FACULDADE ANHANGUERA DO RIO GRANDECURSO DE ENGENHARIA DE PRODUOSISTEMAS DE GESTO AMBIENTAL E CERTIFICAES

RELATRIO SOBRE OS

Rio Grande - RS/2013

O SATLITE SARA E OS HIPERSNICOS

Um dos objetivos do Satlite Sara o desenvolvimento de tecnologias para a criao de aeronaves e veculos hipersnicos, capazes de viajar com velocidade vrias vezes superiores velocidade do som.

O SATLITE SARA objetiva termos uma plataforma orbital para a realizao de experimentos em ambiente de micro gravidade. Mas ainda visa desenvolver estruturas que possam suportar o severo ambiente de reentrada na atmosfera terrestre sem serem destrudos pelo calor. No futuro, o SARA pretende ser uma plataforma industrial orbital para a qualificao de componentes, materiais especiais e equipamentos espaciais. O objetivo em longo prazo avanar para a nova gerao de veculos de reentrada e para as AERONAVES HIPERSNICAS. por isso que ele trabalha em sinergia com o projeto do veculo hipersnico 14X. Em abril de 2013, o projeto SARA encontrava-se em uma fase em que os seus subsistemas seriam verificados em um vo suborbital, sendo assim testo em um vo o subsistema de recuperao, o subsistema de redes eltricas e o mdulo de experimentao. O Sara Suborbital consiste em um veculo suborbital de 350 kg, a ser lanado atravs de um veculo de sondagem VS-40 modificado, a partir do Centro de Lanamento de Alcntara (MA), com a finalidade de realizar experimentos de micro gravidade de curta durao (cerca de 8 min.).

VECULOS HIPERSNICOS Para isto, os quatro veculos que compem o programa dois suborbitais e dois orbitais devero fazer avanos progressivos para que o pas adquira o conhecimento necessrio para o desenvolvimento da tecnologia.A seqncia adotada semelhante do programa alemo Shefex (Sharp Edge Experiment), destinado pesquisa de formas aerodinmicas para a reentrada de veculos espaciais em regime hipersnico. Tanto o Sara como o Shefex visa o desenvolvimento de tecnologias para a criao de aeronaves e veculos hipersnicos atravs da anlise da reentrada de veculos espaciais na atmosfera terrestre.

RECUPERAO DAS NAVES No primeiro veculo do programa, o SARA Suborbital, sero desenvolvidas as tecnologias de eletrnica embarcada, do mdulo para a realizao de experimentos e do sistema de recuperao atravs de pra-quedas. As maiores dificuldades envolviam exatamente o desenvolvimento do sistema de recuperao. J que dados reveladores mostram que as taxas de falhas podem ter nveis altos, sendo assim ter que investir em novos ensaios funcionais. Todos os eventos, componentes e equipamentos deste sistema estariam sendo sistematicamente investigados e seus desempenhos avaliados. Os demais veculos do programa so o SARA Suborbital 2, destinado a implementar o controle de atitude em vo e o motor de induo de reentrada, o SARA Orbital, para verificar a capacidade de controle e o ambiente tanto em rbita como na reentrada e, por fim, o SARA Orbital 2, que qualificar o sistema de proteo trmica reutilizvel. Criar as sinergias necessrias para o desenvolvimento uma estratgia clara do projeto, afinal, pois os recursos financeiros e humanos do Brasil ainda so considerados limitados e os polticos so sempre um grave problema.PLATAFORMA INDUSTRIAL ORBITALNo futuro, o SARA pretende ser uma plataforma industrial orbital para a qualificao de componentes e equipamentos espaciais a um baixo custo, o que abre interessantes chances de negcios no Brasil e no exterior, alm de realizar pesquisas cientficas em micro gravidade.Ao mesmo tempo, os desenvolvimentos em curso de materiais especiais, como o carbono/carpeto de silcio, e da capacidade de modelar os fenmenos fsicos, permitiro que o pas se mantenha conectado com uma nova gerao de veculos de reentrada.Outras aplicaes esto relacionadas com as pesquisas para a 2 gerao de veculos lanadores reutilizveis (a 1 foram os nibus espaciais da NASA, e o nibus russo Buran) e com a tecnologia a ser empregada em aeronaves hipersnicas.A equipe do projeto no tem todas as respostas, mas no tem receio de procur-las, pois conta com fatores que superam obstculos: o entusiasmo e a determinao.Foi proposto um desafio embaado no projeto SARA (Satlite de Reentrada Atmosfrica) desenvolvido no instituto de aeronutica e espao em So Jos dos Campos. O SARA SUBORBITAL encontra-se em fase inicial. Sero feitos clculos que ns mostraremos resultados, envolvendo algumas grandezas fsicas como: Velocidade mdia acelerao.1) Realizar a converso da altura mxima 300 km (apogeu) baseado nas informaes acima para a unidade ps.1 ps = 3,2808m1km 1000m300km x X = 300000m300000 x 3,2808 = 984240 300 km = 984240 ps2) Considerando as informaes do projeto amerissagem na gua (pouso). Ser a 100 km da cidade de Paraba. Fazer a converso da distancia para milhas nuticas.1 milha nutica = 0,53961100 x 0,53961 = 53,961 100 km = 53, 961 milhas nuticas3) Considerando que a operao de resgate ser coordenada a partir da cidade de Parnaba, a 100 km do local da amerissagem. Supondo que um avio decole do aeroporto de Parnaba, realizando a viagem em duas etapas, sendo a metade de 50 km a uma velocidade de 300 km / h e a segunda metade a 400 km / h. Determine a velocidade mdia em todo trecho. 50 km 50 km 300 km/h 400 km/hVm = s / t = 50 km / 300 km/h = 0, 166 h

