Sistema apoiado pela FAPDF busca permitir correções de trajetória durante o voo
Pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolvem um sistema capaz de alterar a direção da força produzida por motores de foguetes. A tecnologia poderá permitir que futuros veículos experimentais corrijam a trajetória durante o voo sem depender exclusivamente de superfícies aerodinâmicas.
O projeto é conduzido no Laboratório de Propulsão Química da Faculdade de Ciências e Tecnologias em Engenharia, no campus da UnB no Gama. A pesquisa recebeu R$ 139,6 mil da Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal para desenvolver, integrar e testar os componentes em ambiente laboratorial.
O trabalho é coordenado pelo professor Olexiy Shynkarenko e busca alcançar o nível 4 da escala de maturidade tecnológica, conhecida pela sigla TRL. Nessa etapa, componentes que já passaram pela prova de conceito são reunidos e submetidos a ensaios controlados.
Isso significa que a tecnologia ainda não está pronta para ser instalada em um foguete operacional. O objetivo atual é demonstrar que a estrutura mecânica, os atuadores, os sensores e o sistema de controle conseguem funcionar juntos durante os testes.
Sistema direciona a força produzida pelo motor
O empuxo é a força gerada pela expulsão de gases pelo motor e responsável por impulsionar o foguete.
Em uma configuração convencional, essa força aponta principalmente na direção do eixo do veículo. O sistema de vetorização modifica essa orientação para produzir movimentos de correção e manter o foguete na trajetória planejada.
A tecnologia é conhecida internacionalmente como Thrust Vector Control, ou TVC. Dependendo do projeto, o controle pode ser feito pelo deslocamento do motor, pela inclinação do bocal ou por outros mecanismos capazes de alterar a direção do jato de gases.
“A capacidade de controlar a trajetória é o que viabiliza veículos espaciais guiados”, resume Olexiy Shynkarenko.
O sistema estudado na UnB trabalha com dois graus de liberdade. Na prática, a estrutura pode movimentar o vetor de empuxo em dois eixos, permitindo correções em mais de uma direção.
Controle é necessário quando o ar não ajuda
Aletas e outras superfícies aerodinâmicas utilizam o fluxo de ar para modificar a direção de um veículo.
Esses dispositivos podem perder eficiência em velocidades reduzidas, nas camadas mais rarefeitas da atmosfera ou fora dela. Sem uma quantidade suficiente de ar passando pelas superfícies, a capacidade de gerar forças de controle diminui.
A vetorização atua diretamente sobre o empuxo do motor e, por isso, pode continuar produzindo correções mesmo quando o controle aerodinâmico é limitado.
Essa característica torna a tecnologia relevante para foguetes de sondagem, veículos suborbitais, estágios propulsivos e plataformas experimentais. A aplicação concreta dependerá, contudo, de novos ciclos de desenvolvimento e de níveis mais elevados de maturidade tecnológica.
Fomento foi aprovado em edital de 2021
O projeto Desenvolvimento e teste do sistema de vetorização de empuxo para motores de foguetes foi selecionado no Edital nº 4/2021 da FAPDF, destinado a propostas de pesquisa científica, tecnológica e de inovação apresentadas por demanda espontânea.
A proposta recebeu nota 78,8 e financiamento de R$ 139,6 mil.
O recurso permitiu adquirir componentes, desenvolver protótipos e ampliar a infraestrutura necessária para os ensaios. O apoio também contribuiu para que o laboratório avançasse de estudos computacionais e projetos mecânicos para testes físicos integrados.
“O fomento da FAPDF viabilizou a infraestrutura necessária para elevar a pesquisa de vetorização de empuxo à fase de testes físicos”, afirma Shynkarenko.
Como a aprovação ocorreu em 2021, o trabalho não deve ser interpretado como um projeto recém-iniciado. Os resultados divulgados representam a evolução de uma linha de pesquisa desenvolvida ao longo dos últimos anos.
Desenvolvimento começa antes da fabricação
O sistema passa por diferentes etapas antes de ser acoplado a um motor.
A equipe realiza cálculos estruturais para estimar as cargas que serão aplicadas durante o funcionamento. Também utiliza simulações computacionais para analisar temperaturas, fluxo de gases, vibrações e esforços mecânicos.
Essas informações orientam a escolha das dimensões, dos materiais e dos mecanismos responsáveis pelo movimento.
Depois, os pesquisadores fabricam os componentes mecânicos, integram atuadores eletromecânicos e instalam sensores para registrar força, deslocamento, temperatura e outros parâmetros.
O sistema de aquisição de dados permite comparar o comportamento observado com os resultados previstos nos modelos matemáticos.
Na etapa de bancada, o conjunto é instalado junto ao motor e submetido a ensaios controlados. Os pesquisadores avaliam se os movimentos ocorrem nos ângulos programados e se a estrutura resiste às cargas térmicas e mecânicas.
TRL 4 ainda está distante de um voo operacional
A escala TRL possui nove níveis e é utilizada para indicar quanto uma tecnologia avançou desde os princípios científicos iniciais até o uso comprovado em uma missão.
No TRL 4, os componentes são integrados e validados em laboratório. É uma etapa superior à prova de conceito, mas anterior aos testes em ambientes que reproduzem com maior fidelidade as condições reais de operação.
