Histórias & Conquistas – Grupo de Engenharia e Sistemas Aeroespaciais de Macaé

Este texto foi escrito em 23 de março de 2021

As informações apresentadas aqui são preliminares e podem mudar ao longo dos anos, acompanhando o crescimento do grupo no futuro.

Apresentação da Equipe

O GESAM (Grupo de Engenharia e Sistemas Aeroespaciais de Macaé) foi fundado em fevereiro de 2020, por oito discentes da Universidade Federal do Rio de Janeiro Campus Macaé, são eles: Bruna Mendonça Vieira, Brian Perecmanis, Hilton Araujo Espinheira, Gabriel Rezende da Cruz Moreira, Michael Rodrigues de Carvalho, Rafael Stroligo Pacheco Magalhães Silva, Milena Ferreira Gagno e Ugo Magaldi Borba Pessanha e três professores coordenadores: Bernardo Mattos Tavares, Patrick Martins Menegazi (integrante externo à UFRJ) e Valéria Belmonte. Sendo o professor Bernardo Mattos Tavares o coordenador responsável pelo grupo na UFRJ-Macaé. A equipe visa o desenvolvimento e a montagem de sistemas aeroespaciais (foguetes, satélites miniaturizados) para a participação em diversas competições voltadas ao setor aeroespacial no Brasil e no Mundo. Visando estimular os estudantes universitários, permitir a troca e a transmissão de conhecimentos e técnica, por meio de aplicações práticas e da competição entre equipes, além de divulgar a exploração espacial que é muito importante para qualquer país se desenvolver social e economicamente. Logo, espera-se que os envolvidos obtenham crescimento profissional com os conhecimentos adquiridos, além de crescimento pessoal obtido através do trabalho em equipe, da execução e do desenvolvimento de projetos.

Apresentação

O GESAM propõe aos estudantes a oportunidade de desenvolver competências e adquirir experiências práticas das diversas áreas do conhecimento, relacionadas ao setor aeroespacial e a pesquisa científica, para assim desenvolver o perfil e competências esperadas do estudante de ensino superior, alguns exemplos são descritos nas Diretrizes Curriculares Nacionais do Curso de Graduação em Engenharia, são eles:

1. estar apto a pesquisar, desenvolver, adaptar e utilizar novas tecnologias, com atuação inovadora e empreendedora em relação aos conhecimentos adquiridos nos cursos de graduação e pós-graduação e experimentar, trabalhando em equipe, uma grande experiência elaborando projetos aeroespaciais, buscando contribuições para realizá-los e ainda participando de competições em busca de reconhecimento;

1. adotar perspectivas multidisciplinares e transdisciplinares em sua prática;

1. analisar e compreender os fenômenos físicos e químicos por meio de modelos simbólicos, físicos e outros, verificados e validados por experimentação:

1. conceber, projetar e analisar sistemas, produtos (bens e serviços), componentes ou processos:

1. aprender de forma autônoma e lidar com situações e contextos complexos, atualizando-se em relação aos avanços da ciência, da tecnologia e aos desafios da inovação:

Assim, o GESAM se dispõe a elaborar projetos aeroespaciais e inovações, como por exemplo novos combustíveis para propulsão de foguetes, micro satélites, entre outros subsistemas aeroespaciais, que sigam as regras das competições nacionais e internacionais, trabalhando em equipe, desenvolvendo habilidades, adquirindo conhecimento e responsabilidade através de ações e cumprindo prazos de projeto, procurando auxílios e melhorias para os projetos, além de realizar a divulgação científica do setor aeroespacial.

Justificativa

O desenvolvimento desse projeto visa alcançar mais oportunidades para os alunos de graduação em todos os cursos da Cidade Universitária de Macaé, principalmente aos alunos da UFRJ-Macaé, no campo de aprendizagem e no campo do mercado de trabalho, pois muitas empresas interessam-se por profissionais ativos que sempre buscam melhorar a si mesmos e até desenvolver novas tecnologias, então a participação no GESAM é uma experiência muito válida pois une o mercado de trabalho e os estudantes. Além de oferecer a qualquer cidadão brasileiro a oportunidade de participar dos cursos de extensão oferecidos pelo GESAM.

