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1 - Introdução

   A tecnologia de satélite teve seu grande impulso a partir do momento em que o homem conseguir vencer a barreira do espaço.
   Vencer a barreira do espaço era um sonho antigo do homem. Muitas figuras se destacaram na história, dentre eles Julles Vernes (1828-1905), com suas histórias de ficção científica que na época parecia impossível, com “viagem ao centro da Terra”, “vinte mil léguas submarinas”. Na novela "Os quinhentos milhões da Begun", Julles Verne descreve um satélite artificial lançado por um canhão, como já havia sido sugerido por Newton em um de seus livros. Mais tarde, no ano de 1919, O americano Robert H. Goddard, desenvolveu as bases da teoria de foguetes propulsores construindo vários protótipos movidos com combustível líquido.
    Na literatura consta-se que as primeiras experiências com foguetes datam de 1935, realizadas pelos alemães e norte-americanos e vinculadas à pesquisa de armas bélicas. Entre os anos de 1935 a 1945, foram desenvolvidas as bombas V1 e V2 pelo alemão Wernher von Braun onde os princípios básicos dos foguetes lançadores foram postos em prática, infelizmente, para a destruição.
    Depois do satélite Russo Sputnik ter sido lançado para o espaço, a corrida espacial acelerou evidentemente com o pioneirismo dos soviéticos.
    A rivalidade militar existente entre os Estados Unidos da América e a antiga União das Republicas Socialistas Soviéticas originou um grande desenvolvimento da tecnologia nos satélites, pois cada potência queria ser tecnologicamente superior com satélites espiões melhores que a adversária, que assim poderiam fotografar e analisar dados do país contrário.
   Geralmente, um veículo no espaço é instável e está constantemente submetido a torques. Embora as forças associadas a esses torques não sejam normalmente suficientemente grandes para afectar a órbita de um veículo no espaço, podem afectar significativamente a atitude do veículo. Além do problema da estabilização, há um problema independente do sentido, geralmente um problema do controle activo, em que o veículo ou uma parte do equipamento do veículo devem apontar para um sentido específico. Considera-se, para um exemplo, um satélite da exploração da terra com câmaras e sensores infravermelhos que devem sempre apontar à superfície da terra. Também nas missões para investigar o sol ou outros corpos celestes e missões de navegação, as antenas devem manter ou adquirir os sentidos requeridos.
    Existem dois tipos de estabilização, a estabilização activa e a estabilização passiva. A estabilização activa permite um menor erro, é usada em satélites onde é necessário um grau de precisão muito elevado. A estabilização é levada a cabo por meio de motores, giroscópios e jactos, mas as vantagens da utilização ficam unicamente pelo aumento de precisão, porque as oscilações inerentes ao uso destes meios de estabilização diminuem o tempo de vida do satélite bem como aumenta consideravelmente o custo final do satélite, já em si elevado. A estabilização passiva usa princípios físicos para efectuar a estabilização. O uso da estabilização aerodinâmica, estabilização por rotação, estabilização gravítica e estabilização magnética permitiu diminuir a complexidade de sistemas do satélite bem como o seu custo, o uso destes métodos de estabilização permite um grau de precisão que varia de 1º a 4º.
    Os desafios a curto prazo para a indústria aeroespacial passam pela redução substancial do custo dos satélites. Este objectivo passa pela redução do custo de lançamento, o que é possível com o advento de novas tecnologias que estão para breve e a redução de custo de todo o hardware inerente à construção do mesmo, nomeadamente do sistema de estabilização. O aumento do grau de precisão será outro desafio para os engenheiros, pois cada vez mais o uso de satélites é indispensável. Dentro de alguns anos as órbitas estarão a ficar congestionadas, serão necessários satélites mais pequenos e funcionais, e que não necessitem de serem reparados com demasiada frequência. Esta tecnologia foi aplicada na sonda espacial Deep Space I, que continha ferramentas de auto-diagnóstico e auto-reparação. Com estas medidas o custo final do satélite será substancialmente reduzido, ficando assim a tecnologia acessível a todos. Só com a aplicação de todas estas premissas haverá um Boom na indústria espacial comercial, trazendo benefícios óbvios para todos nós.

2 - Revisão Bibliográfica

   A realização de muitos projectos científicos e técnicos em órbita impõe que se tome certas medidas para controlar a atitude do satélite artificial. Para alcançar estes requisitos utilizam-se os métodos de estabilização passivo e activo. É mais rentável o uso do método passivo em satélites pequenos, por este método não consumir energia nem combustível e não requer nenhum hardware específico, nomeadamente sensores e actuadores. Outro aspecto vantajoso deste sistema, é que, a massa do sistema de estabilização é de apenas 3% a 5% do total do satélite.

