Estudam-se radiadores espaciais associados a capacitores térmicos. O capacitor térmico é composto de material de mudança de fase no qual estão imersas aletas metálicas. O capacitor está sujeito a um fluxo de calor; gerado por componentes eletrônicos, que pode ser variável com o tempo. Os resultados são analisados para os seguintes parâmetros: largura das aletas, calor gerado pelos componentes; emissividade do radiador; absortividade do radiador; largura e altura do capacitor. O problema é formulado supondo que o processo de transferência de calor seja controlado por condução e utilizando-se a forma entálpica da equação da energia. O método de solução é o de volumes de controle aplicado a equação de energia na sua forma entálpica bidimensional e considerando a mudança de fase. A equação obtida é válida para todo dominio, isto é, tanto para a aleta como para ambas as fases do material de mudança de fase. Os resultados constituem um conjunto de dados capazes dde auxiliarem no projeto de radiadores térmicos associados a capacitores que utilizaram mudança de fase e na análise dos parâmetros envolvidos. Sugere-se a otimização de cada parâmetro afim de se conseguir, não somente que os componentestrabalhem dentro de sua faixa operacional, mas também vantagens associadas a operação do dispositivo, seu tamanho, peso e custo.

A otimização de sistemas dinâmicos via métodos indiretos é bastante complexa e poderá exigir a utilização de programas computacionais para a solução de problemas de valor de contorno os quais podem não ser tratáveis analiticamente. Um dos principais problemas é a determinação das variáveis adjuntas para problemas com tempo final fixo e todos os vínculos terminais das variáveis de estado fornecidos. Este trabalho busca a determinação das trajetórias sub-ótimas do estado e das variáveis adjuntas para a classe de funcionais de custo quadrático ou expansíveis por série de Taylor até a segunda ordem, bem como o sinal de controle sub-ótimo. Propõe-se neste trabalho um novo método heurístico (LINQUAD) baseado nas técnicas dos extremais de vizinhança, regulador linear quadrático, regulador linear quadrático gaussiano e método da segunda variação. Os resultados com a utilização deste novo método servem como estimativas para a solução ótima obtida através do método dos Múltiplos Tiros. O problema principal a ser solucionado é o da reentrada de veículos espaciais na atmosfera terrestre considerando perturbações estocásticas nas variáveis de estado e de medida e um algoritmo é apresentado para a utilização deste novo método.

O propósito desta tese é estudar problemas de otimização de trajetórias espaciais em campo gravitacional não central devido ao efeito do achatamento da Terra (segundo harmônico zonal). Para tanto, inicialmente este trabalho apresenta alguns fundamentos e resultados matemáticos da Teoria de Controle Ótimo. Estes conceitos são então utilizados no desenvolvimento matemático e formulação do método numérico indireto conhecido como método da variação segunda. Em seguida, o problema de otimização de trajetórias espaciais é formulado em elementos Cartesianos - vetores posição e velocidade - e modificado para elementos orbitais através de uma transformação canônica. Uma versão do método Hori de teoria de perturbações particularizado para sistemas canônicos generalizados é então aplicado a esta nova forma do problema de otimização, resultando em uma função Hamiltoniana média, que caracteriza manobras de longa duração. Em seguida, utiliza-se o algoritmo do método da variação segunda para resolver alguns casos deste problema, considerando o clássico modelo propulsivos de sistemas com velocidade de ejeção modulável e potência limitada (PL). Por fim, os termos de caráter periódico do problema são adicionados a esta solução média, a partir de conceitos adicionais do método de Hori. Uma correção das condições iniciais faz-se necessária nesta etapa e é obtida a partir de um procedimento baseado no método de Newton-Raphson. Os resultados obtidos com esta formulação são comparados com aqueles fornecidos pelo mesmo método para o problema não perturbado (campo gravitacional central). Conclui-se que a influência do segundo harmônico zonal é, de fato, relevante.

O presente trabalho apresenta um algoritmo e procedimentos para a obtenção de parâmetros orbitais e determinação preliminar de órbitas, a partir de dados de posição fornecidos por radar. Utiliza-se um modelo simplificado, baseado no problema dos dois corpos, que envolve a resolução de um problema de valor de contorno em dois pontos através do método de Gauss. Uma propagação de órbita simplificada é efetuada considerando-se apenas as variações seculares devidas aos efeitos perturbadores do achatamento da Terra. Assim, as observações obtidas pelo radar são processadas seqüencialmente e a órbita determinada e/ou propagada através de soluções analíticas, evitando-se a integração numérica. Os resultados dos testes realizados sob condições simuladas, e por comparação com parâmetros previamente conhecidos, indicam a viabilidade da utilização do algoritmo proposto, em sistemas autônomos de determinação de órbita.

