O papel da engenheira elétrica em missões científicas espaciais

Paulo Simões

Você já deve ter visto imagens registradas pelo Telescópio Espacial Hubble (HST), ou pelo novo telescópio JWST. Novas imagens fantásticas do universo, dos planetas ou do nosso Sol são reveladas a cada nova missão espacial – seja da Nasa, ou da ESA, ou de consórcios de agências espaciais ao redor do mundo. A exploração e descobrimento dos segredos do universo dependem de instrumentos cada vez mais precisos, mais sensíveis e com maior resolução. Para o desenvolvimento e operação de missões espaciais, o papel da engenharia elétrica é fundamental.

Todos os instrumentos a bordo de um satélite ou sonda precisam de energia elétrica para funcionar. Satélites usam a energia da luz solar, captada por painéis solares, além de levarem também baterias e contarem com um sofisticado gerenciamento de energia. Porém, alguns casos são mais extremos: sondas espaciais viajam para (muito) longe do sol. Muitas missões espaciais exploram o nosso sistema solar, por exemplo, a sonda Cassini que registrou de perto Saturno e seus anéis; ou a New Horizons, que levou nove anos até chegar aos limites do nosso sistema solar e ver Plutão de perto; ou as Voyagers 1 e 2, lançadas há 45 anos, e já atravessaram os limites do sistema solar. Nenhuma dessa sondas tem painéis fotovoltaicos, mas levam um tipo especial de bateria nuclear, capaz de gerar a energia necessária por muitos anos.

Outra parte vital para a operação de missões espaciais são sensores. Sensores a bordo dos satélites e sondas verificam constantemente a saúde dos instrumentos e da nave. Este monitoramento é feito por software, em computadores de bordo, programados com extremo cuidado para que operem sem (muita) intervenção humana. Certos sistemas precisam de um rígido controle de temperatura; por exemplo, os instrumentos do JWST são mantidos a -223ºC, senão a própria radiação no infravermelho gerada pelo calor do satélite atrapalharia as observações – e isso enquanto o lado virado para o sol permanece a 50ºC.

Satélite e sondas também precisam saber sua orientação no espaço, para apontar seus telescópios e manter suas órbitas ou trajetórias pelo sistema solar. O subsistema de controle de atitude usa diversos sensores como acelerômetros, giroscópios, telescópios de rastreamento de estrelas – satélites e sondas usam a posição relativa de estrelas – para saber sua orientação no espaço.

No fim, o objetivo é a operação da instrumentação científica. Câmeras, detectores de partículas, antenas, medidores de campo elétrico e magnético, e muitos outros, geram dados científicos que serão estudados por cientistas no mundo inteiro. A transmissão de dados entre satélites e as bases de operação na Terra – a telemetria – é feita por sistemas de telecomunicação digital que devem ser robustos à propagação pela ionosfera terrestre sem perda de informação.

O espaço é um ambiente inóspito. Sem a proteção da atmosfera terrestre, os instrumentos ficam sujeitos a altas doses de radiação solar e impacto de partículas de alta energia – praticamente todos de origem solar. O estudo destas condições no espaço – chamado de Clima Espacial – permite que engenheiros projetem a instrumentação eletrônica com a blindagem para sobreviver a tais condições extremas.

Pesquisa e exploração espacial são áreas multidisciplinares que dependem de cooperação entre agências e pesquisadores do mundo inteiro. Profissionais de engenharia trabalham junto com pesquisadores em astronomia, que serão os usuários finais dos produtos científicos gerados pelas missões. Circuitos integrados, sensores e instrumentos científicos são especificamente projetados para cada caso, com toda a programação dos computadores de bordo preparada para operar a nave, processar os dados científicos e realizar as comunicações com a Terra. Estudantes e profissionais em engenharia elétrica interessados em seguir carreira na pesquisa espacial normalmente buscam maior especialização através de pós-graduação acadêmica, abrindo o caminho para uma carreira internacional e desafiadora.

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Paulo Simões é  professor e pesquisador da Escola de Engenharia (EE) da Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM) e do Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM).