Descargas de catodo oco (DCO) são capazes de gerar plasmas densos e são empregadas para o desenvolvimento de reatores a plasma em baixa pressão, com taxas elevadas de produção de partículas reativas e alta eficiência de processamento de materiais. A característica geométrica de uma DCO promove oscilações de elétrons de alta energia dentro do catodo, intensificando a ionização, o bombardeio de íons nas paredes internas e outros processos subseqüentes. O objetivo do presente estudo foi investigar sobre as características principais de uma descarga de catodo oco em corrente contínua a fim avaliar sua capacidade de gerar compostos no volume de plasma, pela reação entre as espécies pulverizadas do catodo e os radicais formados na descarga. A DCO foi operada com os gases argônio, nitrogênio e oxigênio em pressões variando na faixa de (9 - 50) Pa e fluxo na faixa de (1 - 100) sccm. A tensão de operação da descarga variou entre (300 - 900) V que corresponde à corrente de descarga entre (10 - 1000) mA. Uma bobina de Helmholtz foi empregada para produzir um campo magnético de baixa intensidade e uniforme ao longo do eixo da descarga variando entre (0 - 10)10-3 T. Os efeitos destes parâmetros, configurações do eletrodo e materiais do catodo (Al, C, Ti), foram investigados nos modos de descarga escura e descarga luminescente a fim de melhorar a eficiência de ionização da descarga e conseqüentemente, produzir plasmas com alta reatividade para a formação de determinados compostos. Os parâmetros do plasma foram inferidos da característica corrente-tensão de uma sonda cilíndrica simples (sonda de Langmuir) posicionada entre os catodos considerando a influência da distância inter-catódica e do campo magnético. Os valores obtidos para a densidade e temperatura de elétrons estão entre (1016 - 1017) m-3 e (2 - 5) eV, respectivamente. Com a técnica de espectrometria de massa algumas espécies na fase gasosa do plasma foram monitoradas para várias condições de operação da descarga. Esta análise de massa complementada com as medidas de sonda fornece uma orientação para otimização da geração dos compostos na descarga e conseqüentemente, para a deposição de filmes finos destes compostos. Interesse especial foi focado na formação de carbono (C), nitreto de alumínio (AlN), dióxido de titânio (TiO2), óxido de titânio (TiO) e nitreto de titânio (TiN) na descarga.

Neste trabalho foram desenvolvidos estudos sobre um jato de plasma com o objetivo de aperfeiçoar seu emprego para corrosão (plasma etching) de materiais eletrônicos. Foi investigado um novo tipo de reator, recentemente desenvolvido, no qual um jato de plasma é gerado em alto vácuo a fim de proceder à corrosão dos materiais. Com o intuito de determinar as condições características de corrosão adequadas a processos de microeletrônica, foram realizados diversos experimentos a fim de avaliar a influência dos parâmetros de controle tais como corrente elétrica da descarga, tensão aplicada, pressão de operação, e influência de campo magnético. Os materiais utilizados, especificamente, filmes de Carbono tipo Diamante são fabricados por técnicas de deposição por sputtering. As taxas de corrosão em função dos parâmetros de controle constituíram o conjunto de condições de operação avaliadas no sentido de se caracterizar a nova técnica de corrosão por plasma para processos de microeletrônica. Os resultados indicam que o processo em alto vácuo na presença de campos magnéticos moderados oferecem algumas vantagens potenciais em relação a outras técnicas de processamento por plasma utilizadas na microeletrônica. A corrosão em ambiente de baixa pressão reduz a presença de impurezas sendo que a direcionalidade do jato de plasma favorece a anisotropia da corrosão.

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais com objetivo de caracterizar um jato de plasma gerado pelo processo de ablação a laser de vapor de cobre em amostras metálicas (alumínio, cobre e tungstênio). Apesar de poucas referências citarem o laser de vapor de cobre no processo de evaporação de metais, verificou-se que sua utilização no processo de ablação é interessante, por apresentar alta taxa de repetição (kHz). Nos experimentos para esta caracterização utilizou-se uma sonda de Langmuir na configuração cilíndrica, e os parâmetros medidos do jato de plasma foram: temperatura e densidade de elétrons, densidade de íons e velocidade de expansão das partículas do plasma. Os resultados destes parâmetros foram obtidos em função do tempo, da intensidade do laser de vapor de cobre e da distância entre o alvo e a sonda. O limiar de intensidade do laser no processo de ablação dos metais também foi inferido, de forma teórica e experimental. A análise dos resultados deste estudo foi embasada pela Teoria de Sonda de Langmuir juntamente com aproximações da Teoria de Expansão Hidrodinâmica, adequada para tratamento de plasmas em expansão. Os valores típicos de temperatura de elétrons foram da ordem de 15 eV, de densidade de elétrons e íons foram da ordem de 108-109/cm3 e de 109-1010/cm3, respectivamente. O valor de velocidade de expansão do plasma, foi da ordem de 10 km/s para todas as amostras evaporadas.

