Solar Orbiter leva tecnologia Portuguesa à atmosfera solar

A próxima missão da Agência Espacial Europeia tem como objetivo o Sol. O Solar Orbiter, que tem tecnologia portuguesa a bordo, é lançado na madrugada da próxima segunda-feira e deverá estar próximo do Sol em Março de 2022. Active Space, Deimos Engenharia e Critical Software são as empresas portuguesas envolvidas no projeto.

Num movimento ousado, a Agência Espacial Europeia (ESA na sigla inglesa) prepara-se para mostrar ao mundo o Sol como nunca antes foi visto. A Solar Orbiter (SolO), nave espacial com tecnologia portuguesa, será lançada a 9 de Fevereiro e aventurar-se-á a apenas 42 milhões de km da nossa estrela, uma distância nunca antes alcançada. As câmaras a bordo serão capazes de observar o Sol através de um escudo térmico produzido para espalhar o calor – 13 vezes maior que o calor que chega à Terra – mantendo o resto do satélite dentro de uma sombra protetora.

A nave estará suficientemente perto para tirar fotografias da superfície solar, incluindo os polos e será capaz de medir as propriedades do ambiente em redor. Um feito possível graças às estruturas de proteção térmica desenvolvidas pela PME portuguesa Active Space Technologies. Também, a portuguesa Critical Software foi responsável pelo desenvolvimento, entre outros, do sistema operativo que comanda e controla o satélite. Já a Deimos Engenharia trabalhou na definição e implementação da estratégia para testar os sistemas de voo da SolO.

“O Active Space fabricou os canais de alimentação, que são tubos de titânio que permitem que a luz passe pelo escudo térmico até chegar aos instrumentos, mas sem comprometer a proteção térmica, para que os instrumentos não fiquem muito quentes nem derretam “, explica Ricardo Patrício, responsável pelo Desenvolvimento de Negócios na Active Space. Estes “canais” são conjuntos de estruturas tubulares de cerca de meio metro de comprimento feitos de titânio, com “uma alta precisão mecânica e ótica e uma tolerância muito alta ao calor”.

A empresa portuguesa esteve ainda envolvida nos testes do protótipo do satélite. “Equipámos o protótipo de teste com todos os modelos de instrumentos do satélite, estes foram colocados num shaker que simula a vibração de lançamento e as acelerações experimentadas nesse momento “, explica Ricardo Patrício. Os dois projetos da Active Space, subcontratados pela Airbus Defence and Space, representaram um volume de negócios entre 1,8 a 2 milhões de euros e envolveram uma equipa de dez técnicos especializados.

O SolO tem como objetivo verificar como o Sol cria e controla a heliosfera (a “bolha” protetora das partículas e campos magnéticos gerados pelo Sol), e os efeitos da atividade solar sobre a heliosfera. A missão da ESA combina observações in-situ e deteção remota para obter novas informações sobre a atividade solar e sobre a forma como as chamas produzem partículas carregadas eletricamente, que causam o vento solar e o campo magnético coronal, e como funciona o dínamo solar.

O satélite estará sujeito a temperaturas 13 vezes superiores às experimentadas pelos satélites que orbitam a Terra. O sucesso do SolO está assim dependente da proteção térmica desenvolvida pela Airbus, em colaboração, entre outros, com a empresa portuguesa Active Space e a irlandesa Enbio. Os cientistas irlandeses desenvolveram um novo produto denominado SolarBlack, que é uma preparação de fosfato de cálcio com uma enorme capacidade de absorção de calor, e que foi aplicado na proteção térmica da sonda. Este escudo tem 20 camadas extremamente finas de titânio capazes de resistir a temperaturas até 500ºC.

“O envolvimento português na missão Solar Orbiter é outro exemplo das competências que Portugal tem desenvolvido ao longo dos anos. As empresas portuguesas têm o know-how necessário para cooperar com os maiores integradores de sistemas e corresponder às expetativas”, afirma a presidente da Agência Espacial Portuguesa – Portugal Space. Chiara Manfletti considera que “o compromisso assumido por Portugal nos domínios da Segurança e da Ciência Espacial no último Conselho Ministerial da ESA irá desenvolver ainda mais estas competências”. “Ao subscrever quase 103 milhões para a ESA para os próximos anos, Portugal está a contribuir para que as empresas portuguesas ganhem novos projetos, reforcem o knowhow e conquistem novos mercados.”

Tempestades solares podem custar à Europa 20,6 mil milhões de euros em 2024

O único objetivo da missão do Solar Orbiter não é satisfazer a curiosidade dos cientistas. A longo prazo, o conhecimento desenvolvido através desta missão levará a ESA para lá dos limites da tecnologia espacial e ajudará a Agência a estar mais e melhor preparada para futuras missões espaciais em condições extremas. Mais importante ainda, ajudará a prever e a minimizar os impactos das chamadas tempestades solares.

