Projeto preliminar de um mecanismo de abertura do sistema de proteção para reentrada atmosférica de um CubeSat 12U

Abstract

O SPLASH, do inglês Self-DePloyable FLexible AeroSHell for de-Orbiting and Space Reentry, é um demonstrador tecnológico para um CubeSat 12U, realizado em parceria entre a Universidade de Brasília e o CIRA (Centro Italiano de Pesquisas Aeroespaciais), e tem como objetivo realizar a reentrada atmosférica à partir de uma órbita LEO, sendo possível sua utilização como dispositivo seguro de retorno de cargas pagas científicas ou dados de órbitas LEO. O mecanismo de abertura é construído de modo semelhante a um guarda-chuva, e é formado por 8 braços, sendo cada braço apoiado por uma viga de suporte, que é ligada a um anel deslizante. Durante a reentrada, os principais esforços serão gerados pela pressão dinâmica. Uma estimativa aproximada da pressão que atua sobre o escudo pode ser obtida considerando que o satélite reentra na Terra seguindo uma direção vertical e mantém uma atitude constante, sem qualquer tipo de rotação. Foi realizada uma análise estática pelo método dos elementos finitos utilizando elementos de linha e elementos sólidos, e os seus valores foram comparados com o modelo analítico encontrado. Foi analisada, inicialmente, a geometria inicial proposta, e em seguida foi realizada uma análise paramétrica para encontrar um ótimo valor de posicionamento dos suportes. Após a definição dos suportes, foi definido um valor ótimo para a seção transversal também por meio de uma otimização paramétrica. Na sequência, foi realizada uma otimização topológica para encontrar locais onde era possível reduzir a massa do mecanismo. Os resultados obtidos mostram que o dimensionamento realizado é capaz de suportar as cargas de reentrada e que ao combinar a otimização paramétrica com a otimização topológica é possível encontrar um modelo ótimo de geometria, com um alívio de massa considerável e que ainda mantém suas propriedades mecânicas.