Relevância e mérito técnico-científico

No final de maio de 2020 a empresa SpaceX lançou de Cabo Canaveral, na Flórida (EUA), a cápsula “Dragon Crew” com dois astronautas em direção a estação espacial internacional, a bordo do foguete reutilizável “Falcon 9”, marcando o retorno dos Estados Unidos ao mercado de viagens espaciais, após 9 anos sem lançar foguetes do pŕoprio solo.Este feito é histórico pois mostra o sucesso de uma parceria entre uma agência espacial pública (a NASA no caso) e uma empresa privada (a SpaceX) empregando um foguete que permite uma economia de até 95% nos custos de lançamento, em comparação aos antigos ônibus espaciais [1].

A empresa de Elon Musk, e de outros empresários do setor espacial, pretendem entrar no seleto mercado de turismo espacial, que será acessível para quem tiver muito dinheiro para bancar o passeio. Entretanto, esta não é a única possibilidade relevante: o foguete “falcon 9” é o veículo adotado pela SpaceX para o lançamento de microssatélites da iniciativa “starlink” que pretende fornecer internet de altíssima velocidade e acesso universal, em todo o planeta. Serão milhares de satélites postos em órbita nos próximos anos. A iniciativa começou em 2018, com o envio de dois mini satélites de teste (tin tin A e B) e só deve terminar em 2024 [2]. Existem outras iniciativas como esta em curso, fora a “nova corrida” para se estabelecer uma base na Lua e usá-la, por exemplo, como trampolim para a colonização de Marte. Este novo “boom” da indústria aeroespacial, ou “NewSpace” como é conhecido, está sendo motivado por parcerias entre poder público e a iniciativa privada. Nações com sistemas científicos sólidos e economias estáveis, estão na vanguarda do desenvolvimento espacial, como EUA, União Europeia e Rússia. Nações emergentes como China e Índia também vem se destacando numa espécie de “corrida espacial” asiática, incluindo lançamentos de sondas lunares [3] .

Caso os investimentos aqui no Brasil não atinjam níveis suficientes para fomentar indústrias espaciais locais competitivas, a distância tecnológica entre as nações poderá chegar a níveis intransponíveis [4]. Uma das formas do Brasil se inserir no mercado espacial é com o aluguel da base de Alcântara, para lançamentos de foguetes. Como já destacamos, foguetes reutilizáveis representam grande economia de custos em relação aos foguetes descartáveis anteriores, e podem ser ainda mais econômicos e rentáveis se lançados de uma base bem localizada geograficamente. O novo acordo de salvaguardas [5], prevê que empresas nacionais ou estrangeiras possam usar a base aérea como um “espaço porto” para lançar suas cargas de Alcântara, a partir de 2022, inicialmente a partir de veículos lançadores pequenos e focado em micro e nano satélites, como explica o presidente da Agência Espacial Brasileira, Carlos Moura na entrevista à TV Brasil [6]. Carlos Moura também afirma que é de interesse nacional fomentar o fortalecimento da indústria espacial brasileira, tal como aconteceu com a indústria de aviação no vale do paraíba no século passado. Portanto há uma oportunidade em aberto para empresas nacionais, internacionais e grupos de pesquisa aeroespacial, dentro e fora do país, que tenham interesse em participar do “NewSpace”.

Macaé e o setor aeroespacial: uma possibilidade

Macaé é conhecida, desde de a década de 1970 como a “cidade do petróleo” por sediar as atividades da PETROBRAS na Bacia de Campos, tendo sido responsável até a última década pela produção de mais de 80% do petróleo consumido no país. Dentro da lógica do ciclo produtivo do petróleo, a cidade recebeu muitos “royalties” e se desenvolveu. Mas também sofreu com a ocupação desordenada e degradação ambiental. Nos últimos anos, com o início das operações do pré-sal, centradas na bacia de Santos (SP), e devido a crises econômicas no mundo, a cidade sofreu perda de postos de trabalho e encolhimento na economia. Percebeu-se então a necessidade de alternativas econômicas para o desenvolvimento social.

