No dia 30 de julho de 1955, os Estados Unidos anunciaram seu objetivo de colocar satélites no espaço no Ano Internacional da Geofísica (1957 a 1958). Quatro anos depois, a União Soviética anunciou que também lançaria satélites em breve. Assim começou a "corrida espacial" e, por décadas, o mundo acompanhou fascinado cada novo lançamento.
Atualmente, está acontecendo outra corrida espacial, mas com menos holofotes. A NASA descreve a órbita terrestre baixa (LEO) como uma economia comercial cheia de oportunidades para empreendimentos governamentais, acadêmicos e lucrativos.
Cerca de 7,5 mil satélites já estão na LEO e esse número será, literalmente, estratosférico nos próximos 10 anos. Um relatório do Government Accountability Office dos Estados Unidos prevê o lançamento de 58 mil novos satélites até 2030, com base no ritmo acelerado de lançamentos de crescer ano após ano. Lançamentos de 40 a 60 satélites em um único foguete já são comuns e, em janeiro de 2021, um foguete da SpaceX levou uma carga impressionante de 143.
Oportunidades pioneiras, princípios comerciais atemporais
Grande parte do crescimento na economia comercial da LEO é impulsionada por grandes constelações de satélite que trabalham em redes globais para fornecer comunicações, acesso à Internet, observação da Terra, monitoramento do clima, posicionamento global e outros serviços. Certamente, surgirão muitas novas aplicações. Por exemplo, com tanta atividade na LEO, será necessária uma nova espécie de satélites coletores de lixo para a remoção de detritos perigosos?
Atualmente, empresas como Amazon, Planet, OneWeb, SpaceX, Lockheed Martin, Sierra Nevada Corporation e L3Harris estão na liderança, mas o campo está aberto para os inovadores criarem oportunidades que prometem revolucionar todos os campos, desde a agricultura até resposta a desastres, de cuidados com a saúde remotos até a segurança global e além. Como em qualquer empreendimento comercial, o sucesso no espaço depende de aplicar princípios de negócio básicos e antigos, incluindo a necessidade de aumentar o valor enquanto diminui o custo.
Os motores projetados para os rigores do espaço e a realidade do mercado
Para os motores que controlam as juntas robóticas e os atuadores, os sistemas de resfriamento criogênico, rodas de reação, antenas, painéis solares, giroscópios e outras funções, os projetistas de satélite devem encontrar oportunidades para reduzir os custos de engenharia não recorrentes e os prazos de entrega, sem comprometer o desempenho.
Os motores devem estar disponíveis rapidamente nas quantidades necessárias, mas eles devem ter a qualidade e a confiabilidade necessárias para operação confiável nos próximos 3 a 5 anos em que os satélites de LEO permanecem em operação. Além disso, eles devem ser adequados para a aplicação e seu desempenho deve estar de acordo com as especificações. Os motores devem resistir aos desafios da viagem espacial.
Choque e vibração. As cargas úteis podem sofrer choque e vibração extremos devido ao estresse do lançamento e voo do foguete. Os motores precisam resistir a essas forças sem comprometer o desempenho quando o satélite entrar em órbita.
A Kollmorgen oferece diversas soluções para LEO que incorporam nossas plataformas de servomotor sem carcaça KBM, TBM, RBE e outras, todas projetadas para desempenho nas condições mais extremas e em aplicações em que falhas não são uma opção. Milhares e milhares desses motores estão comprovando sua confiabilidade todos os dias em ambientes de choque e vibração intensos na terra, no mar e, é claro, no espaço.
Temperaturas extremas. Como as espaçonaves percorrem temperaturas que variam da luz solar até a sombra da terra (+125 °C a -65 °C). Além disso, a falta de atmosfera significa que não há resfriamento convectivo no espaço, portanto as temperaturas no satélite, incluindo o aquecimento gerado por motores e equipamentos eletrônicos, devem ser gerenciadas por radiação térmica, geralmente, com o apoio de um sistema ativo, como um refrigerador criogênico ou loop de fluido bombeado para transferir o calor de e para os radiadores.