Vm = s / t = 50 km / 400 km/h = 0, 125 hVm (total) = 100 km / (0, 166 + 0, 125) hVm (total) = 100 km / 0, 291 Vm (total) = 343, 6 km/h

ETAPA 21) Considerando que um avio de patrulha martima P-95 Bandeirulha, fabricado pela EMBRAER, pode desenvolver uma velocidade media de 400 km / h. Calcular o tempo gasto por ele para chegar ao ponto de amerissagem, supondo que ele decole de Parnaba distante 100 km do ponto de impacto.Avio:Vm = 400 km/hT = ?S = 100 km Vm = s / t = t = s / Vm = 100 km / 400 km/h t = s / Vm = 0,25 h 1 h 60 min. 0,25 h x x = 0,25 x 60 x = 15 min. 2) Considerar tambm que um helicptero de apoio ser utilizado na misso para monitorar o resgate. Esse helicptero UH-H-iroquois desenvolve uma velocidade de 200 km / h. Supondo que ele tenha partido da cidade de Parnaba, calcular a diferena de tempo gasto pelo avio e pelo helicptero. Helicptero: Vm = 200 km/hT = ?S = 100 km Vm = s / t = t = s / Vm = 100 km / 200 km/h t = s / Vm = 0,5 h 1 h 60 min. 0,5 h x x = 0,5 x 60 x = 30 min.3) Considerar que no momento da amerissagem, o satlite envia um sinal eltrico, que captado por sensores localizados em trs pontos mostrados na tabela. Considerando esse sinal viajando a velocidade da luz, determinar o tempo gasto para ser captado nas localidades mostradas na tabela. (Dado: velocidade da Luz: 300.000 km/s).

Alcntara ponto de impacto338 km

Parnaba ponto de impacto100 km

So Jos dos Campos Ponto de impacto3000 km

Alcntara 338: Vm = s / t = t = s / Vm = 338 km / 300000 km/h t = s / Vm = 0, 0011266 h

Parnaba 100 km: Vm = s / t = t = s / Vm = 100 km / 300000 km/h t = s / Vm = 0, 0003333 h

So Jos dos Campos 3000 km: Vm = s / t = t = s / Vm = 3000 km / 300000 km/h t = s / Vm = 0, 01 h

a) A velocidade final adquirida pela Sara suborbital, que atingira uma velocidade media de Mach 9, ou seja, nove vezes a velocidade do som, partindo do repouso at a sua altura mxima de 300 km. Considerar seu movimento um MUV. Dado: velocidade do som = Mach 1 = 1225 km/h. Mach 1 = 1225 km/h Mach 9 x 1225 = 11025 km/h t = s / Vm = 300 km / 11025 km/h t = s / Vm = 0, 027 h Considerando que seja MUV: S = S + Vt = at 300 = 0 + 0 + a (0, 027) 300 = a x 0.729x10- 300 = (0,729x10-3) 2 2,300 = 0,729x10- x a 600 = 0,729x10- x a a = 600 0,729 x 10- a = 823,04 x 10- a = v v0 / t t0 v1 = a x t v1 = 823,04 x 10- x 0,027 v1 = 22222 km / h

b) A acelerao adquirida pelo SARA SUBORBITAL na trajetria de reentrada na troposfera, onde o satlite percorre 288 km, aumentando sua velocidade da mxima atingida na subida calculada no passo anterior para Mach 25, ou vinte e cinco vezes a velocidade do som. Comparar essa acelerao com a acelerao dagravidade cujo valor de 9,8 m/s. Mach 1 = 1225 km/h Mach 25 x 1225 = 30625 km/h V = v0 + 2 a (x x0) 30625 = 22222 + 2 a (288 0) 937890625 = 493817284 + 576 a 576 a = 937890625 493817284 a = 444073341 / 576 a = 770960,6615 km/h a = 77096,066 km / h x 3,600 s a = 21415,573 m/s Gravidade = 9,8 m/s 21415, 573 / 9,8 = 21852, 626 A acelerao do satlite 21852, 626 vezes maior que a da gravidade.

c) Calcular o tempo gasto nesse trajeto de reentrada, adotando os dados do passo anteriores. V = v0 x at 30625 = 22222 x 770960 x t - 770960 t = 30625 22222 - 770960 t = 8403 t = 8403 / 770960 t = 0,010899 h Convertendo para segundos fica: 0,10899 x 3600 = 39,23 seg.