Cada vez mais os métodos, técnicas e ferramentas de Engenharia de Software têm sido aplicados para criação, manutenção e adaptação de sistemas de software aeroespaciais. A técnica de orientação a objetos tem provido o reuso de componentes de software, reduzindo o esforço para desenvolver aplicações similares num domínio específico. Este trabalho de pesquisa propõe um Framework para a Simulação de Trajetórias de Foguetes de Sondagem. Este Framework define um modelo abstrato para a construção de simuladores de trajetórias. Um Estudo de Caso e um Protótipo de Simulador foram desenvolvidos para avaliar a reusabilidade do Framework proposto. O protótipo provê cálculos de movimento de um foguete com um, três e seis graus de liberdade. Neste trabalho, também é avaliado o esforço necessário de incorporação da arquitetura de simulação distribuída definida no padrão IEEE Std 1516 - High Level Architecture - HLA. Uma análise dos principais resultados desta pesquisa propicia uma verificação do Framework proposto, quanto a reutilização significativa de código para a construção de modelos de simuladores de trajetórias. Esta análise também propicia uma avaliação do padrão HLA para a criação de simulações distribuídas, visando uma melhor padronização, interação e reusabilidade dos sistemas.

Como um aprimoramento ao processo de AIV (Montagem, Integração e Verificação, do inglês, Assembly, Integration and Verification), fundamental e tendencioso a erros, este trabalho apresenta novos método e linguagem de modelagem. Esta linguagem foi criada sobre uma ontologia construída especificamente para essa finalidade e é particularmente aplicável ao caso dos veículos de sondagem espacial. Após a introdução dos problemas intrínsecos de aplicações espaciais, fundamentações teóricas sobre AIV e técnicas de modelagem são apresentadas e examinadas. Então, uma ontologia é construída, seguindo uma abordagem sistemática, e sua evolução para uma linguagem de notação visual é proposta, assim como um método de modelagem. Os resultados dessa proposta são então apresentados. Por fim, o trabalho monta um estudo de caso como exemplo, utilizando o método e a notação propostos na modelagem do processo de AIV de um veículo de sondagem espacial real. Explicações iniciais são dadas na introdução de termos de diferentes áreas.

Sistemas espaciais geralmente possuem custos de pesquisa e desenvolvimento excepcionalmente elevados em comparação aos custos de produção e operação, principalmente devido ao baixo volume de produção e ao ciclo de projeto extenso e com vários ensaios. Nesta categoria se incluem as cargas úteis para veículos de sondagem. Uma alternativa para diminuir esses custos é utilizar equipamentos comuns para realizar mais de uma função, ao invés de equipamentos especializados. Equipamentos multifunção são especificados através da análise de comunalidade do sistema, que pode ser estendida para abranger diferentes missões do veículo. A comunalidade reduz esforços de P&D, mas resulta em perda de desempenho e excesso de funcionalidade. Neste trabalho, é proposto um método para auxiliar o projetista do sistema na escolha da melhor solução de compromisso entre esses dois aspectos. É apresentado um modelo matemático para descrever o problema dos equipamentos multimissão e multifunção que pode ser adaptado ao nível de detalhamento desejado para análise. O problema foi modelado de forma a não ser necessário atribuir pesos relativos entre os objetivos conflitantes, representados por aspectos monetários e técnicos. Restrições são incluídas no modelo para melhor representar os problemas reais, que dificilmente são irrestritos. Para otimizar os objetivos do modelo, é utilizado um algoritmo genético multiobjetivo com restrições. Ele é aplicado a problemas exemplo, com diferentes níveis de detalhamento. O algoritmo é capaz de encontrar a frente de Pareto com as soluções não dominadas, fornecendo ao projetista um conjunto de alternativas de projeto. Cabe a ele a decisão final sobre qual solução utilizar, baseado em informações de alto nível, muitas vezes advindas da experiência e difíceis de serem modeladas.

