FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA AEROESPACIAL (Portuguese Edition) Paperback – November 13, 2024

A motivação para explorarmos o espaço é ancestral: é a manifestação do mesmo anseio que nos levou a explorar as savanas da África há 100 mil anos ou à era das grandes navegações dos séculos XV – XVII. O século XX marca o (tímido) início da exploração de nosso sistema solar, uma visita (prematura) à Lua e já uma (modesta) presença permanente em órbita da Terra. As grandes navegações só foram possíveis às caravelas portuguesas, capazes de cruzar oceanos e de sustentar a vida de seus tripulantes no trajeto. De forma análoga, para explorarmos o espaço será necessário desenvolvermos espaçonaves que sejam capazes de cruzar distâncias interplanetárias e de nos proteger das condições extremas do cosmo. As dificuldades técnicas decorrentes são igualmente extremas, mas não impossíveis de serem resolvidas. Este livro trata exatamente dessa problemática e, em particular, das cadeias de conhecimento necessárias para o desenvolvimento dos sistemas de lançamento orbital, dentre os quais o foguete é, obviamente, a única solução viável atualmente. Começando pela história da exploração espacial, em que aparecem Julio Verne, H.G. Wells, Tsiolkovsky, Von Braun e Korolev, o Capítulo 1 também apresenta o lado sombrio da guerra fria associado ao desenvolvimento dos mísseis balísticos intercontinentais. O problema do lançamento orbital é tratado no Capítulo 2 e algumas soluções não convencionais são analisadas em detalhes, incluindo o elevador e o canhão espacial. Embora “sonháticas”, a análise destas soluções é extremamente interessante e ilustrativa das dificuldades técnicas de se colocar um objeto em órbita, tanto da Terra quanto de outros planetas e luas do sistema solar. Os lançadores autopropelidos são discutidos no final do capítulo, terminando com uma análise comparativa entre o transporte aéreo comercial e os foguetes. O Capítulo 3 trata do projeto conceitual de um foguete e de sua operação eficiente. Em específico, o problema do estagiamento ótimo é equacionado a partir de duas abordagens distintas e complementares o que viabiliza tanto a rápida obtenção de resultados práticos quanto a inferência de princípios teóricos fundamentais. Esse ferramental de análise é validade comparando seus resultados com a configuração do Saturno V operado nas missões Appolo. Por fim, o problema da otimização da trajetória de lançamento do foguete é analisado também segundo dois equacionamentos possíveis (“quase terraplanista” e “quase terrabolista”). Os sistemas propulsivos são estudados no Capítulo 4, com ênfase nas diferentes configurações dos motores termoquímicos bem como na análise do escoamento supersônico ocorrendo nos bocais convergente-divergente. As equações desenvolvidas neste capítulo são usadas no estudo dos motores de dois foguetes legendários: as V2 da segunda guerra mundial e o Ônibus Espacial. O Capítulo 5 trata do que talvez seja a fase mais perigosa de uma missão de lançamento: a reentrada orbital e a necessária dissipação da energia mecânica no processo de aerofrenagem. O chamado aquecimento aerodinâmico é equacionado e são calculadas temperaturas limite. Três tecnologias de pouso são analisadas comparativamente: paraquedas, pouso planado e retropropelido, este último sendo analisado em detalhes tendo em vista a minimização do propelente necessário. Embora o lançamento e/ou a reentrada orbital sejam as fases mais críticas de uma missão, frequentemente o objetivo final consiste em colocar um satélite em órbita geoestacionária ou inseri-lo numa trajetória de transferência interplanetária por exemplo. O Capítulo 6 trata então da Mecânica Orbital e do uso prático de suas equações na análise de diversos casos. Analisamos a missão Mars 2020 que colocou as sondas robóticas Perseverance e Ingenuity em Marte, as complexas manobras de aerofrenagem executadas pela Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) e em mais detalhes as manobras de alavancagem gravitacional executadas pela Voyager 1 em rota para fora do sistema solar, rumo “ao infinito e além”. Read more