O presente trabalho apresenta a comparação numérica entre dois tipos de radiadores de calor para aplicações espaciais: o radiador plano (convencional) e o radiador aletado. Projetados para atuar no controle térmico passivo de satélites, estes dispositivos rejeitam o calor gerado pelos componentes eletrônicos e minimizam a absorção de calor proveniente de fontes externas (especialmente do Sol) com o objetivo de manter a temperatura dos componentes do satélite dentro de suas respectivas faixas de operação. Com esta finalidade, foram desenvolvidos dois algoritmos em FORTRAN para a solução do sistema de equações não lineares que governam o acoplamento condutivo-radiativo presente em cada radiador. Estas equações foram discretizadas bidimensionalmente pelo Método dos Volumes Finitos e o sistema resultante foi resolvido com a aplicação do Tri-Diagonal Matrix Algorithm combinado com um processo iterativo. Os resultados numéricos obtidos demonstram que o radiador aletado possui maior capacidade de rejeição de calor em comparação com o radiador plano para as configurações dimensionais adotadas. As simulações realizadas também mostram que a degradação das propriedades termoópticas acentua o aumento das temperaturas no radiador. Por fim, são apresentados os perfis de temperaturas de ambos os radiadores estudados em condições críticas de operação.

Componentes eletrônicos, quando empregados em veículos espaciais, estão sujeitos a condições ambientais adversas, dentre elas a contínua exposição à radiação ionizante proveniente dos ciclos solares e de origem cósmica. Os componentes genuinamente fabricados para esta finalidade são aqueles que possuem a propriedade de resistência a dose acumulada total de radiação ionizante (radiation-hardness), e são denominados rad-hard. Entretanto, uma regulamentação do governo americano dificulta a aquisição deste tipo de componente. Dessa forma, a alternativa encontrada pela comunidade espacial é a utilização de componentes de mesma funcionalidade, porém de fácil aquisição no mercado, os chamados componentes de prateleira ou COTS (Commercial-Off-The Shelf Devices for Space Applications). Para a garantia de sua durabilidade no tempo previsto para a missão espacial o componente COTS a ser empregado deve ser qualificado quanto à sua resposta e tolerância à dose de radiação ionizante acumulada no ambiente espacial. Com o observado aumento na utilização desses dispositivos, a importância de testes baseados em solo para os efeitos da dose total ionizante (TID) a fim de qualificar tais dispositivos para vôo, têm se tornado importante para a garantia da qualidade do sistema onde será empregado. As novas formas utilizando tecnologias de dimensões cada vez mais reduzidas, nas quais esses dispositivos são utilizados também realça a necessidade de testes específicos de aplicação a fim de assegurar sua operação com característica e a capacidade de atender os requisitos operacionais para atingir os objetivos da missão. Esta qualificação é realizada em testes laboratoriais em solo empregando fontes de radiação ionizante. No presente trabalho é apresentada a qualificação de um conversor DC-DC da série LM2596 de reguladores de tensão, quanto à sua tolerância aos efeitos acumulados de dose de radiação ionizante, conhecido na literatura internacional por TID (total ionizing dose). Os reguladores de tensão desta série são circuitos integrados monolíticos que fornecem todas as funções ativas para um regulador chaveado (Buck) step-down capaz de suprir uma corrente de carga de até 3A com excelente regulação de carga e de linha. O trabalho caracteriza-se por submeter o componente à exposição à radiação ionizante proveniente de uma fonte de 60Co. Os experimentos permitiram verificar o desempenho do regulador através de sua tensão de saída para cargas contínuas e cargas variadas. Aliado à literatura e publicações diversas os trabalhos consistiram na análise experimental e simulada do componente, permitindo avaliar os efeitos da radiação sobre os principais parâmetros nos blocos funcionais do dispositivo.

Partindo do pressuposto de que software começa a atender cada vez mais um número crescente de funcionalidades em sistemas espaciais, é fundamental que a atividade de especificação de requisitos assuma um papel decisivo no esforço de se alcançar um resultado satisfatório e seguro em projetos desta natureza. No que diz respeito a sistemas aeroespaciais críticos, onde a ambigüidade, a não-completeza e a falta de requisitos podem provocar acidentes graves, envolvendo prejuízos econômicos, materiais e humanos, nos obriga a um tratamento mais cuidadoso sobre o assunto. Um caminho de garantir a qualidade em projetos da área espacial, no que diz respeito a segurança, confiabilidade e outros fatores relacionados a dependabilidade, é através do uso de técnicas e fatores de segurança, para a identificação de requisitos não-funcionais, ainda em fases iniciais de projeto, como a da especificação de sistema. Acredita-se que definir quais são os requisitos relacionados a fatores de qualidade mais importantes para as aplicações aeroespaciais do IAE e quais são as técnicas relacionadas a dependabilidade mais apropriadas para avaliá-los permitirá um amadurecimento e uma estabilidade dos requisitos e conseqüentemente do projeto ainda na fase de sua concepção. O objetivo deste trabalho é se desenvolver um processo que auxilie o desenvolvimento de projetos de software da área espacial, ainda na fase de especificação de requisitos, no que tange a identificação de fatores de qualidade relacionados a dependabilidade. O trabalho consiste de uma apresentação de quais são os atributos de dependabilidade mais adequados para projetos de software da área de veículos espaciais do IAE e de uma investigação de quais são as técnicas de análise de segurança mais adequadas para a avaliação dos mesmos, de forma a produzir especificações mais completas, consistentes e confiáveis.

