Um novo sistema de atracagem para a reunião espacial

A Agência Espacial Europeia (AEE) está a trabalhar num novo sistema que permita a fácil atracagem entre duas naves espaciais. A maxon desenvolveu dois sistemas de acionamento especiais para esta finalidade.

Apesar de já ter sido realizada várias vezes, a manobra de atracagem entre dois objetos no espaço é sempre um procedimento delicado e potencialmente perigoso. A velocidade é extremamente elevada (cerca de 28 000 km/h no caso da EEI) e as correções são difíceis de realizar. Por exemplo, quando dois objetos estão prestes a encontrar-se, os propulsores de manobras já não podem ser utilizados, uma vez que as plumas de fumo podem provocar danos. Para evitar danos, os transportadores de carga são apanhados por um braço robótico instalado na Estação Espacial Internacional (EEI) e atracados manualmente. As naves espaciais tripuladas, por outro lado, atracam diretamente num processo controlado por computador.

Este tipo de manobra de atracagem vai tornar-se mais fácil e seguro no futuro, pelo que a Agência Espacial Europeia (AEE) encomendou aos seus parceiros industriais a conceção de um novo sistema de atracagem denominado IBDM (International Berthing and Docking Mechanism — Mecanismo Internacional de Atracagem). Este está em conformidade com a norma internacional IDSS (International Docking System Standard), uma norma sobre a qual as principais agências espaciais a nível mundial chegaram a acordo. O sistema será, portanto, compatível com a EEI e com a maioria das outras naves espaciais. As primeiras missões do mecanismo serão com o Dream Chaser, uma nave que se parece com uma versão compacta do Space Shuttle (Vaivém Espacial) e em breve realizará voos de carga para a EEI. A nave está a ser desenvolvida pela Sierra Nevada Corporation.

A energia de atracagem é absorvida

O IBDM é um sistema de acoplamento andrógino. Isto significa que o conector é idêntico nos dois lados. Este consiste num anel interior rígido (Hard Capture System) e um anel exterior flexível (Soft Capture System), com seis níveis de liberdade e sensores de força. O anel exterior absorve primeiro a energia de atracagem. De seguida, a ligação final hermética é realizada e fixada por ganchos mecânicos que puxam as duas naves espaciais de maneira a ficarem firmemente unidas.

A SENER está encarregue de desenvolver e instalar o Hard Capture System. A empresa está atualmente a trabalhar no modelo de qualificação, que deverá ser testado em 2020. “Em seguida, o IBDM tem de ser utilizado o mais rapidamente possível num voo de abastecimento para a EEI”, afirma Gabriel Ybarra, da SENER. Um dos próximos passos seria utilizá-lo na Estação Espacial Lunar da NASA, que está planeada para entrar em órbita à volta da lua e poderia servir como ponto de lançamento para missões tripuladas a Marte, no futuro.

Sistemas duais para máxima segurança

Este é um projeto desafiante para os engenheiros da SENER: “Primeiro precisamos de compreender todos os requisitos definidos pela AEE e pela NASA e perceber como vamos satisfazer todos eles. E em particular os requisitos relacionados com a segurança, porque o mecanismo de atracagem também pode ser utilizado em voos tripulados”. Além de serem leves e de proporcionarem o binário exigido, os acionamentos elétricos usados têm de ser igualmente fiáveis. É por isso que a SENER tem trabalhado com o especialista em acionamentos maxon há vários anos.

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Para o Hard Capture System, a maxon desenvolveu um motor plano EC 32, com dois enrolamentos, e um redutor planetário GPX 22 UP (acima). Existem doze sistemas de acionamento maxon que alimentam os ganchos de bloqueio. Cada um deles consiste em dois motores EC-4pole 30 sem escovas e um redutor GPX 42 UP (abaixo).

Os engenheiros da maxon desenvolveram dois acionamentos para a SENER que podem ser usados para executar uma enorme variedade de funções. O primeiro acionamento consiste em dois motores EC-4pole sem escovas e um redutor GPX UP. Doze destes atuadores alimentam os ganchos de bloqueio no mecanismo de atracagem IBDM. O segundo acionamento combina um motor plano com um redutor planetário. É utilizado em doze locais para gerir conexões plug-in e os olhais de retenção, bem como outras funções auxiliares.

Como o mecanismo de atracagem IBDM é uma aplicação de voo essencial, são necessários sistemas de acionamento redundantes. O componente redundante tem de funcionar, mesmo que o acionamento principal falhe. Este problema é muitas vezes solucionado através de um motor de reserva que pode assumir o comando numa emergência. Esta é a abordagem usada para o atuador do gancho de bloqueio. No entanto, para o outro sistema de acionamento, os engenheiros da maxon encontraram uma solução diferente e não convencional: a utilização de um estator adicional em vez de um motor complementar. O motor plano possui, portanto, dois estatores em vez de dois enrolamentos, cada um dos quais capaz de acionar o rotor — uma solução engenhosa e compacta que garante segurança.

Gabriel Ybarra enaltece a colaboração com a maxon: “A equipa compreende os nossos requisitos e é muito rápida nas modificações da conceção”. Além disso, os dois parceiros partilham a paixão por sistemas mecatrónicos. “É um sentimento fantástico estar envolvido em todo o processo, desde a conceção até à produção e aos testes. Isso torna tudo extremamente interessante. E quando o sistema se move pela primeira vez, é como ver os seus filhos darem os primeiros passos”.

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SENER / maxon / Sierra Nevada Corp.