Os motores devem ser capazes de resistir ao choque térmico de ciclos contínuos de temperatura extrema. E eles não devem contribuir com o desafio de gerenciamento térmico geral com o aumento excessivo da temperatura do enrolamento. A Kollmorgen desenvolveu fórmulas de materiais que fornecem uma variação ampliada da temperatura ambiente para nossos projetos eletromagnéticos padrão que permitem versões modificadas dos nossos motores padrão para desempenho confiável apesar das temperaturas extremas do espaço. E usando equipamentos eletromagnéticos altamente eficientes, os motores da Kollmorgen podem entregar o desempenho necessário com um aumento de temperatura relativamente baixo sem a necessidade de especificar um motor maior e mais pesado.
Radiação. As partículas ionizadas e a radiação eletromagnética dos eventos solares e raios cósmicos galácticos que podem ser fortes o suficiente para penetrar a parte exterior dos satélites e danificar o material interno. Para os motores, a radiação pode danificar os materiais convencionais usados no isolamento elétrico e o encapsulamento dos enrolamentos que ajudam a regular o calor e proteger contra choque.
A Kollmorgen pode fazer várias modificações em muitos dos projetos de motor padrão para atender aos requisitos de confiabilidade e ciclo de vida dos satélites LEO. Isso inclui materiais proprietários, de isolamento resistente à radiação e de encapsulamento.
Desgaseificação. Materiais não metálicos podem desgaseificar no vácuo e no aquecimento solar do espaço. Esses compostos voláteis podem ser condensados como contaminantes em lentes, espelhos, sensores e outras superfícies essenciais para a função do satélite. Os exemplos de materiais com baixo desempenho no espaço incluem poliéster, Teflon, vinil, nylon, silicone, borracha natural, borracha butílica, poliestireno, polietileno e outros.
Muitos desses materiais são encontrados em motores projetados para aplicações terrestres, como o poliéster usado em vernizes de enrolamento comuns. No entanto, a Kollmorgen pode modificar muitos de seus motores padrão com materiais especiais e processos de fabricação proprietários para atender aos requisitos dos ambientes de vácuo, incluindo o padrão de desgaseificação NASA-STD-6016A de ≤ 0,1% para materiais condensáveis voláteis coletados (CVCM).
Tamanho e peso. Anteriormente, domínio de agências espaciais governamentais e gigantes da indústria estabelecidos, a LEO não é mais a fronteira da imaginação popular. É um mercado aberto para inovadores e empreendedores de todos os tipos. Isso fica especialmente evidente no desenvolvimento de minissatélites (100 a 500 kg), microssatélites (10 a 100 kg), nanossatélites (1 a 10 kg) e até mesmo picossatélites menores altamente especializados que foram possíveis graças à crescente miniaturização dos componentes que entregam um desempenho cada vez melhor com um custo mais baixo.
O tamanho e o peso sempre foram importantes para os itens lançados ao espaço, mas quando um único foguete pode carregar mais de 100 satélites, os motores adequados para espaço que entregam desempenho excelente com uma carcaça mais compacta e leve são extremamente valiosos. A Kollmorgen oferece servomotores sem carcaça com potência e densidade de torque líderes em uma ampla variedade de tamanhos padrão, ideais para diminuir o tamanho e o peso enquanto aumentam o desempenho em satélites de qualquer classe.
Vamos explorar
A Kollmorgen tem fornecido motores para importantes aplicações espaciais desde as missões Gemini, em meados dos anos 1960, passando pela chegada à lua, o ônibus espacial, diversos rovers em Marte e muitos outros programas. E podemos usar essa experiência para fornecer motores adequados para espaço com alto volume que são necessários para atender ao crescimento exponencial da economia comercial da LEO.
Nossa capacidade de ajudar você a projetar satélites de LEO inovadores e bem-sucedidos vai além do que podemos descrever em uma matéria de blog. Então, entre em contato conosco a qualquer momento, de acordo com sua conveniência. Estamos prontos para conversar sobre seus requisitos específicos, de engenheiro para engenheiro, e ajudar a colocar o seu satélite na plataforma de lançamento
