Desenvolvimento de uma balança de empuxo para micropropulsores

Resumo

A presente proposta solicita recursos para desenvolver e testar um instrumento científico: uma balança de empuxo para propulsores elétricos espaciais de plasma pulsado (PPTs) na faixa de 20 a 150µN, indisponível no Brasil. O objetivo imediato é medir o empuxo dos PPTs de dupla descarga desenvolvidos no LCP/INPE, porém este instrumento será capaz de medir a força produzida por outros tipos de propulsores. Esta balança de empuxo será o objeto de estudo da dissertação de mestrado de um aluno da pós-graduação do ETE/PCP/INPE. A balança de empuxo a ser desenvolvida utilizará a configuração pêndulo de torção devido à sua simplicidade de construção e eficácia, associado ao seu baixo custo. O desenvolvimento da balança de empuxo deverá permitir a análise das fontes de perturbação para avaliação e quantificação do erro das medidas de empuxo e impulso (impulse bit). O principal componente de uma balança de empuxo de torsão é o braço, e suas dimensões serão determinadas de forma que ele possua um perfil retangular para facilitar a fixação do propulsor e do contrapeso, com rigidez adequada e massa reduzida. O eixo de rotação da balança de empuxo será paralelo ao vetor aceleração gravitacional e sustentado por pivôs de torção especiais. Sabendo-se as dimensões do braço da balança, a taxa de torção de mola dos pivôs de torção (torsional spring rates) e os valores de empuxo esperados para os propulsores PPTs, se determinará o deslocamento linear máximo do braço da balança de empuxo (da ordem de micro-m). Este deslocamento será medido utilizando-se um sensor de deslocamento óptico. O sistema de medição óptica é particularmente não invasivo e provê imunidade eletromagnética intrínseca ao sistema de medição, já que o propulsor PPT produz empuxos relativamente pequenos, mas fortes campos eletromagnéticos. A calibração da balança de empuxo será realizada com um dispositivo chamado de dispositivo de calibração eletrostática (DCE), que será desenvolvido neste trabalho especialmente para esta balança. O DCE é um sistema que produz força eletrostática a partir da aplicação de uma certa tensão elétrica e é passível de ser calibrado com o auxílio de uma balança analítica (de massa) de alta precisão, previamente calibrada. (AU)