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia de cálculo com critérios estabelecidos para dimensionamento e projeto de um dispositivo yo-yo, sistema redutor de velocidade angular para foguetes. Dois dispositivos compatíveis com a família de propulsores S-40 e S-43 ( 1 m) são propostos, um aplicável ao veículo VLS-1 e outro ao VS-40 (SARA), além de uma descrição sumária dos respectivos ensaios de qualificação. Um método é desenvolvido, acompanhado de critérios estabelecidos, para a elaboração do envelope de atuação de um dispositivo yo-yo. Este método é aplicado aos dois casos referidos, onde é apresentado um ábaco para consulta com respeito aos limites operacionais dos projetos propostos. Uma análise de sensibilidade é apresentada em relação aos principais parâmetros envolvidos, que são o momento de inércia de rolamento e a velocidade angular inicial do corpo girante. Esta análise é sintetizada em outro ábaco para consulta, onde é demonstrada a parcela de influência de cada uma destas variáveis na velocidade angular final.

O objetivo deste trabalho é propor a concepção de um Módulo de Interface utilizando dispositivos lógicos reconfiguráveis para executar comandos de monitoração e comutação de relés em módulos internos do foguete de sondagem. O Módulo de Interface foi elaborado de modo a permitir que o Banco de Controle comande remotamente os módulos da Rede Elétrica do veículo via comunicação serial. Este Módulo é de fundamental importância para implementação do novo Banco de Controle de Foguetes de Sondagem que substituirá os painéis de controle por um sistema computadorizado. Este sistema facilitará a reconfiguração do Banco de Controle para cada nova missão de lançamento, permitirá um melhor registro de eventos, possibilitará a geração de alertas em caso de anomalias ou de seqüências indevidas de comando e reduzirá o número de condutores do cabo umbilical. Para a concepção deste trabalho foram criados componentes escritos em VHDL (VHSIC Hardware Description Language) necessários para o funcionamento do Módulo de Interface. Estes componentes foram testados utilizando o dispositivo lógico programável "EPF10K20" da placa educacional "UP 1" da Altera. Neste trabalho também foram elaborados e testados os circuitos que realizam interface com o dispositivo lógico reconfigurável.

O Instituto de Aeronáutica e Espaço do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial desenvolve foguetes de sondagem que transportam cargas úteis científicas e tecnológicas. Visando a segurança e o sucesso da operação de lançamento desses foguetes, diversos procedimentos são executados por operadores na fase pré-lançamento. Dentre eles, um operador atua em um painel de comando e monitoramento para testar e comutar o suprimento de energia elétrica das fontes externas para as baterias a bordo do foguete, antes de sua ignição. A função do operador consiste no chaveamento, leitura e verificação das tensões fornecidas pelas baterias a bordo. O monitoramento dessas tensões é de extrema importância, pois uma falha na detecção de possíveis defeitos nas baterias pode comprometer a segurança e o sucesso da missão. Caso um defeito seja detectado, o operador aciona uma sinalização de alarme que impede o lançamento. A conexão do painel é feita por um cabo umbilical que se estende da casamata até o foguete. A exposição do cabo umbilical dentro da casamata configura uma situação de perigo, pois acidentes que envolvam esse cabo podem causar danos nos sistemas elétricos do foguete. A extensão do cabo implica em atenuações das tensões fornecidas e exposição a ruídos de origem elétrica. O presente trabalho tem como objetivo eliminar a situação de perigo citada e reduzir falhas de monitoramento do operador. Desenvolveu-se uma unidade de aquisição e atuação que recebe comandos remotos de uma estação de trabalho já existente na configuração atual formando um sistema computacional. A utilização desse sistema substitui o painel de comando e monitoramento com vantagens, pois alivia a carga de trabalho do operador através da execução rápida e automática dos procedimentos efetuados nos testes pré-lançamento. A possibilidade de instalação da unidade de aquisição e atuação em local remoto promove confinamento do cabo umbilical, reduzindo as situações de perigo, a atenuação das tensões fornecidas e a exposição a ruídos. Este trabalho apresenta um hardware microcontrolado e interfaces associadas, bem como o estudo e a especificação de um protocolo de comunicação confiável para aplicação no sistema proposto. Serão apresentados os resultados obtidos com a implementação desse protótipo de testes.

