Romanian InSpace Engineering compacta laboratório para a órbita

O hardware utilizado no espaço sideral frequentemente exige soluções para desafios extremos de miniaturização. Os engenheiros devem reduzir o tamanho, a massa e a complexidade excessiva, preservando, ao mesmo tempo, a função de um sistema original, que geralmente é maior. Para pesquisas em microgravidade, essa compressão é especialmente implacável, pois um experimento deve produzir dados científicos úteis após o lançamento, a instalação, a ativação e a operação em órbita.

A Romanian InSpace Engineering, também conhecida como RISE, foi fundada em Bucareste em 2017. A RISE desenvolve hardware para o setor espacial e apoia projetos com competências em diversas disciplinas, incluindo engenharia mecânica, elétrica e desenvolvimento de software full-stack. Seu projeto DropCoal colocou esses recursos à prova ao transformar um experimento em escala de laboratório em uma carga útil compacta projetada para operar a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS).

O DropCoal é um experimento financiado pela Agência Espacial Europeia que estuda o comportamento de gotículas em microgravidade, ajudando os pesquisadores a compreender melhor o movimento dos fluidos quando a gravidade deixa de determinar a forma como os líquidos colidem, ricocheteiam, se fundem e se misturam. A carga útil DropCoal foi instalada na ICE (International Commercial Experiment) Cubes Facility, uma plataforma de pesquisa do tipo "plug-and-play" localizada no laboratório Columbus da Agência Espacial Europeia, a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS).

Um laboratório reduzido a quatro litros

O desafio de engenharia era muito mais do que construir uma pequena caixa. O projeto envolveu condensar a função de um experimento de laboratório em um equipamento adequado para uso no espaço sideral, capaz de movimentar gotículas, controlar sua interação, capturar imagens dos resultados e facilitar a análise após a conclusão do experimento. Como explica o cofundador Mugurel Balan, os engenheiros da RISE "transformam uma grande mesa de laboratório em uma caixa de quatro litros", redesenhando experimentos em escala de laboratório para transformá-los em cargas úteis compactas que podem operar a bordo da Estação Espacial Internacional.

A redução de um experimento em escala de laboratório a uma carga útil compacta de quatro litros apresentou desafios significativos nas áreas mecânica, térmica e de embalagem. O sistema exigia bombas, motores para controlar o movimento das gotículas, componentes ópticos, uma câmera de alta velocidade e um software integrado para análise de imagens em tempo real. O experimento também precisava capturar o comportamento dos fluidos a 8.000 quadros por segundo, o que tornou a configuração óptica e o design interno elementos centrais da arquitetura da carga útil.

Balan descreveu a RISE como "pequenos integradores de sistemas", uma expressão que se encaixa perfeitamente no trabalho. No entanto, o fato de ser pequeno não significava que fosse simples. A equipe teve que acomodar requisitos científicos, mecânicos, ópticos, térmicos, eletrônicos e de software em um espaço extremamente limitado. "Estava realmente muito apertado", enfatizou Balan. Ele também acrescentou que a equipe teve que projetar lentes telecêntricas específicas para o sistema óptico.

Projetar dentro das restrições

A RISE utilizou o SOLIDWORKS® Design para transformar os requisitos científicos do experimento em um hardware compacto e viável para produção. O trabalho prático centrou-se na integração: encaixar componentes mecânicos, elétricos e experimentais em uma carga útil de quatro litros com restrições rigorosas, ao mesmo tempo em que se aperfeiçoava o projeto para o lançamento, a instalação e a operação.

A área que apresentou maior desafio foi o comportamento térmico. A carga útil não funcionou como um simples sistema em estado estacionário. Ela se alterava à medida que os componentes, incluindo a fonte de luz, a câmera e o microcontrolador, eram ligados. Essa sequência era significativa porque cada etapa contribuía para o aumento total da temperatura na câmara de reação.

A equipe utilizou as ferramentas do SOLIDWORKS Simulation durante todo o seu processo de projeto iterativo. Balan descreveu o fluxo de trabalho como "projetar, simular, projetar, simular", utilizando parâmetros de convecção conhecidos para avaliar o comportamento térmico no interior da carga útil. Cada ciclo de simulação ajudou a equipe a verificar como o sistema compacto se comportaria à medida que fosse ativado em etapas e a aperfeiçoar o projeto antes do lançamento.

Alinhar a órbita às expectativas

O resultado mais significativo foi a correlação entre o comportamento previsto (utilizando as ferramentas de simulação do SOLIDWORKS Design) e o desempenho real. "Os resultados obtidos na estação foram muito semelhantes aos que simulamos", observou Balan. A comparação mostrou que o trabalho de projeto e simulação da equipe ajudou a antecipar o comportamento real do sistema da carga útil compacta durante sua operação em órbita.

O DropCoal também demonstrou que uma equipe industrial romena, pertencente a uma empresa com apenas 50 funcionários, era capaz de desenvolver um sistema espacial completo para pesquisas na Estação Espacial Internacional. O astronauta da NASA, Don Pettit, instalou o experimento DropCoal na instalação ICE Cubes, localizada dentro do módulo Columbus da Estação Espacial Internacional (ISS). A pesquisa pode ajudar os cientistas a compreender melhor o comportamento das gotículas em microgravidade, com potencial relevância para áreas como a formulação de medicamentos, a administração de fluidos e a modelagem de combustão.

Os engenheiros utilizaram o SOLIDWORKS Design para transformar esse experimento científico em um equipamento compacto que pudesse ser embalado, avaliado, lançado, instalado e operado. Para a RISE, o principal valor da engenharia está em combinar projeto e simulação de forma sistemática para reduzir as incertezas antes que o hardware chegue a um ambiente no qual não seja mais viável reprojetá-lo.

Sistemas compactos, consequências graves

O DropCoal é uma pequena carga útil que traz uma grande lição para a engenharia espacial. A qualidade da integração é de extrema importância em órbita, pois cada decisão interna pode afetar o comportamento térmico, a qualidade da imagem, o encaixe mecânico ou a confiabilidade experimental. Balan observou com entusiasmo que o valor do SOLIDWORKS Design residia na capacidade de repetir rapidamente o processo iterativo do MODSIM (modelagem + simulação) para compreender o comportamento do sistema.

Para equipes de hardware espacial, a lição é clara: O futuro da pesquisa orbital dependerá não apenas de ideias ousadas para missões, mas também da capacidade de sintetizar, validar e executar essas ideias dentro de restrições físicas implacáveis.