Nanossatélites movimentam o Programa Espacial Brasileiro

*Agência Espacial Brasileira - 13/02/2023

Desde o início da década de 90, quando os primeiros satélites brasileiros foram lançados ao espaço, que o Brasil tem evoluido bastante nesta área. O primeiro artefato brasileiro foi o Dove-OSCAR 17, projetado e desenvolvido pelo radioamador brasileiro, Junior Torres de Castro, e lançado em fevereiro de 1990, a partir do Centro Espacial de Kourou, localizado na Guiana Francesa.

Já no contexto do Programa Espacial Brasileiro, o primeiro satélite do Brasil a entrar em órbita foi o SCD-1, em fevereiro de 1993, por intermédio do foguete Pegasus, no Cabo Canaveral, nos Estados Unidos. De lá para cá, o cenário basileiro progrediu e, atualmente, tem priorizado a produção e o lançamento dos chamados nanossatélites.

Os nanossatélites são pequenos satélites artificiais com massa menor que 10 kg, muitas vezes não chegando a pesar 1kg. Eles dispõem de estruturas reduzidas e possuem formatos padrões que, em sua maioria, têm a aparência de um cubo. Esses são chamados de cubesats.

A partir de 2014, quando o NanosatC-BR 1, primeiro nanossatélite brasileiro, foi lançado ao espaço, o Brasil passou a ter visibilidade na fabricação desse tipo de equipamento. A Agência Espacial Brasileira (AEB), em parceria com Universidades Federais, tem buscado cada vez mais desenvolver esses artefatos que, com custos reduzidos, trazem diversos benefícios, não só para a comunidade universitária, como para a sociedade em geral.

Atualmente, no Brasil, alguns nanossatélites estão em desenvolvendo. Dentre eles, o Aldebaran-I, fruto de uma parceria entre a AEB e a Universidade Federal do Maranhão (UFMA), e o NanoMIRAX, financiado pela AEB e desenvolvido em cooperação com o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).

O Aldebaran-I é um Cubesat em fase de teste, que tem como objetivo auxiliar na busca de pequenas embarcações e pescadores que ficam à deriva, após se perderem em alto-mar, possibilitando e reduzindo, assim, o tempo de resgate. “O projeto foi o ponto de partida que tem incentivado pesquisas científicas, tanto na graduação quanto na pós-graduação, por alunos e orientadores, que atuam no campo de inovações para subsistemas de um nanossatélite, como o EPS e Controle de Atitude”, explica Carlos Brito, coordenador do projeto pela UFMA.

Já o NanoMIRAX é uma missão científica que consiste em colocar em órbita um nanossatélite que levará sensores para pesquisas sobre explosões cósmicas associadas a ondas gravitacionais.

De acordo com o pesquisador da Divisão de Astrofísica (DIAST) do INPE, João Braga, o NanoMIRAX trata-se do primeiro satélite brasileiro na área de Astronomia, ou seja, o primeiro satélite desenvolvido no Brasil para estudar o universo e os astros. O projeto, que já teve seu modelo de engenharia desenvolvido e testado, encontra-se na fase de desenvolvimento do modelo de voo.

Experiência com os primeiros lançamentos

Nos últimos anos, mesmo com as dificuldades, vários nanossatélites desenvolvidos no Brasil foram lançados ao espaço.

O primeiro deles, o NanosatC-BR 1, foi lançado em junho de 2014, a partir da base de Dombarovsky, na Rússia, e, após dois anos cumprindo bem as funções de conhecimento sobre o processo em solo e obtendo dados da anomalia magnética do Atlântico Sul, passou a apresentar problemas de rastreamento de dados, tornando-se inoperante após cinco anos de operação.

O professor Andrei Legg, responsável pelo programa NanosatC-BR, conta que essa primeira missão serviu de aprendizado, pois a equipe não tinha muita experiência. “Os objetivos principais foram obter conhecimento para se comunicar com o nanossatélite e formar um forte elo com rádios amadores. Também aprendemos sobre construção terrena e como enviar um satélite para o espaço, além de conhecer outros players que existem no mercado, como quem realiza os lançamentos ou quem fabrica componentes”, analisa.

NanosatC-BR 1

Atualmente o programa NanosatC-BR conta com outro satélite em órbita, o NanoSatC-BR2, lançado em março de 2021. O projeto foi desenvolvido pelo INPE, por meio de seu Centro Regional Sul (CRCRS), em parceria com a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), sendo que sua equipe é essencialmente composta por alunos de graduação, bolsistas e professores que atuam em cooperação com pesquisadores e tecnologistas.

Pouco mais de seis meses após o lançamento do primeiro nanossatélite brasileiro, o AESP-14 é lançado a partir da Estação Espacial Internacional (ISS, na sigla em inglês). O objetivo da missão era validar, no espaço, a plataforma financiada pela AEB e desenvolvida por estudantes do curso de Engenharia Aeroespacial do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), mas, devido a uma falha na abertura da antena de transmissão, o nanosstélite ficou inoperante.

Apesar da falha, a equipe integrante do projeto avaliou que, na análise geral, a missão foi cumprida, pois o objetivo traçado, que era de projetar, construir, testar, certificar e lançar um artefato espacial foi alcançado.

Projetos educacionais no espaço

No dia 18 de agosto de 2015, foi lançado ao espaço o nanossatélite SERPENS (Sistema Espacial para Realização de Pesquisa e Experimentos com Nanossatélites), desenvolvido por um consórcio formado por universidades e institutos de pesquisas federais, em parceria com universidades estrangeiras e coordenado pela AEB.

O SERPENS-1 era um satélite de pequeno porte do tipo CubeSat 3U (dimensões 10 x 10 x 30 cm), com, aproximadamente, 2,4 kg. Com a ideia de  promover missões para capacitação de RH e realização de pesquisas e experimentos universitários, o equipamento recebia dados de sensores instalados em diversas partes do mundo e retransmitia para a estação de operação da missão, que foi encerrada em março de 2016, com a desintegração do artefato após reentrada na atmosfera terrestre.

Atual coordenador de Políticas e Programas da Diretoria de Governança do Setor Espacial da AEB, o engenheiro Gabriel Figueiró, à época bolsista, participou do processo de desenvolvimento do nanossatélite. “Ter trabalhado no SERPENS de 2013 a 2016 foi uma experiência muito importante. Antes eu tinha conhecimento acadêmico, mas atuar no desenvolvimento de um sistema completo modificou minha visão sobre engenharia de sistemas espaciais e foi fundamental para a minha formação”, relata.

Em dezembro de 2016, um projeto inovador colocou o Tancredo-1 em órbita da terra. Com apoio do INPE e custeado pela AEB, o nanossatélite foi desenvolvido por estudantes do ensino fundamental de uma escola pública em Ubatuba (SP).

Com o peso de 650 gramas e, aproximadamente, 9 centímetros de diâmetro e 13 cm de altura, o satélite de pequeno porte tem o formato de um cilindro, sendo chamado de TubeSat, e foi enviado ao espaço a bordo de um foguete japonês lançado a partir do laboratório Kibo, da Estação Espacial Internacional (ISS).

O Tancredo-1 faz parte do projeto UbatubaSat e levou dois experimentos científicos para teste. Um deles foi o gravador chip com uma mensagem gravada pelos estudantes, que foi transmitida em órbita e captada por radioamadores. O outro, um experimento do INPE, com objetivo de analisar as bolhas de plasmas da atmosfera, fenômeno que compromete a captação de sinais e antenas parabólicas localizadas na linha do Equador.

“O Projeto UbatubaSat foi responsável por uma revolução na escola e, de maneira mais ampla, na cidade. Os estudantes trabalharam junto com pesquisadores do INPE para a construção do nanossatélite e tiveram a oportunidade de contato com a ciência e pesquisadores internacionais em eventos científicos no Japão, Estados Unidos e no próprio Laboratório de Propulsão a Jato da NASA”, explica o professor Cândido Moura, da Escola Municipal Presidente Tancredo de Almeida Neves e coordenador do projeto.

Tecnologia brasileira em operação
No início dos anos 2000, a AEB procurou o ITA para a criação de um curso de Engenharia Aeroespacial, cujo objetivo era utilizar-se das espertises do ITA para o desenvolvimento de nanossats, surgindo, assim, o projeto ITASAT.

Hoje, existem no Brasil sete cursos de Engenharia Aeroespacial disponíveis: UFMG, UFSM, UnB, UFMA, UFABC, UFSC e ITA, além de três cursos de pós-graduação na área.

No dia 3 de dezembro de 2018, o ITASAT-1 subiu ao espaço, a bordo do foguete Falcon 9, da empresa americana Space X. O CubeSat, projetado eminentemente para formação de RH, teve vida útil projetada para duração de um ano, mas está a quase quatro anos em operação e, atualmente, vem sendo utilizado, com o apoio da AEB, para treinar operadores de satélite.