Para chegar a um voo experimental, o sistema ainda precisaria passar por etapas como:
- validação em ambiente relevante;
- demonstração de um protótipo integrado;
- qualificação estrutural e térmica;
- ensaios de vibração e segurança;
- integração com computador de bordo;
- avaliação de confiabilidade;
- autorização para lançamento.
O avanço até o TRL 4 comprova que a proposta pode funcionar sob condições laboratoriais definidas. Não comprova, isoladamente, que o equipamento está pronto para conduzir um foguete.
Componentes disponíveis no país orientam o projeto
A equipe priorizou ligas metálicas, processos industriais e componentes comerciais disponíveis no mercado brasileiro.
A estratégia procura reduzir a dependência de importações e facilitar a fabricação de novas unidades para testes.
Atuadores, sensores, estruturas e sistemas eletrônicos de uso comercial podem ser adaptados ao ambiente aeroespacial desde que atendam aos requisitos de força, precisão, velocidade e resistência.
A escolha por componentes acessíveis também reduz o tempo necessário para substituir peças durante os ensaios. Isso é especialmente importante em laboratórios acadêmicos, onde um único componente importado pode interromper a pesquisa durante meses.
O uso de itens comerciais não elimina a necessidade de qualificação. Equipamentos comuns precisam ser testados para demonstrar que suportam vibração, calor, pressão e outras condições associadas ao funcionamento do motor.
Conhecimento pode alcançar outras áreas industriais
O projeto reúne conhecimentos de engenharia mecânica, eletrônica, programação, controle e aquisição de dados.
Essas competências também podem ser aplicadas em robótica, automação industrial, plataformas estabilizadas, drones e equipamentos que exigem posicionamento preciso.
A transferência para empresas depende de proteção da propriedade intelectual, acordos de cooperação, capacidade de fabricação e interesse comercial.
Para o Distrito Federal, a pesquisa contribui diretamente para a formação de estudantes de Engenharia Aeroespacial. O trabalho em bancada permite que alunos participem de etapas que vão do cálculo à fabricação e do desenvolvimento eletrônico à análise dos resultados.
A experiência prática reduz a distância entre a formação universitária e as demandas de indústrias de alta tecnologia.
SARA v3 aproveita conhecimentos acumulados
Uma das linhas desenvolvidas no mesmo laboratório é o motor híbrido SARA v3, projetado para produzir aproximadamente 1 kN de empuxo.
Essa força corresponde, de maneira aproximada, ao peso exercido por uma massa de cerca de 100 quilos sob a gravidade terrestre. A comparação serve apenas para tornar a grandeza compreensível e não descreve a capacidade de transporte de um foguete.
O SARA v3 utiliza propulsão híbrida, configuração em que os propelentes são armazenados em estados físicos diferentes. O motor desenvolvido pela UnB também incorporou manufatura aditiva metálica, processo semelhante à impressão 3D aplicado a ligas metálicas.
A experiência obtida com estruturas, bancadas, sensores e controle de empuxo ajudou a preparar o projeto para futuras integrações com mecanismos de vetorização.
São pesquisas relacionadas, mas com objetos distintos. O projeto financiado pela FAPDF concentra-se no sistema que direciona o empuxo. O SARA v3 envolve o desenvolvimento e a validação do próprio motor híbrido.
Hub busca integrar universidade, governo e empresas
O avanço ocorre enquanto a UnB amplia a articulação institucional do setor aeroespacial.
Em junho, o Parque Científico e Tecnológico da universidade lançou o Hub de Inovação Aeroespacial durante o SpaceBR Show 2026, em São Paulo.
A iniciativa reúne a UnB, a Agência Espacial Brasileira e a FAPDF e pretende aproximar pesquisadores, órgãos públicos, empresas, startups e investidores.
Entre os eixos anunciados estão inteligência artificial, monitoramento territorial, drones, nanossatélites, segurança cibernética, tecnologias de uso civil e militar e apoio a empresas de base científica.
O lançamento do hub não garante, por si só, novos contratos ou produtos industriais. O resultado dependerá da continuidade do financiamento, da participação das empresas e da capacidade de transformar pesquisas acadêmicas em tecnologias qualificadas.
Testes de bancada separam promessa de engenharia
A vetorização de empuxo é uma tecnologia conhecida e utilizada internacionalmente. O desafio da equipe da UnB não é demonstrar que o princípio físico existe, mas desenvolver uma solução própria, fabricável e verificável dentro das capacidades disponíveis no país.
Esse percurso exige mais do que uma boa simulação. O sistema precisa mover a estrutura com precisão enquanto recebe calor, vibração e forças capazes de deformar componentes.
Por isso, o teste de bancada representa uma passagem importante. É nele que o desenho deixa a tela do computador e começa a responder às limitações do mundo físico, geralmente menos colaborativo que o software.
O apoio público permitiu construir essa etapa, mas o caminho até uma aplicação em voo continuará exigindo recursos, infraestrutura e sucessivos ensaios.
O resultado mais imediato está na formação de profissionais e no domínio gradual de uma competência crítica. Em tecnologia espacial, autonomia não nasce de um anúncio. Ela é construída componente por componente, teste por teste.
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– Resultado do Edital nº 4 de 2021 (FAPDF)
– Laboratório de Propulsão Química (CPL UnB)
– Projeto apoiado pela FAPDF desenvolve tecnologia para controle de voo de foguetes (Agência Brasília)