Etapa 3

Passo 1: Considerar que dois soldados da equipe de resgate, ao chegar ao local da queda do satlite e ao verificar sua localizao saltam ao lado do objeto de uma altura de 8 metros. Considerar que o helicptero esta com velocidade vertical e horizontal nula em relao ao nvel da gua.Adotando g = 9,8 m/s.

Passo 2: Tomar como base as informaes apresentadas acima e determinar:1 - O tempo de queda de cada soldado?

Dados: S = 8 m a = 9,8 m/s v0 = (nula) S = v0t + at 8 = 0 + 4,9t t = 8 / 4, 9 t = 1,632 t = 1,632 t = 1, 277 s arredondando t = 1.28 s

2 - A velocidade de cada soldado ao atingir a superfcie da gua, utilizando para isso aos dados do passo anterior.Dados: V0 = 0 a = 9,8 m/s t = 1,28 s

V = v0 + atV = 0 + 9,8 x 1,28V 12,54 m/s

3 Qual ser a altura mxima alcanada pelo SARA, considerando que o mesmo foi lanado com uma velocidade inicial de 9 march livre de resistncia do ar e submetido somente acelerao da gravidade.Dados: March 9 = 1225 x 9 = 11025 Km/h11025 / 3,6 = 3062,5 m/s

v = v0 + 2 a s0 = 306,52 - 2 x 9,8 x s0 = 9378906,25 19,6 s19,6 s = 9378906,25s = 9378906,25 / 19,6s = 478515, 625 m

A altura mxima alcanada foi de 478.515,625 metros.

Passo 3 - Calcular o tempo gasto para o SARA atingir a altura mxima.

t = v / at = 3062,5 / 9,8t = 312,5 s O tempo gasto de 312,5 segundos.

Passo 4 (Relatrio)

Atravs dos clculos demonstrados nos exerccios encontramos o valor do tempo da queda de cada soldado, sendo esse valor de 1,28 segundos. Aps isso com base no resultado obtido no exerccio anterior descobrimos tambm qual a velocidade da queda at a superfcie da gua, que di numa velocidade de 12,54 metros por segundo.Na ultima questo encontramos o valor da altura mxima alcanada pelo satlite SARA, que foi de 478.515,625 metros e o tempo gasto para atingir a altura gasta foi de 312,5 segundos.

Etapa 4

Passo 1 Texto explicativo e calcular o tempo da queda da bia.Dados:Velocidade do avio 400 km / h 111,11 m/sAltitude 1000 ps acima da superfcie da gua 304,8 mGravidade (g) 9,8 m/sMovimento livre da resistncia do ar.

s = v0t + a/2 x t304,8 = 0 + 4,9 tt = 304,8 / 4,9 = 62,20t = 62,20t = 7,88 s

Passo 2 Considerar os dados da situao do passo 1 e calcular o alcance horizontal da bia.

S = S0 + VTS = 0+ 111,11 x 7,88S = 875,55 m

Passo 3 Calcular para a situao apresentada no passo 1, as componentes de velocidade da bia ao chegar ao solo.V = V0 + atV = 0 + 9,8 x 7,88V = 77, 224 m/s

Sendo:Vy = 77,224 m/s na verticalVx = 111,11 m/s na horizontal

Determinar a velocidade resultante da bia ao chegar a superfcie da gua.

R = Vx + Vy = 111,11 + 77,224R = 18308,98R = 18308,98R = 135,3 m/s

Passo 4 (Relatrio) Nesta etapa notamos que ao lanar a bia do avio sua velocidade passava a ter componentes em duas dimenses Vx e Vy.Com essas componentes representaramos a velocidade num plano cartesiano (x,y). Na ltima questo calculamos a resultado das componentes da velocidade que resultou em R = 135,3 m/s.

Etapa 5

Passo 1 Verificar que antes do lanamento real do SARA, alguns testes e simulaes devero ser feitos. Para uma situao ideal livre de resistncia do ar, vamos considerar a trajetria parablica como num lanamento obliquo e a acelerao constante igual a G. Adotar uma inclinao na plataforma de lanamento de 30 em relao horizonte e o alcance Maximo de 338 km. Determinar a velocidade inicial de lanamento.