Ao longo desses anos em órbita, a experiência obtida com a missão vem sendo empregada pelo ITA em seus atuais projetos. As atividades de operação do satélite, em conjunto com a parceria das estações do INPE, enriquecem não somente o ITA, mas, também, contribuem para formação de recursos humanos nesses institutos e para a validação e calibração das estações terrenas em seus respectivos projetos espaciais.

Outro nanossatélite em operação é o FloripaSat-1, missão de demonstração tecnológica totalmente desenvolvida por estudantes do Laboratório de Pesquisa em Sistemas Espaciais (SpaceLab) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Trata-se de um CubeSat composto por cinco módulos, cujos objetivos principais são o educacional e a validação em órbita (In-orbit Validation, IoV).

O pesquisador e coordenador do projeto, professor Eduardo Bezerra, afirma que os objetivos foram concluídos com êxito e que novas missões utilizando a plataforma aberta do FloripaSat têm como propósito a independência tecnológica em relação aos fornecedores estrangeiros. “Temos uma formação em fluxo contínuo de estudantes nos diversos níveis, da graduação ao doutorado, incluindo pós-doutorado, em uma vasta área de assuntos relacionados a CubeSats e aplicações espaciais em geral. Em relação ao IoV, foi possível validar em orbita a plataforma de serviço denominada FloripaSat, que passa a ser uma alternativa nacional, com custo bastante reduzido, ao se considerar plataformas equivalentes utilizadas nas demais missões de CubeSats brasileiros”, ressalta.

Além disso, encontra-se em fase de desenvolvimento o projeto GOLDS-UFSC, que tem como objetivo principal validar, em órbita, uma plataforma 2U padrão CubeSat, a ser desenvolvida pela UFSC e a tecnologia EDC (Environmental Data Collector), carga útil de coleta de dados desenvolvida pelo INPE.

FloripaSat-1

Um 2022 movimentado
O ano de 2022 iniciou com o lançamento do PION-BR1, primeiro satélite construído por uma startup brasileira, ocorrido no dia 13 de janeiro, por meio do foguete Falcon 9, da empresa SpaceX, a partir de Cabo Canaveral, na Flórida (EUA).

O PION-BR1 é considerado um picossatélite, também chamado de “PocketSat” ou “PocketQube”, um tipo de satélite miniaturizado para pesquisa espacial, sendo caracterizado pela forma de um cubo, de apenas 125 cm³, cuja montagem de todo o equipamento foi realizada em um laboratório em São Caetano do Sul, interior de São Paulo. O nanossatélite foi desenvolvido em apenas sete meses, pelos fundadores da startup PION Labs, em parceria com a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), com o objetivo de estudar a capacidade de comunicação de longa distância para o desenvolvimento de uma nova era para o segmento no país.

Também lançado pelo foguete Falcon 9, da SpaceX, o nanossatélite Alfa Crux subiu ao espaço no dia 1º de abril. O projeto é uma parceria da AEB com a Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF), Fundação de Empreendimentos Científicos e Tecnológicos (Finatec) e Universidade de Brasília (UnB).

“A parceria começou ainda na fase de prospecção, quando tivemos a oportunidade de apresentar o conceito da operação ao presidente da AEB, Carlos Moura. Como resultado, iniciamos uma  série de reuniões e negociações, envolvendo, também, a FAPDF, que culminou com a assinatura  de um Memorando de Entendimento, com objetivo de estabelecer iniciativas para a colaboração  técnica no desenvolvimento da missão, por meio da participação de engenheiros e equipe de  apoio, além da realização de mesas-redondas e discussões entre as partes, visando a assegurar o bom  andamento do projeto, assim como identificar e discutir aspectos relacionados com a inovação,  a aplicação e o uso dos resultados previstos”, explica  o coordenador da missão Alfa Crux e professor da UnB, Renato Alves Borges.

O Alfa Crux é uma missão com fins educacionais e de demonstração tecnológica em órbita. Através de sinais de rádio, o satélite busca melhorar a comunicação em áreas isoladas do país. Dentre alguns de seus objetivos, o sistema fornece comunicação entre usuários e um conjunto de plataformas  genéricas de sensores (demonstração de sistema de coleta de dados), comunicação entre radioamadores (repetidora digital), além de estudos sobre atenuação, devido ao efeito da cintilação ionosférica em enlaces de comunicação em banda estreita (elaboração e validação de mapas de  riscos). Esse último item, de especial interesse em aplicações críticas que podem envolver risco à vida, como, por exemplo, busca e salvamento.  