2.1 - Estabilização Gravitacional

   Este método é o mais usado de entre todos os métodos de estabilização, este resulta na aplicação do campo gravítico terrestre, provocando o torque desejado para a estabilização. Este método de estabilização baseia-se nas propriedades do campo gravítico central, elaborado por Newton, que diz, um satélite com diferentes momentos de inércia principais, numa órbita circular possui quatro direcções de equilíbrio estáveis, quando o menor eixo de inércia está na vertical em relação ao plano da órbita, e o maior eixo de inércia está numa posição normal relativamente ao plano orbital. Facilmente pudemos verificar que um satélite com um só eixo de simetria, possui apenas duas posições de equilíbrio estável, que é quando os seus eixos de simetria coincidem com o plano vertical da órbita.
     A configuração típica do sistema para efectuar a estabilização consiste em um satélite com uma “barra” que pode variar entre os 4m e os 18m. A longa barra dará o torque gravítico necessário para restaurar a sua posição. A barra por sua vez possui na sua extremidade um sistema com duas esferas. A menor no interior da maior possui um magneto que está sempre alinhado com o campo magnético da terra. Entre as esferas existe um líquido de natureza viscosa, cuja finalidade deste é dar o amortecimento necessário à estabilização do satélite.
    Existe outro sistema similar a este, acima referido, que usa o amortecimento com um sistema de eddy-current em lugar do líquido com características viscosas.

   A título de curiosidade, não só pequenos satélites foram estabilizados segundo este método, também as estações espaciais Russas Salyut-6 e Salyut-7, e o próprio Space Shuttle em grandes missões usaram este método para a sua estabilização.

   A seguir encontram-se algumas imagens de objectos que usam este método de estabilização.

   Para satélites lançados em órbitas baixas (menos de 400 km), é conveniente usar este método de estabilização. A utilização deste método na estabilização de um satélite produz um efeito de orientação ao longo da tangente da órbita.
    O torque produzido é devido a um estabilizador especial em forma de cone, produzindo um torque devido ao desvio do centro aerodinâmico e o centro de massa.

   Para amortecer as oscilações características destas órbitas baixas, o satélite usa dois giroscópios com um grau liberdade cada, ligados ao satélite através de uma mola. O que acontece é que o satélite perde energia devido ao arrasto subsequente, conduzindo a uma precessão do satélite. A finalidade dos giroscópios é fornecer um torque tridimensional, regressando assim o satélite à posição desejada.

2.3 - Estabilização por pressão solar

   Para veículos de missões interplanetárias, como sondas espaciais ou futuras missões tripuladas, é possível usar a radiação solar como meio para a estabilização.
    Em órbitas geostacionárias, o torque causado pela radiação solar é o principal factor de instabilidade. De todos os fotões provenientes do Sol, nem todos são absorvidos pelo satélite. São eles a fracção de fotões reflectidos, os fotões reflectidos difusamente e os fotões absorvidos pelo satélite.

2.4 - Estabilização magnética

   Para algumas experiências científicas é necessário orientar o satélite para o campo geomagnético. Neste caso é colocado um magneto no satélite. A interacção entre o magneto e o campo geomagnético produz um torque restaurador, que coloca o eixo do magneto (e do satélite) alinhados com a direcção do campo magnético nesse local e instante. Esta manobra restaurará a posição de equilíbrio do satélite.
    Este método de estabilização é interessante do ponto de vista científico, pois a sua aplicação permite não só manter estável o satélite, mas também estudar o campo magnético da Terra ou outro qualquer corpo.

   Podemos ver alguns exemplos de satélites onde se aplica este método de estabilização.

2.5 - Estabilização por rotação 10

   A estabilização por rotação é usada para orientar um determinado eixo do satélite no espaço inercial. Este princípio baseia-se na estabilidade que se adquire ao rodar sobre o eixo de maior momento de inércia. Em longos intervalos poderão existir alguns erros na rotação, erros esses devidos ao campo geomagnético, ao campo gravítico, arrasto atmosférico, excentricidade de órbita e pressão da radiação solar. Estes erros originam uma evolução mais lenta na orientação do satélite para o seu eixo de rotação e a respectiva velocidade. Se houver current loop instalado no satélite, este pode compensar a influência de torques que perturbem o controlo da orientação e do eixo de rotação no espaço inercial.
   O satélite é estabilizado assimptoticamente ao longo do seu maior eixo de inércia, se nele for instalado um sistema de amortecimento apropriado.

   Existem vários sistemas de amortecimento apropriados para este caso, por exemplo, amortecimento através de um pêndulo, uma bola em um tubo, anéis acentes em cima de um líquido com características viscosas, etc.
     Os parâmetros de amortecimento para este caso têm que ser escolhidos para maximizar a dissipação de torques adversos à estabilidade do satélite.
     Outro aspecto importante, é se for possível, colocar no satélite uma roda cujo o seu eixo de rotação seja paralelo ao do satélite, isto para melhorar a rotação e consequentemente a estabilização do satélite.
     É conveniente falar também no sistema de dupla rotação, embora não seja bem um sistema passivo, será mais um sistema híbrido visto que tem no seu interior um pequeno motor a rodar também, isto é, por vezes deseja-se uma orientação para o satélite que não está orientada com o seu eixo de maior inércia, então esse motor é colocado no interior. O torque produzido por esse motor é suficiente para colocar o satélite estável, rodando este sobre o eixo de menor inércia. Todo o satélite gira, exceptuado o seu interior, isto para manter a atitude desejada, ou seja para manter por exemplo as antenas alinhadas com a Terra.