Efeitos da polarização eletrostática de eletrodos na periferia de tokamaks têm sido investigados em pequenos tokamaks e mesmo em alguns tokamaks de grande porte. Em geral as experiências são realizadas em condições em que bifurcação do campo elétrico radial é obtida, processo este identificado como modo H de polarização. No Tokamak TCABR, as experiências indicam que o confinamento aumenta para tensões aplicadas até +300 volts, atingindo um máximo de duas vezes o tempo de confinamento do modo L, mas sem bifurcação. Indícios de bifurcação foram notados com +400 V de polarização, mas a descarga termina devido à excitação da atividade MHD, ainda sob investigação. No presente trabalho, a pesquisa é aprofundada com a utilização de uma sonda de Langmuir com 18 pinos dispostos em duas fileiras sob a forma de um ancinho (rake probe) o que permite a medição da temperatura, densidade e flutuação de potencial ao longo do raio menor na periferia do Tokamak. A resolução temporal desse sistema é de cerca de 0,5 ms, para a temperatura, e 5 microssegundos para densidade e potencial flutuante do plasma. Outra sonda eletrostática com 5-pinos na mesma posição radial, mas em diferentes posições poloidal e toroidal foi usada para medições de turbulência e transporte de partículas. Os efeitos da polarização foram investigados e indicam que os níveis de turbulência e transporte começam a diminuir entre +150 e +200 V e para +300 V chegam a atingir uma quase supressão. Nesse mesmo intervalo de tensão a densidade começa a aumentar e para +300 V chega a ser um fator de aproximadamente 2. Quanto ao perfil de temperatura a variação é pouco significativa, mas as incertezas das medidas são maiores. Esses dados são compatíveis com a criação de uma barreira de transporte na região entre o eletrodo em r = 17 cm e o limitador em a = 18 cm. Além disso, o campo elétrico radial mostra forte cisalhamento nessa região. Tomando o início da subida do potencial flutuante como origem de uma escala de tempo, o atraso temporal do início da subida da densidade de elétrons e o atraso do início do decréscimo do transporte de partículas foram medidos. Os resultados são 50 microssegundos para a densidade de elétrons e 60 microssegundos para o transporte de partículas. A questão dos limiares de potência é discutida no texto. Os dados desta experiência indicam que o campo elétrico radial desempenha o papel principal para a melhoria do confinamento. / Electrode biasing effects in the periphery of tokamaks have been investigated in small tokamaks and in a few large tokamaks. Usually the experiments are performed in conditions were bifurcation of the radial electric field is achieved, identified as biased H mode. In the tokamak TCABR, the biasing experiments indicate that the confinement increases for applied voltages up to +300 Volts, reaching a maximum of twice the confinement time of the L mode, but without bifurcation. Indications of bifurcation were detected with +400 V biasing, but the discharge terminates due to excitation of MHD activity, still under investigation. In the present work, the research is improved with the use of a rake shaped 18-pins Langmuir probe, allowing the measurement of electron temperature, density and potential fluctuations along the minor radius near the edge of the tokamak with time resolution of about 0.5 ms, for the temperature and 5 microseconds for density and floating potential. Another electrostatic probe with 5-pins all in the same radial position, but in different poloidal and toroidal position was used for turbulence and particle transport measurements. The effects of biasing indicate that the levels of turbulence and transport begin to decrease between +150 and +200 V and for +300 V reaches an almost suppression. In that same voltage interval the density, begin to increase and for 300 V reach a factor of about 2. The temperature profile does not change significantly but the uncertainty of the measurements is larger. These data are compatible with the creation of a barrier between the position of the electrode at r = 17 cm and the limiter of the tokamak at a = 18 cm. In addition, the radial electric field data show strong shear in this region. Taking the start of the increasing of the fluctuation potential as the origin of a time scale, the temporal delay of the start of the edge electron density increase and transport decrease were measured. The results are 50 microseconds for the electron density and 60 microseconds for the particle transport. The power threshold for the confinement improvement is discussed in the text. The data obtained in this experiment confirm that the shear of the electric field has the stronger role for the confinement improvement with biasing in TCABR tokamak.