro antever que tais missões envolvam a construção de plataformas com massa total de 500 a 4.000 kg em órbita baixa e massa de até 1.500 kg em órbita geoestacionária.

Esta definição fecha também os requisitos básicos de lançamento para um programa de veículos lançadores.

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José Nivaldo Hinckel é coordenador do grupo de propulsão de Departamento de Mecânica Espacial e Controle da ETE/INPE. Responsável técnico pelo projeto de desenvolvimento de propulsores monopropelentes a hidrazina para sistemas de guiagem e controle de atitude e órbita de satélites. É também coordenador do convênio de cooperação técnica entre o MCT/INPE e o MAI (Moscow State Aviation Institute).
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12 comentários:

rondini disse...

Olá Mileski.
Afinal,a agenda de testes(2010) e voo de qualificação(2012) está de pé ou não? Pelo que o texto indica, o projeto está parado e sem perspectivas futuras.

Andre Mileski disse...

Sim, está de pé. O que acredito que o autor quer dizer é que em termos de projetos de lançadores, não há nada definido em termos de futuro pós-VLS-1.

Décio disse...

O que fazer? Diversificar e Ampliar as aplicações e resolver a questão do acesso espacial.


Acho que o autor tem razão o programa não atingiu a dinâmica que gostaríamos. Possui experiência no uso do espaço para meteorologia e monitoramento ambiental, o que tem motivado e justificado os satélites desenvolvidos e programados no futuro próximo.

É preciso explorar outras potencialidades das aplicações espaciais, tais como, defesa, comunicações e navegação. Os países que mais investem também utilizam com mais qualidade, diversidade e impactos o espaço na solução de suas demandas de segurança, sócio-econômicas e científicas.

Mesmo países desenvolvidos que localizam setorialmente seus investimentos, Canadá e Alemanha, possuem investimentos em programas espaciais modestos relativamente aos seus PIBs. Os países com maiores esforços, tais como USA, Índia, Rússia, Japão possuem programas com diversidade de aplicações.

No entanto, o Brasil não resolveu o seu problema de acesso ao espaço, ou seja, de desenvolver satélites e lançadores com autonomia. É preciso investir na capacidade de acesso de forma específica e alinhada aos investimentos de aplicações. Não somente investir recursos financeiros, também adequar os mecanismos institucionais para mobilizar e desenvolver pessoas e indústrias a esse objetivo.

Sem resolver a questão do acesso é complicado ampliar as aplicações e em conseqüência justificar e dar sustentabilidade aos investimentos. Também aqui pra vender mais o biscoito precisa ser disponibilizado mais fresco do que tem sido.

Também me preocupo com essa questão da segurança dos lançamentos e acho essencial que o país desenvolva a análise de riscos dos lançadores e bases de lançamentos. Não somente no local e início do lançamento, mas antes: no transporte e armazenamento dos veículos e combustíveis, e depois: durante toda a trajetória do lançamento. A análise de riscos nos lançamentos, a partir da costa brasileira, ao Norte precisa considerar a navegação e aviação, e o lançamento para o Leste precisa considerar os impactos potenciais, decorrentes de acidentes, na costa Africana. A não análise pode levar a enormes prejuízos no caso da identificação tardia de problemas com um local ou solução de negócios.

Décio Ceballos

Rudy Klug disse...

É triste saber que tudo isso é verdade. O pior é que a sugestão dele também não deve ser acatada, eu não tenho essa esperança.

É uma tristeza que os esforços de tantos técnicos de altíssima qualidade fiquem travado por falta de perspectivas futuras tanto dos lançadores quanto dos satélites.

phobus disse...

Concluindo-se: Viva Le France e os governos competentes e soberanos das Nações Nucleares. Vamos distribuir o territorio para as minorias e o ultimo a deixar o aeroporto favor apagar as luzes. Viajaremos para a Lua ou marte num foguete Chines, Indiano e talvez da Indonésia, Peruano,Venezuelano ou Argentino.

Ramir disse...

Acho que deveriam largar de vez o VLS-1,e partir com tudo para o VLS1B/VLS-ALFA que será bem mais util que este projeto antigo que SE CONSEGUIR FUNCIONAR, mal conseguirá lançar os satelites baseados na PMM.

Canalizem os investimentos para o o desenvolvimento dos motores liquidos do 3º e 4º estagios do VLS-ALFA e as coisas começariam a andar!

Jose disse...

Prezado Miguel, respondendo a sua pergunta...

Bem vindo a 2009, a barra subiu e este é o jogo que está sendo jogado agora. OK, vou dar um desconto; 1500 kg em órbita GTO, o que nos deixa com 1100 kg em órbita GEO, mas ainda requer 3000 kg em órbita baixa (LEO). Mas o acesso a órbitas geoestacionárias é imprescindível para um programa espacial de caráter nacional. Se voce não quer ir está órbita ou acha que não precisa disto, então voce não precisa de um programa espacial. Agora se voce apenas "também quer brincar", então as possibilidades são ilimitadas, inclusive inventar o seu próprio jogo.

Ah... a pergunta para quem não ouviu foi:"O Nivaldo foi bastante crítico, com razão. Não vejo, entretanto, realismo nas
propostas contidas no último item, além de conterem inconsistências (p.e. grau
de complexidade não muito elevado X plataformas de 1.500kg GEO e 4.000kg LEO).
Henz e"

J N Hinckel

Jose disse...

Por falar em nações nucleares...

Sou favorável a que se de ás armas nucleares no universo de nações o mesmo tratamento que se deve dar a granadas de mão em jardim de infância: Devem ser banidas. Cedo ou tarde alguém vai fazer gracinha ou cometer um descuido e "all hell goes loose". A humanidade simplesmente está preparada para este tipo de "brinquedo".

Décio disse...

Nivaldo, eu entendo que um lançador para 1500 – 2000 Kg LEO poderia ser interessante. Permitiria lançamentos dedicados (1 satélite) ou 2/3 satélites para constelação próximos de 700/500 Kg. Acredito que um lançador estaria em um patamar de tecnologias que levariam a custos de lançamentos mais baixos, U$ 20-30 milhões.

Fica para os especialistas resolver esse dilema, 1500 Kg na GEO ou na LEO. Será que uma concepção de lançador, em duas versões, permitiria isso?

Capacidade de lançamentos e tamanho de satélites não obedece a funções contínuas. A ciência dos materiais e a matemática dos números naturais (número inteiro de estágios) levam a ofertas de lançadores em saltos. O mercado oferece alguma variedade de oferta abaixo dos 500 Kg (Pegasus, Falcon) e depois pula para próximo dos 2000 Kg. A percepção é que, no estado da arte da tecnologia, nos mesmos níveis de confiabilidade e precisão de lançamento, quase que tanto custa construir um lançador para 600 Kg como para 1500 Kg.

Para lançamentos dedicados entendo que a estratégia deve ser o equilíbrio entre dois critérios: i. Maximizar desempenho (carga) / custo e o ótimo tende a crescer com a massa; ii. Simplificar o desenvolvimento do satélite limitando o número de cargas úteis em um mesmo satélite. Para lançamentos múltiplos vale o mesmo critério i. e o ii. Não diversificar os satélites, ou seja, restringir lançamentos múltiplos a constelações.

Esses critérios me levam a concluir pelos 1500 Kg em órbita baixa. Satélites de 4000 Kg envolveriam multiplicidade de payloads e uma complexidade de desenvolvimento que levaria a perda de flexibilidade e aumento de custos. Muito abaixo dos 1500 Kg a relações desempenho / custos muito baixos.

Enfim, deixo para vc o dilema 1500 cá e lá.

Décio Ceballos

Jose disse...