O vento solar, o fluxo constante de partículas carregadas eletricamente que o Sol projeta para a heliosfera e que atinge velocidades de 800 quilómetros por segundo, é um dos principais objetos de observação do SolO. Outro objeto são os eventos extraordinários, como erupções solares e ejeções de massa coronal (erupções significativas de gás ionizado a alta temperatura da corona do Sol). Episódios que podem ter um impacto substancial na vida na Terra, uma vez que podem atingir sistemas elétricos sensíveis. No caso de um evento extremo, as comunicações por satélite serão interrompidas, e os sistemas globais de navegação por satélite (GNSS) e as redes de energia à escala nacional ou internacional irão falhar.

Existem vários exemplos concretos ao longo dos anos: em 1989, uma erupção solar causou um apagão na rede elétrica do Canadá, deixando cerca de seis milhões de pessoas sem energia por nove horas. A 14 de julho de 2000, no que ficou conhecido como o Incidente do Dia da Bastilha, uma explosão solar provocou curto-circuitos nos satélites e afetou as comunicações via rádio. O evento mais impressionante remonta ao século XIX, quando uma tempestade geomagnética interrompeu as comunicações por telegrafo e fez com que auroras boreais fossem visíveis não apenas nos polos como também em Cuba ou no Havai.

A ESA estima, de acordo com um estudo desenvolvido em 2016m, que estes eventos solares extremos possam custar à economia europeia cerca de 20,6 mil milhões de euros em 2024. Será assim no pior dos casos, se nada for feito para evitar o impacto de episódios como “tempestades solares”.

Conscientes de que a humanidade está cada vez mais dependente de sistemas elétricos vulneráveis, sujeitos aos riscos de um clima espacial adverso, os académicos criaram um novo campo de investigação: a meteorologia espacial. A longo prazo, conhecer em detalhe o funcionamento do Sol contribuirá para o desenvolvimento da ciência fundamental que levará à criação de modelos e ferramentas de previsão do tempo espacial capazes de prever e minimizar estes incidentes.

Portugal atribuiu 13,3 milhões de euros ao programa de Segurança Espacial da ESA

Por todas as razões já mencionadas, a meteorologia espacial é um dos tópicos do programa de Segurança Espacial, tema central na atividade da ESA nos próximos anos. Os estados membro subscreveram investimentos de cerca de 455 milhões de euros, com Portugal a dar uma importante contribuição. Em novembro, na cimeira Space19+, Portugal atribuiu 13,3 milhões de euros para o programa de Segurança Espacial, incluindo dois milhões de euros para a missão Lagrange, que planeia colocar uma nave espacial no Lagrange Point 5 para funcionar como estação de alerta precoce para a atividade solar.

A SolO será lançada na madrugada de 10 de Fevereiro a partir do Cabo Canaveral (Florida, EUA). A nave de 1.800 quilos e três metros de altura serão lançadas ao espaço a bordo de um foguete Atlas V411. O satélite será inicialmente lançado em direção a Vênus, já que precisa aproveitar a gravidade do planeta para se colocar na órbita que lhe permite aproximar-se do Sol.

É aqui que entra a Critical Software. A empresa foi “responsável pelo desenvolvimento e validação do software central, que gere todo o equipamento”. “Também suportamos a parte de aviónica, em contacto direto com o ESOC (Centro Europeu de Operações Espaciais)”, diz Ricardo Armas, responsável por Desenvolvimento de Negócios da Critical Software.

Mauro Gameiro, engenheiro principal da empresa de Coimbra e arquiteto de “todo o cérebro do satélite”, entra nos detalhes, explicando que o software desenvolvido pela Critical garante que a nave está sempre no “caminho correto” e “que os instrumentos secundários estão a funcionar devidamente”, mas também que “todo o sistema de deteção de falhas funciona de forma correta e reage prontamente”. Na Critical Software desde 2003, Mauro passou os últimos sete anos a trabalhar no Reino Unido para a Airbus, o construtor principal do Solar Orbiter.

Serão precisos cerca de dois anos para que o satélite fique em posição. A primeira passagem perto do Sol acontecerá em março de 2022, altura em que o Solar Orbiter estará a cerca de dois terços da distância da Terra até ao Sol. A partir desse momento, a missão aproximar-se-á da estrela a cada seis meses, ficando, então, a uma distância de cerca de 42 milhões de quilômetros. Nem mesmo Mercúrio, que está sujeito a temperaturas de cerca de 430.º C, está tão perto do Sol, ficando-se a 58 milhões de quilómetros de distância.