Esforços de diversificação econômica pelo município estão sendo feitos, no setor de turismo e também na área de ensino. Há um forte movimento para consolidar Macaé, como “cidade do conhecimento” devido a grande concentração de instituições de ensino superior. Destacamos as públicas: FeMASS – Faculdade Professor Miguel Angelo da Silva Santos (municipal); IFF – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense; UERJ – Universidade do Estado do Rio de Janeiro; UENF – Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro; UFF – Universidade Federal Fluminense e UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro. Boa parte destas instituições possuem cursos de engenharia, licenciaturas presenciais (e.g química, biologia e matemática) e à distância (e.g física). Cidades vizinhas ou próximas, como Campos, Rio das Ostras, Cabo Frio e Nova Friburgo também possuem instituições públicas e privadas de ensino superior, que oferecem cursos de engenharias e licenciaturas em áreas da ciência.

Macaé possui um parque industrial de base, voltado originalmente para a área do petróleo, mas que possui uma capacidade adaptativa. combinado com a profusão de cursos de nível superior em carreiras “STEM” (ciência, tecnologia, engenharia e matemática na sigla em inglês) na região pode ser o “caldo nutritivo” ideal para o nascimento de uma nova indústria aeroespacial na região, nos moldes que o Brasil necessita no momento. Para completar, a cidade de Macaé possui infraestrutura portuária (em vias de se expandir) aeroportuária, que pode receber os insumos para o desenvolvimento das estruturas de interesse da nova “economia espacial”.

Objetivos

- Construir sistemas aeroespaciais de acordo com as normas definidas por organizações aeroespaciais confiáveis, por exemplo a Associação COBRUF, LASC (Latin American Space Challenge) e AIAA ( American Institute of Aeronautics and Astronautics) e seguir as regras propostas pela organização de cada competição, testar a eficiência dos projetos e buscar soluções para melhorias;

- Buscar construir os melhores projetos universitários aeroespaciais dentro das limitações financeiras, fazendo um equilíbrio entre economia financeira e qualidade;

- Realizar atividades de divulgação científica dentro da temática aeroespacial para o público em geral, através das redes sociais, rádio ou televisão;

- Estimular os alunos da UFRJ campus Macaé, Cidade universitária, além do público em geral, em se envolverem com a área aeroespacial;

- Incentivar os alunos a participarem de projetos fora da sala de aula e trabalhar em equipe;

- Incentivar a formação de recursos humanos para a indústria aeroespacial;

- Dar suporte técnico para a criação e consolidação de grupos de foguetemodelismo em escolas do ensino básico;

- Fazer pesquisa e desenvolvimento voltados para a indústria aeroespacial, como o desenvolvimento de motores e tecnologia embarcada em foguetes;

Metas

- Construir sistemas aeroespaciais (foguetes, satélites miniaturizados) que sigam as normas especificadas;

- Participar de competições almejando ter um bom resultado;

- Ampliar os conhecimentos e experiências;

- Ganhar maior visibilidade no meio acadêmico e nas competições.

Resultados Esperados

- Obter reconhecimento e destaque nas competições mas também estimular o trabalho em equipe e cooperativo;

- Melhorar as capacidades dos alunos membros da equipe;

- Desenvolver habilidades interdisciplinares;

- Promover trocas de experiências e conhecimentos.

- Divulgar a exploração espacial

Planejamento

- Estudar o regulamento das competições;

- Busca de conhecimento teórico em referências bibliográficas reconhecidas;

- Elaboração de projetos por cada setor da equipe com todas as informações, cálculos e desenhos necessários para o funcionamento correto dos sistemas aeroespaciais desenvolvidos;

- Organizar e reunir os integrantes para conversar com o/a orientador(a) apresentando informações do projeto e discutir possíveis mudanças;

- Realização de testes, análises e otimizações;

- Participação em diversas competições nacionais e internacionais.

Metodologia

Consiste em quatro etapas:

- Pesquisas teóricas

Procurar por referências bibliográficas reconhecidas, realizar a leitura dessas e discutir o que pode ser feito no projeto. E assim, fazendo análises, cálculos e dimensionamentos até que a equipe chegue em um acordo de que determinada escolha é a melhor que possa ser feita e que garanta funcionalidade, eficiência e segurança.

- Busca dos materiais necessários

É o momento de analisar o que a situação financeira pode custear e o que é indispensável para o projeto não estagnar. Então, é praticamente buscar os melhores preços e, caso seja necessário, estudar formas de obter mais capital, como principal a busca de patrocínio, e depois a realização de rifas e vendas.