O dilema do Décio...

1500 kg em órbita baixa, ou 4000 kg em órbita baixa.

Comecemos top down. Slots em órbitas GEO, especialmente no arco celeste que interessa ao Brasil, são escassos e devem ser bem aproveitados. Ou seja, se voce vai requerer um slot neste arco, melhor que o preencha com um satélite de capacidade razoável, o que nos leva a um satélite com massa não inferior a 1000 kg. Considerando que a fração de massa satelizável em GEO a partir de LEO está na faixa de 25% a 35%, concluimos que para colocar um satélite com massa de 1000 kg em órbita GEO devemos ter capacidade de colocar aproximadamente 4000 kg em LEO.
Resta agora a pergunta; partimos logo para um veículo com esta capacidade e ficamos com capacidade excessiva para os satélites de órbita baixa com massa na faixa de 1000 a 2000 kg? Ou fazemos primeiro um veículo para atender às necessidades de lançamento de órbita baixa e partimos numa segunda etapa para o veículo com capacidade GEO.
A resposta a este dilema não é trivial e requer análise mais aprofundada.

J N Hinckel.

Décio disse...

1500 Kg (LEO) e 1500 Kg (GEO) ... Lançamentos de massas menores dentro de uma estratégia de escalabilidade _ se ela for necessária.

Como serão os satélites do futuro?

Tomaria como base alguns parâmetros que não devem mudar ou se mudar é para cima. Informações de entrada (uplink, radar, luz), transmissão RF e potência de entrada (energia solar). Em resumo é um sistema onde entra e sai informações e, por uma questão termodinâmica, isso envolve energia que em princípio é captada do sol. Tudo isso pode ser feito com maior ou menor eficiência, no entanto, implica em painéis, antenas, eletrônicas de potência, sistemas de refrigeração e estruturas que possuem um limite de compactação.

A evolução e a compactação deverão tornar os satélites verdadeiros centros de processamento, para ao mesmo tempo reduzir os custos com informação transmitida/potência e atuarem como centros de distribuição de serviços. Isso vale aos satélites de observação da terra no pré-processamento, filtros e calibração de dados, bem como aos satélites de telecomunicações que processaram a maximização da qualidade e quantidade de serviços. Novamente, esses satélites não poderão ser pequenos e isso vale principalmente para os GEO estacionários sejam os Telecoms, Meteorológicos ou de Observação.

Os satélites de alto desempenho deverão mudar a cara, mas não o tamanho! Os requisitos de lançamentos deverão manter a massa e aumentar requisitos outros, tais como: confiabilidade, flexibilidade e rapidez para os serviços e precisão.

E os pequenos (nanos, micros, pequenos) satélites? Dois casos: satélites científicos ou tecnológicos, e as constelações? Esqueçam a idéia de lançadores dedicados para o primeiro caso, fácil ver que o custo/massa vai ao infinito quando a massa tende a pequenos valores. Constelações sim têm futuro e requerem lançadores de alta confiabilidade e desempenho é preciso avaliar se poderia surgir um nicho daqui.

Enfim, mantenho o dilema de encontrar uma solução que permita lançar massas razoáveis (1500 kg) nas órbitas LEO e GEO. Entendo que 4000 Kg é muito na órbita LEO, no entanto, equivalentes ao necessário para 1500 Kg em GEO.

No entanto, escalar o acesso ao espaço é preciso, como falei em comentário anterior, temos a questão do acesso ao espaço para solucionar (apreender a fazer satélites e lança-los). Que tal ir por partes como propõe um dos planos nacionais, escalabilidade em 2 ou 4 tempos com uma das paradas no 1500 Kg LEO.

Obrigado!

Décio Ceballos

Jose disse...

uma correção

Na no text " Por falar em nações nucleares..."

A última frase deve ser

A humanidade simplesmente NÃO está preparada para este tipo brinquedo

J N Hinckel