Se a Critical Software foi fundamental no desenvolvimento dos sistemas de voo, a Deimos Engenharia foi crucial para que se garantisse que o satélite estava pronto para voar e que os sistemas funcionavam dentro da normalidade. Segundo Nuno Silva, gestor sénior da Deimos, a empresa “desempenhou um papel central na definição da estratégia para testar os sistemas de voo únicos do Solar Orbiter”. Isto incluiu “bancos de testes altamente sofisticados, incluindo simuladores de alta fidelidade em tempo real e a própria nave espacial”. Ao coordenar os testes de toda a componente aviónica da nave, Nuno Silva e a sua equipa, acabaram por trabalhar com a Critical Software, que desenvolveu o sistema de controlo de voo e todo o software a bordo do satélite.

Além disso, a Deimos Engenharia geriu a análise e os relatórios de todos estes testes que faziam parte da lista de tarefas no caminho crítico para o lançamento do Solar Orbiter. “Dezenas de testes e um número ainda maior de relatórios envolvendo equipas numerosas foram coordenados na perfeição, alcançando com sucesso um marco chave do projeto, a chamada Qualification and Acceptance Review, a tempo de autorizar o lançamento do satélite na data prevista”, explica Nuno Silva.

Já Nuno Ávila, director-geral da Deimos Engenharia, considera que trabalhar diretamente com a Airbus Defence and Space, e não através da Agência Europeia, num contrato estimado em 100 mil euros “faz parte do efeito multiplicador do dinheiro que Portugal subscreveu para os programas da ESA”, mas é sobretudo “um motivo de orgulho para a Deimos ter sido chamada a resolver um aspeto tão crítico e num momento tão do projeto, pelas competências que tem internamente” .

PORTUGAL SPACE
A Agência Espacial Portuguesa – Portugal Space, é uma organização privada sem fins lucrativos, criada pelo Governo Português, em estreita colaboração com o Governo Regional dos Açores. O principal objetivo da Portugal Space é executar a estratégia “Portugal Space 2030”, promovendo e fortalecendo o ecossistema espacial e a cadeia de valor em Portugal, para benefício da sociedade e da economia, através de uma série de áreas de atuação, nomeadamente a Observação da Terra, Telecomunicações, Segurança Espacial e Transporte Espacial. Pretende ainda que até 2030, Portugal seja amplamente reconhecido como uma autoridade mundial na ciência e na economia da interações Espaço-Terra-Clima-Oceano.

ACTIVE SPACE TECHNOLOGIES
A empresa de Coimbra fabricou componentes de titânio para os instrumentos destacáveis, consiste numa lança retráctil que transporta quatro instrumentos altamente sensíveis aos campos magnéticos. Também produziram os canais de titânio que suportam a camada superior do escudo térmico e que fornecem um “campo de visão” aos instrumentos, protegendo-os ao mesmo tempo de temperaturas extremas, as chamadas passagens de entrada. A Active Space também esteve envolvida nos testes do protótipo do satélite. O desenho e a produção de mais de 140 componentes são 100% portugueses, apesar de cerca de 90% da fabricação de algumas das peças ter sido subcontratada e depois montada e testada nas instalações da empresa. A Active Space Technologies S.A. é uma PME sediada em Coimbra com cerca de 40 colaboradores. Foi fundada em 2004, por Bruno Ramos de Carvalho e Ricardo Patrício, que se conheceram num programa de formação avançada na Agência Espacial Europeia, na Holanda. A empresa centra a sua atividade nos mecanismos, estruturas e sistemas de monitorização para a indústria aeronáutica e aeroespacial, exportando mais de 90% da sua produção. Participou em diversas missões espaciais para a ESA, JAXA (Agência Espacial Japonesa), DLR (Agência Espacial Alemã) e NASA.

CRITICAL SOFTWARE
A Critical Software desenhou vários sistemas de software do Solar Orbiter, tais como os sistemas de comando e controlo central, deteção e recuperação de falhas e sistemas de gestão de comportamento térmico. Criada em 1998, a Critical Software fornece sistemas e serviços de software para segurança, missão e aplicações críticas para o negócio. Presente em quatro países, e com escritórios em nove cidades, a Critical Software emprega cerca de 950 pessoas. Oferece soluções para várias indústrias.

DEIMOS ENGENHARIA
A Deimos Engenharia definiu e implementou a estratégia para testar os sistemas de voo do Solar Orbiter, e analisou e reportou os resultados de todos estes testes, críticos para o lançamento do Solar Orbiter. A Deimos Engenharia trabalha em I&D, engenharia e desenvolvimento de Sistemas Espaciais. Desde 2002, que tem vindo a equipar múltiplas missões científicas europeias de exploração planetária, observação da Terra, astrofísica e navegação por satélite. Composta por uma equipa multidisciplinar de mais de 50 engenheiros altamente qualificados, a Deimos Engenharia conta com uma extensa carteira de atividades para ESA, NASA, EUMETSAT e clientes comerciais. As tecnologias espaciais desenvolvidas na Deimos são também aplicadas nos sectores dos transportes, defesa, oceanografia, agricultura, ambiente, entre outros. A Deimos Engenharia é a subsidiária portuguesa da Elecnor Deimos.