- Confecção

Assim que os materiais necessários forem obtidos, a equipe buscará orientação dos docentes de como proceder dependendo da área do conhecimento técnico. Além de procurar orientação de profissionais com experiência na área de manufatura em geral, caso necessário.

- Teste

Depois que um determinado subsistema do projeto é construído, a fase testes será iniciada, a fim de avaliar se há muitas discrepâncias em relação ao projeto teórico, em caso afirmativo o subsistema deve ser refeito até que as especificações necessárias do projeto sejam atingidas. Por fim, quando todos os subsistemas estiverem prontos, um novo teste final será feito com todos os subsistemas funcionando em conjunto.

Estrutura da Equipe

Os membros da equipe são estudantes dos cursos da Universidade Federal do Rio de Janeiro Campus Macaé e outras instituições da Cidade Universitária, além de professores dentro e fora da UFRJ – Macaé. Sendo o coordenador Bernardo Mattos Tavares o responsável docente pela equipe dentro da UFRJ-Macaé. A construção dos sistemas aeroespaciais, no presente momento, está dividida em cinco setores, são eles: Aerodinâmica e Estrutura, Aviônica e Payload, Gestão e Marketing, Propulsão e Recuperação. Cada setor possui um Gerente Técnico, responsável por ajudar os membros do setor e guiar o desenvolvimento dos subsistemas. Os Gerentes são responsáveis por reportar informações relevantes para o Presidente e Gerente Geral da equipe para assim discutir se alguma mudança no projeto deve ser feita com os Coordenadores e os Gerentes de cada setor, e quando necessário os Coordenadores do grupo, que são professores com interesse em ajudar o GESAM, realizam reuniões com o Presidente e Gerente Geral e/ou os Gerentes Técnicos de cada setor, além disso Assembleias gerais, com todos os membros, também podem ser realizadas. Os Gerentes Técnicos são escolhidos, sempre quando necessário, através de Assembleias gerais entre os membros da equipe. Ao Presidente cabe defender os interesses da equipe na universidade, zelar pelo bem da equipe buscando sempre o crescimento do GESAM nas competições aeroespaciais, autorizar gastos junto a tesouraria do grupo, que é composta por dois membros eleitos em assembléia, mitigar possíveis atrasos no desenvolvimento dos projetos e realizar mudanças nos setores se necessário, além disso, devem ter conhecimento técnico de todos os setores da equipe. Todos os cargos de liderança: Presidência, Gerente Geral, Gerente Técnico e Tesoureiro devem ser escolhidos com base no interesse do aluno pelo projeto em desenvolvimento, no GESAM e pela sua proatividade.

- Aerodinâmica e Estrutura

Este setor é responsável pela escolha dos materiais que serão usados no projeto e pela criação das coifas, corpo do foguete, aletas, enfim todas as partes do veículo (foguetes) em interação com o ar atmosférico e trazem estabilidade durante o voo. Além de desenvolver o projeto de toda a parte estrutural do veículo, criando simulações em softwares como o OpenRocket ,SolidWorks e Ansys para descobrir as forças atuantes durante o voo e avaliar se a integridade física do veículo será preservada durante toda a missão.

- Aviônica e Payload

Este setor é responsável pela criação do sistema que aciona os paraquedas do veículo; que gravam todas as informações de voo, como o apogeu, velocidade, aceleração, pressão atmosférica, dados dos possíveis experimentos embarcados e altitude durante toda a missão, estas tarefas serão feitas através de microcontroladores, sensores e por altímetros comerciais criados para foguetes de sondagem. Além de desenvolver a carga útil que o veículo poderá transportar, alguns exemplos são: satélites miniaturizados, experimentos biológicos que precisam ser feitos em grandes altitudes e experimentos físicos.

- Gestão e Marketing

Este setor é responsável pela organização de toda a equipe, e tem a tarefa de marcar as reuniões, escrever e organizar o conteúdo discutido em mídias digitais, acompanhar o progresso das tarefas realizadas pelos membros da GESAM, manter os registros contábeis detalhados, e divulgar as conquistas, objetivos, e ideias do grupo para os membros da equipe e o público em geral e reportar aos Coordenadores, ao Presidente e Gerente Geral da equipe a situação geral do grupo nas reuniões. Além de divulgar a equipe nas redes sociais, buscar patrocínios e parcerias (sorteios, doações) e com isso obter o capital necessário para a equipe desenvolver os seus projetos.

