Sucesso no primeiro teste no modo de alta velocidade de ejeção do propulsor elétrico VSI-PPT

No dia 21 de fevereiro de 2024 o Laboratório de Propulsão Elétrica Espacial (LPEL), da Coordenação de Pesquisa Aplicada e Desenvolvimento Tecnológico (COPDT), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), testou pela primeira vez o modo de alto impulso específico (alta velocidade de aceleração do propelente) do propulsor de plasma pulsado de impulso específico variável idealizado e construído no INPE, chamado de VSI-PPT (Variable Specific Impulse Pulsed Plasma Thruster). Este propulsor é destinado ao uso em satélites e sondas espaciais nas fases de injeção orbital (alto empuxo, baixo impulso específico) e manutenção orbital (alto impulso específico, baixo empuxo). Este teste preliminar foi bem-sucedido e valida a modalidade de operação do propulsor para aplicação no modo de alto impulso específico, ou seja, no modo no qual o propelente é transformado em plasma e é ejetado do propulsor a altas velocidades (estimadas em 25 km/s), através da aplicação de forças elétricas e magnéticas. Este teste era crucial para a validação do método de ignição do modo de aceleração eletromagnética deste propulsor. 

Normalmente são necessários dois propulsores para dois momentos-chave da missão espacial de um satélite, a saber: 1) Injeção orbital (alto empuxo, baixa velocidade de ejeção do propelente); 2) Manutenção orbital (baixo empuxo, alta velocidade de ejeção do propelente). Devido a limitações de energia elétrica disponível nos veículos espaciais, não é possível operar com alto empuxo e alta velocidade de ejeção de propelente simultaneamente. De forma geral, são necessários dois propulsores para cumprir estas duas tarefas. O VSI-PPT é um propulsor inovador que visa permitir a variação do empuxo e da velocidade de ejeção de propelente de forma a adequar a energia requerida em cada fase da missão àquela disponível no veículo espacial, ora fornecendo maior empuxo, ora fornecendo uma maior velocidade de ejeção do propelente. Entre as vantagens da aplicação deste propulsor no lugar de dois propulsores convencionais, pode-se citar uma duração maior da missão espacial, uma redução da massa total do sistema propulsivo, aumento da disponibilidade do veículo espacial para levar mais cargas úteis, tais como rádios, computadores, sensores, câmeras, além de redução de custos e da complexidade do sistema propulsivo.  

O desenvolvimento do VSI-PPT é um projeto institucional do INPE, coordenado pelo pesquisador Rodrigo Intini Marques. Atualmente o projeto é financiado pelo CNPq e conta com a participação de dois bolsistas do CNPq na modalidade de fixação de recursos humanos: Marcelo Renato Anselmo, ex-aluno de mestrado e doutorado do INPE; e Diogo Leon Oliveira Soares, ex-aluno de mestrado do INPE e atualmente realizando seu doutorado sobre o desenvolvimento, teste e modelagem do VSI-PPT, ambos orientados por Rodrigo Intini Marques.

Figura 1: Vista lateral do VSI-PPT (Propulsor de Plasma Pulsado com Impulso Específico Variável) no interior da câmara de vácuo do LPEL (Laboratório de Propulsão Elétrica) do INPE, montada sobre a balança de empuxo de alta precisão construída no próprio LPEL. (Imagem cedida por Marcelo Renato Anselmo).

Figura 2: Vista frontal do VSI-PPT (Propulsor de Plasma Pulsado com Impulso Específico Variável) operando em vácuo durante o teste no modo de alto impulso específico em 21 de fevereiro de 2024. (Imagem cedida por Marcelo Renato Anselmo).

Figura 3: Vista lateral do VSI-PPT operando em vácuo durante um teste realizado em 06 de março de 2024, com vazão mássica de cerca de 85% do valor máximo para esta fase do desenvolvimento, enquanto a energia de aceleração eletromagnética foi de cerca de 16% do valor máximo. (Imagem cedida por Marcelo Renato Anselmo)

Crédito: Laboratório de Propulsão Elétrica Espacial (LPEL), da Coordenação de Pesquisa Aplicada e Desenvolvimento Tecnológico (COPDT). 

Serviço de Comunicação Social (SECOM)