INPE patenteia novo conceito de radiador espacial

São José dos Campos-SP, 02 de dezembro de 2020

Um novo conceito de radiador espacial para controle térmico teve sua patente concedida ao INPE em 06 de outubro 2020. Registrada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) sob o número PI 1003427-7 a patente é intitulada RADIADOR DE DOIS ESTÁGIOS COM EMITÂNCIA VARIÁVEL PARA USO EM VÁCUO.

O radiador, denominado de VESPAR ( Variable Emittance SPAce Radiator ), é do tipo de emitância variável, ou seja, ele modifica automaticamente sua capacidade de emitir calor para o espaço em função da necessidade. Ou seja, quando a dissipação térmica no interior do satélite aumenta, o radiador aumenta o calor irradiado para o espaço, não deixando a temperatura dos equipamentos se elevar. Já em uma condição fria, o radiador reduz a emissão de calor para o espaço, mantendo a temperatura adequada dos equipamentos, evitando-se, ou reduzindo-se significativamente, a necessidade do uso de aquecedores. O VESPAR opera de forma totalmente passiva, sem partes móveis e sem necessidade de sensores de temperatura.

Um satélite, visto por fora, tem a maior parte da sua superfície coberta com mantas super-isolantes (MLI – Multi-Layer Insulation ). Elas têm uma característica visual amarelada, facilmente reconhecida nas fotos de satélites. Os MLIs evitam a troca de calor não controlada com o ambiente orbital, cuja temperatura efetiva pode variar muito, aproximadamente entre -270 °C e 230 °C. Entretanto, qualquer equipamento quando funciona, dissipa calor. Por isso não se pode isolar o satélite completamente, cobrindo toda sua área externa com MLI, o que faria a temperatura interna subir excessivamente. Para prevenir este superaquecimento, no projeto térmico são previstas janelas de radiação: os radiadores espaciais. Eles jogam o excesso de calor para espaço e assim providenciam o resfriamento necessário dos equipamentos internos. Estes radiadores são em geral superfícies planas, de forma retangular, localizadas nas faces externas do satélite, cobertas com material com alta emissividade e alta refletividade ao fluxo incidente solar (como tinta branca ou OSR – refletor ótico solar). Eles podem ser reconhecidos em fotos de satélites como áreas brancas ou espelhadas, geralmente circundadas por áreas cobertas com mantas MLI. Uma característica destes radiadores convencionais, é que seu poder emissivo é não controlado o que pode levar, sob condições frias, à um resfriamento demasiado de equipamentos no interior do satélite. De forma a prevenir estas situações, são utilizados aquecedores elétricos, mas eles consomem energia do satélite, além de aumentarem a complexidade do controle térmico.

O VESPAR é constituído de dois estágios que são acoplados termicamente entre si por troca de calor por radiação, através de aletas posicionadas nas suas superfícies internas, como apresentado esquematicamente na Figura 1. As aletas devem ser cobertas com material de emissividade variável. O estágio interno é montado sobre uma superfície externa do satélite, enquanto o estágio externo tem sua superfície externa exposta ao espaço.

Figura 1 – Ilustração dos estágios interno e externo do VESPAR, para uma configuração trapezoidal.
As superfícies internas do radiador devem ser cobertas com material de emissividade variável.

Um modelo de desenvolvimento do radiador foi construído e seu conceito validado experimentalmente em testes termo-vácuos realizados no Laboratório de Integração e Testes (LIT) do INPE. Na Figura 2 é apresentado o modelo de desenvolvimento no interior de uma câmara-vácuo térmica no LIT.

Figura 2 – Modelo de desenvolvimento do VESPAR no interior de câmara vácuo-térmica,
no LIT/INPE.

Os inventores Valeri Vlassov e Fabiano L. de Sousa, da Divisão de Mecânica Espacial e Controle (DIMEC) do INPE, acreditam que são muitas as possibilidades de utilização do VESPAR, a partir da customização do seu conceito para diferentes aplicações espaciais. Ele pode ser adaptado para ser utilizado tanto em grandes como pequenos satélites, e, potencialmente, mesmo em cubesats . Neste caso, além de sua função térmica, ele pode contribuir para aumentar a confiabilidade do satélite, provendo proteção adicional à eletrônica interna contra a radiação cósmica. Ele poderia também ser adaptado para receber células solares na sua face externa, incorporando-se ao subsistema de energia de um cubesat .

Informações e orientações sobre os procedimentos de submissão de uma criação intelectual para proteção no INPI - Instituto Nacional da Propriedade Industrial, quer seja patente, programa de computador, marca, desenho industrial, etc, podem ser obtidas na Coordenação de Gestão de Projetos e Inovação Tecnológica - COGPI do INPE. Aos interessados, solicita-se entrar em contato com o Sr. Renato Henrique Ferreira Branco e/ou Sr. João Ávila .

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