Segundo o professor Renato, os ganhos científicos são vastos. “Considerando as principais métricas utilizadas neste contexto, número de formandos, publicação científica, depósito de patentes e registro de softwares, o projeto Alfa Crux tem proporcionado importantes conquistas em todas estas frentes. Além disso, é importante  destacar o fortalecimento e a construção de novas parcerias com universidades e grupos internacionais, no contexto de tecnologias e soluções para aplicações espaciais, e o constante ingresso de novos alunos para a equipe, tanto na pós-graduação quanto na graduação”, destaca.

O mais recente lançamento ocorreu no dia 26 de novembro, quando o SPORT (Scintillation Prediction Observations Research Task), nanossatélite desenvolvido pelo ITA e o INPE, em cooperação com a AEB e a Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço (NASA, do inglês National Aeronautics and Space Administration), subiu ao espaço, também a bordo de um foguete da SpaceX, com decolagem a partir do Kennedy Space Center, localizado na Flórida.

O CubeSat tem a missão de investigar a anomalia magnética do Atlântico Sul, para entender melhor as condições que causam o crescimento das bolhas de plasma. Essas "falhas" são comuns em regiões tropicais e interferem nos dados de posicionamento de GPS dos receptores utilizados em veículos terrestres, marítimos e aéreos.

De acordo com o professor do ITA, Luís Loures, que é gerente da participação brasileira no projeto do SPORT, trata-se de um projeto extremamente complexo. “Talvez seja o pequeno satélite mais completo do mundo na área de clima espacial, pelo número de medidas que irá realizar simultaneamente. O SPORT pode ser pequeno, mas é extremamente avançado”, afirma.

Os dados captados pelo satélite serão usados pelo Programa de Estudo e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial (Embrace), coordenado pelo INPE. Nos Estados Unidos, o SPORT está sob a responsabilidade do Marshall Space Center da NASA, em Huntsville, Alabama.

SPORT sendo testado

Próximos lançamentos
Além dos já citados Aldebaran-I, NanoMIRAX e GOLDS-UFSC, outros projetos estão em desenvolvimento, como, por exemplo, o PdQSat, projeto da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), ainda sem previsão de lançamento, cujo objetivo principal é testar baterias de Li-S em ambiente espacial.

As baterias de Li-S possuem tecnologia relativamente nova, criada por uma empresa britânica, e têm densidade energética muito maior do que as baterias tradicionais. Assim, dada sua leveza, representam um excelente potencial para um dispositivo embarcado.

“Os alunos estão absolutamente encantados com a possibilidade de trabalhar em um artefato que, realmente, tem chance de voar e já estão preparando outros estudantes, na forma de trainee, para que tenham maiores chances de participar do projeto”, relata a coordenadora do projeto, professora Maria Cecília Pereira.

O ITA também está desenvolvendo um novo projeto, com previsão de lançamento em 2025. O ITASAT-2 nasceu da necessidade de se manter e desenvolver a capacidade técnica e gerencial adquirida, sendo considerada uma missão de sequência do SPORT. Trata-se de um voo de formação de três satélites para fazer investigações científicas e tecnológicas na ionosfera.

A proposta, que se iniciou no Estado-Maior da Aeronáutica (EMAER), em discussões com o ITA, logo recebeu o apoio da AEB, devido ao seu caráter eminentemente inovador. “O ITA, através de seu Centro Espacial, está contribuindo para a criação de pesquisa científica de qualidade na área de geociências da Terra, tão importante para o território brasileiro, mas, também, em desenvolvimento tecnológico nas áreas de gestão de projetos, engenharia de sistemas e de sistemas embarcados aeroespaciais”, destaca o professor Luís Loures, gerente do projeto.

Loures esclarece que o ITASAT-2 representa a fase de maturidade no desenvolvimento espacial, com o ITA assumindo o papel que foi da NASA no SPORT e coordenando as ações.

Outro projeto em desenvolvimento é o da Constelação Catarina, um conjunto de nanossatélites de coleta de dados que será integrado com sistemas já existentes, como o Sistema Brasileiro de Coleta de Dados (SBCD) e o Sistema Integrado de Dados Ambientais (SINDA).

A frota de nanossatélites está sendo desenvolvida pelo Instituto Senai de Inovação em Sistemas Embarcados e a UFSC, com apoio da AEB e participação do INPE, além de outras instituições.

Os serviços nacionais, como a Defesa Civil e o Setor Agropecuário, que utilizam dados hidrometeorológicos medidos in loco, precisam de meios para coletar os dados das plataformas de medição, preferencialmente nacionais, o que estimula a articulação da tríplice hélice da indústria, academia e governo.

Desse modo, a Constelação Catarina deve fomentar o Setor Espacial Brasileiro, coletando os dados e enviando a uma plataforma de medição instalada no estado de Santa Catarina.