Esta dissertação, apresenta uma proposta de metodologia de gerenciamento de risco, destinada a projetos de desenvolvimento de veículos espaciais no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Por meio de pesquisa bibliográfica, foram identificadas as metodologias de gerenciamento de risco utilizadas nas principais agências espaciais estrangeiras e as especificidades do gerenciamento de risco aplicado ao desenvolvimento de veículos espaciais, ao gerenciamento de projetos e à Engenharia de Sistemas. A metodologia proposta visa orientar as atividades de planejamento, a elaboração do Plano de Gerenciamento de Risco, as atividades de identificação e análise dos riscos, a elaboração dos planos de resposta aos riscos e as atividades de acompanhamento e controle dos riscos ao projeto. Com a finalidade de verificar a eficácia da metodologia proposta, a mesma foi testada por meio de um estudo de caso, relativo ao desenvolvimento do foguete VS-15. Como resultado, a metodologia mostrou-se aplicável, por ser capaz de manter, de forma ordenada, o registro de diversas características dos riscos e de remover os efeitos adversos do desconhecimento dos riscos ao longo da vida do projeto. A metodologia proposta mostrou-se praticável, sendo, porém necessário um criterioso planejamento dos recursos do projeto, principalmente quanto à aplicação de pessoas dedicadas ao gerenciamento de risco, aos espaços físicos necessários ao arquivamento do material impresso, aos prazos estabelecidos para estas atividades e aos custos inerentes. A metodologia proposta foi considerada aceitável, dentro das limitações deste trabalho de pesquisa.

Os produtos empregados no setor espacial caracterizam-se por seu elevado grau de complexidade. Como tal, os projetos destinados ao seu desenvolvimento devem possuir mecanismos que elevem sua probabilidade de sucesso e atuem de forma coordenada para que sejam superadas as dificuldades impostas por esta complexidade. Um destes mecanismos consiste no processo de avaliação. Seu objetivo, dentro deste contexto, é atestar que o sistema desenvolvido atende, através de suas especificações, a todos os requisitos a ele impostos. Na conjuntura atual, a autonomia na capacidade de executar operações no espaço, em especial na inserção de satélites em órbita, torna-se fundamental para o desenvolvimento de um programa na área. Com a intenção de contribuir para que esta meta possa ser alcançada por um programa espacial nacional, propõe-se, neste trabalho, um modelo de processo para a avaliação de produtos espaciais aplicado durante seu desenvolvimento. Com este propósito busca-se, a partir de outros programas espaciais de sucesso, extrair as melhores práticas existentes na área e aplicá-las na elaboração desta proposta. Utiliza-se como base, também, os princípios e conceitos existentes na engenharia de sistemas e de gestão de requisitos que possam colaborar para sua estruturação. No modelo proposto aplica-se a lógica e a abordagem presentes no diagrama V de representação do ciclo de vida do desenvolvimento de um produto, que enfatiza ao longo de suas etapas a verificação e validação do sistema. A ele agregam-se os valores existentes nos níveis, métodos e estágios de verificação que direcionam as atividades em cada uma das etapas do processo paralelamente às fases do projeto. Com o modelo então estruturado, executam-se, visando demonstrar sua aplicabilidade, análises a partir de tópicos retirados de um caso real de insucesso ocorrido no segmento de veículos lançadores. Após estas análises, então, verifica-se que a aplicação simultânea dos níveis, métodos e estágios de verificação, agregados ao modelo de ciclo de vida adotado, permitem uma boa organização do processo, tornando-o consistente. Ainda, devido a sua estrutura, pode-se relacionar diretamente neste processo, o que é planejado e posteriormente executado, tornando-o otimizado. Assim, este modelo pode servir como base para a implantação de um sistema de avaliação de produtos por algum dos stakeholders neste segmento, conferindo aos sistemas dos quais participem ou influam no desenvolvimento maior segurança e confiabilidade em suas operações.