Resumo
Os sistemas propulsivos baseados em propelentes híbridos, devido as suas vantagens comparativas com sistemas a propelentes sólidos e líquidos vêm se tornando uma importante opção tecnológica para diversas aplicações espaciais. Destacam-se o desempenho equivalente às outras tecnologias químicas, baixo nível de emissão de poluentes, segurança operacional e competitividade em níveis tecnológicos e custos reduzidos. Desta forma, os motores de foguete propelente híbrido tem sido atualmente objeto de estudo em diversos países, inclusive os que já têm maturação tecnológica em motores líquidos e sólidos como Estados Unidos, Rússia e China, por exemplo.
No Brasil, o Hybrid Propulsion Team da Universidade de Brasília (HPT-UnB) estuda a tecnologia híbrida desde o início dos anos 2000 tendo projetado e construído com sucesso um foguete de sondagem 1500 N (edital UNIESPAÇO 2004) demonstrando assim, um importante passo para a nacionalização dessa tecnologia e formação de pessoal (graduação, mestrado e doutorado). Outro passo importante para o domínio da tecnologia híbrida foi o trabalho realizado com modulação de empuxo (edital UNIESPAÇO 2007) onde o grupo desenvolveu um motor híbrido em escala de laboratório com empuxo variável. No que concerne a propulsão híbrida, no HPT-UnB, avalia-se que o estado da tecnologia atingiu grau de maturidade três (TRL=3).
O desenvolvimento de um motor capaz de efetuar a indução de reentrada da plataforma SARA (IAE-Brasil) é uma demanda tecnológica relevante para programa espacial brasileiro (PNAE). Teoricamente, o problema foi estudado pelo HPT-UnB, tendo como base um motor foguete a propelentes híbridos. As características preliminares do referido motor, capaz de cumprir a missão, foram obtidas por código de otimimização multidisciplinar e multivariável, via algoritmos genéticos.
Em linhas gerais, esta proposta (Fases 1 e 2) objetiva validar o sistema propulsivo (motor de reentrada da plataforma SARA) em ambiente laboratorial, estabelecendo incremento no nível de maturidade tecnológica (avançar para TRL=4). Para tal, o protótipo deverá satisfazer o critério principal da missão, isto é, gerar um determinado nível de impulso que garanta variação de velocidade (dV) da plataforma, estimada para realizar manobra de reentrada. Os componentes principais do sistema serão, majoritariamente, do tipo COTS (“commercial off-the-shelf”).
Project videos:
1. Hybrid Rocket motor test – 41 second
2. Hybrid rocket motor test in the Chemical Propulsion Laboratory (CPL) of the University of Brasilia. N2O + Paraffin, 13 seconds. The overexpanded nozzle was installed to verify the flow separation process and the nozzle resistance to the normal shock-wave. The results of the test were used for the validation of the numerical simulations provided by the CPL.
3. Testing of the composite nozzle destruction due to the normal shock-wave excessive temperature rise in the nozzle and the flow separation. The flow separation region is observed on 25th second.