- Propulsão

Este setor é responsável por todo subsistema que propele o veículo até o apogeu estabelecido para a missão. Assim, tem a tarefa de escolher os materiais do motor, otimizar suas características (empuxo, tempo de queima, taxa do fluxo de massa, ,etc.) desenvolver a sua geometria e simular seu funcionamento em softwares computacionais, de modo que todas as regras estabelecidas pela competição sejam atendidas com segurança. Além disso, é responsável também por confeccionar o propelente sólido usado no motor e desenvolver novos combustíveis caso haja interesse da equipe.

- Recuperação

Esse setor é responsável pelo desenvolvimento do paraquedas usado pelo veículo, e possivelmente pelo payload, retornar ao solo com segurança e pelo sistema de ejeção deste paraquedas, assim simulações computacionais e testes em solo devem ser feitos para garantir o funcionamento correto deste importante subsistema, os melhores materiais devem ser escolhidos de acordo com a capacidade financeira da equipe.

Renovação de membros

Haverá uma renovação do GESAM na universidade sempre que possível, pois todo ano o grupo abrirá um processo seletivo com o intuito de buscar novos membros de diferentes perfis, por exemplo: alunos de todas as graduações que não possuem experiência profissional e os que possuem; buscando assim um equilíbrio para oferecer mais oportunidades de ampliar conhecimentos e experiências. O número de membros recomendado inicialmente em cada setor é de cinco mais um ou dois Gerentes do setor, totalizando sete pessoas por setor, este número pode ser modificado de acordo com as necessidades do grupo.

Ações Mitigadoras

O projeto possui riscos, mas tendo a noção disso, a equipe responsabiliza-se em realizar medidas que garantam a segurança, como:

- Uso de EPIs e outras condutas de segurança para a realização de testes físicos com foguetemodelos e suas partes

- Cálculos e análise dos sistemas e das estruturas desenvolvidas;

- Uso de peças e materiais compatíveis;

- Testes que analisem a segurança do projeto;

- Seguir as recomendações, em bibliografias reconhecidas, de segurança no desenvolvimento e testes de foguetes e sistemas energéticos desenvolvidos pela equipe;

- Coletar dados de todos os membros da equipe como tipo sanguíneo, informações sobre problemas de saúde em geral, CPF e telefone emergencial;

Pacotes computacionais

- Solidworks (software para projeção em 3 dimensões)

Licença: A UFRJ possui a licença.

- Ansys (software para simulações computacionais fluidodinâmicas)

Licença: A UFRJ possui a licença.

- OpenRocket (software para simulações de voo de foguetes de sondagem)

Licença: Livre

Perspectivas futuras

Participar de competições nacionais e internacionais relacionadas ao setor aeroespacial, com objetivo de obter a melhor colocação possível dentre as equipes participantes, a fim de ganhar reconhecimento e assim divulgar o próprio GESAM, os patrocinadores da equipe, os alunos integrantes da equipe, UFRJ – Macaé e a Cidade Universitária em geral.

Proposta de patrocínio

Há uma ampla visualização do projeto no meio acadêmico, tanto nacional quanto internacional. O evento é acompanhado por equipes de televisão, jornais, revistas, executivos, engenheiros e diversos profissionais da área aeroespacial. Portanto, haverá uma ampla divulgação das empresas patrocinadoras, cujo nome será exibido com muito orgulho pelos componentes da equipe. Além disso, durante o desenvolvimento dos projetos os membros da equipe aplicarão os conhecimentos adquiridos em sala de aula, e desenvolverão outras competências fundamentais para o seu futuro profissional, trabalhando em equipe e tendo contato direto com o mercado de trabalho. Ao longo do desenvolvimento do projeto os alunos terão a oportunidade de lidar com um projeto real e todas as suas etapas, adquirindo conhecimento e desenvolvendo a capacidade de trabalhar em equipe, lidar com prazos e metas e solucionar situações inesperadas.

O patrocínio pode ser realizado através da concessão de recursos financeiros e capital intelectual (treinamento, palestras, etc) e do fornecimento de material e/ou serviços, podendo ser gerido pela Fundação Coppetec ou pela Fundação Universitária José Bonifácio.