A componente vertical da velocidade dada por:Vy = V0 sen at

Assim o tempo gasto para a velocidade se anular se no ponto mais alto da trajetria ser:

0 = V0 sen - atT = (V0 / g) * senEste o tempo gasto para subir.Assim para subir e cair:t = 2 (V0 / a) * sen

Na horizontal temos que: S = (V0 cos) * tAssim:S = (V0 cos) * [2 * (V0/a)* sen]Ser o alcance.

S = (V0/a) * 2 * cos *sen Usando que 2 * cos *sen = sem 2 * Assim:

S = (V0/a) sem 2 *V0 = S * a / sem 2 *V0 = (S*a /sem 2 *)Substituindo os dados fornecidos no enunciado:V0 = ( 338000 * 9,8 / sem 2 x 30)V0 = (3312400 / sem 60)

Usando que sem 60 0, 877:V0 = (3312400 / 0, 877)V0 = 3776966, 932V0 = 1943,44 m/s

Passo 2 - Fazer as atividades solicitadas a seguir:1 - Determinar as componentes da velocidade vetorial de impactos na gua para a situao analisada no passo anterior. Vx = 1934,44 * cos 30Vx = 1683,07 m/sVy = 1934,44 sem 30Vy = 971,72 m/s 2 - Fazer um esboo em duas dimenses (x, y) do movimento parablico executando pelo satlite desde seu lanamento ate o pouso, mostrando 5 pontos principais da trajetria as seguintes caractersticas modeladas como:

Posio, Velocidade, acelerao para o caso em que o foguete esta livre da resistncia do ar e submetido a acelerao da gravidade 9,8 m/s. Adotar os dados apresentado no passo anterior. Para uma melhor distribuio dos dados, escolher o ponto de lanamento, o vrtice, o pouso e dois pontos intermedirios a mesma altura no eixo y.

Horizontal Vx = 1638,07S = 1638,07 * (5) + = 8415,35S = (1683,07 * (10) + 0 = 16830,7

Vertical Vy = 971,72S = 971,72 * 5 4,9 * (5) = 4736,1S = 971,72 * 10 4,9 (10) = 9227,2

Passo 3 Em um grupo de no Maximo 6 pessoas, discuta sobre as implicaes sociais para o Brasil, como um dos poucos pases do mundo a dominar a tecnologia de lanamentos de satlite.

A busca por meios mais eficazes e econmicas de observar a terra motivou o homem a desenvolver os satlites de sensoriamento remoto. Mas os altos custos dessa tecnologia tornam os pases em desenvolvimento dependentes das imagens fornecidas por4 equipamentos de outras naes. Na tentativa de reverter esse contexto, os governos do Brasil e da China assinaram em 06 de julho de 1988 um acordo de parceria envolvendo o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e a CAST (Academia Chinesa de Tecnologia Espacial) Para o desenvolvimento de um programa de construo de dois satlites avanados de sensoriamento remoto, denominados Programas CBERS China-Brasil Earth Resources Satlites, Satlite Sino-Brasileiro de Resursos Terrestres). A parceria conjunta rompeu os padres que restringiam os acordos internacionais a transferncia de tecnologia e o intercambio ente pesquisadores de nacionalidade diferentes.O Brasil um pas que tem de tudo para ser o melhor, s querer, porem, parece que no queremos, pois fatores que prejudicam descaradamente o desenvolvimento tecnolgico e social no pas so a corrupo poltica e a precariedade na educao. Quando pararmos de pensar em nossos bolsos e pensar menos na insignificncia que somos comparados a imensido do universo a fora, ai sim a s coisas comearo a progredir.

Passo 4 (Relatrio)

Observamos que o Brasil em comparao com grandes potencia muito subdesenvolvido na questo de lanamento de foguetes, pois apenas dos excelentes profissionais que temos trabalhando duro em projetos superimportantes para o mundo, a quantidade desses profissionais escassa. Tanto que muitos dos nossos grandes fsicos proferem lecionar ou trabalhar no exterior, como um bom exemplar o fsico-terorico Marcelo Gleyer, um expert em assuntos relacionados a natureza do universo.Nosso pas esta muito perto de se tornar uma grande potencia tecnologia, porem, ao mesmo tempo esta muito longe devido a precariedade na educao e nos assuntos polticos.

Bibliografia

Sites: http://pt.wikipedia.org/http://www.infoescola.com/fsica/http://www.colegioweb.com.br/fisicahttp://www.efeitojoule.com/http://www.inpe.br/http://www.cbers.inpe.br/

Livros: Fundamentos de Fsica 1 Mecnica 9 Ed. 2012 Walker, Jearl; Halliday.

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