Simulação do ambiente espacial próximo à Terra : projeto e construção de aparato experimental

Abstract

Este trabalho visa apresentar o planejamento e desenvolvimento de um aparato de emissão de campo magnético uniforme para ser incorporado ao projeto Clima Espacial, em andamento no Laboratório de Física de Plasmas (LFP) da Universidade de Brasília (UNB). O projeto Clima Espacial é parte do projeto UNIESPAÇO da AEB (Agência Espacial Brasileira) e tem o objetivo de construir um dispositivo que pode produzir plasmas confinados por campos magnéticos em diferentes configurações. O intuito é reproduzir, adequadamente em escala, por meio de experimentos as condições encontradas em plasmas espaciais próximo à Terra, a fim de estudar ondas e turbulências no plasma da magnetosfera terrestre, associações onda-partícula, dinâmica de plasma e fenômenos de confinamento magnético. Esse modelo requer um campo magnético uniforme para representar o campo magnético interplanetário (IMF). O projeto do aparato experimental para a emissão desse campo foi desenvolvido neste trabalho. Esse campo magnético tem configuração axial, acompanha o eixo da máquina e é gerado por seis bobinas. O trabalho foi divido nas seguintes etapas: criação de um protótipo em CAD compatível com a câmara de vácuo do LFP, análise da teoria do sistema de bobinas, simulação no software Finite Element Method Magnetics (FEMM), que permite simular diferentes modelos e analisar o comportamento do campo magnético resultante, teste prático no tubo de Crookes, experimento de emissão de plasma em menor escala onde foi adicionado duas bobinas para testes de plasmas magnetizados, apresentação do ambiente metodológico do projeto Clima Espacial, analise de posicionamento, dimensionamento e distribuição de sistema de bobinas, , e o desenvolvimento da estrutura. Os resultados obtidos demonstraram que a configuração alcançada proporcionou um campo magnético aproximadamente uniforme em 60 % da câmara de vácuo com a utilização de 6 bobinas. Esse resultado é de grande importância para a simulação de ambientes espaciais próximos à Terra, uma vez que a uniformidade do campo magnético é essencial para reproduzir condições simplificadas.