Essa sobrecarga de teste de uma célula de bateria de íon-lítio nas instalações de teste da CEA na França resultou em uma explosão. Crédito:ESA / Airbus
Os engenheiros desceram aos bunkers para testar as baterias espaciais até a destruição - por meio do superaquecimento, sobrecarregar, curtos-circuitos e até mesmo disparando-lhes balas. A campanha de teste de três anos está ajudando a avaliar o risco de satélites abandonados explodirem em órbita devido a reações catastróficas da bateria.
Testes extremos de 'abuso' da geração atual de baterias de íon-lítio para o espaço ocorreram nos bunkers de teste da Comissão de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA) da França.
O objetivo era desenvolver diretrizes para garantir que as baterias a bordo dos satélites permanecessem inativas com segurança após o fim de uma missão espacial, ajudando a evitar o rompimento de satélites, uma importante fonte de detritos espaciais.
"Das mais de 250 explosões de satélites conhecidas que ocorreram em órbita, cerca de 10 foram devido a baterias, "explica o engenheiro de sistemas de energia da ESA, François Bausier, supervisionar o projeto.
"Todas as explosões de bateria no passado eram de tecnologias mais antigas que não são mais usadas para novas missões da ESA.
"As baterias de íon-lítio atuais para o espaço nunca foram vistas quebrando durante o vôo, mas eles podem explodir se termicamente, abusado eletricamente ou mecanicamente. Portanto, nós os submetemos a condições extremamente adversas para simular o que as baterias poderiam encontrar quando uma missão espacial for concluída e um satélite for deixado à deriva em órbita. "
Esta sobrecarga de teste de 'abuso' de um módulo de bateria espacial levou a temperaturas de 950 ° C e, por fim, uma explosão. Crédito:ESA / Airbus
A decorrer no âmbito da iniciativa Espaço Limpo da ESA, o teste resultou de um foco maior em tornar os satélites seguros quando sua missão terminar, desligando-os totalmente.
Mais de 200 testes de abuso ocorreram em diferentes tipos de células e módulos de bateria - o que significa várias células conectadas entre si. Essas células eram novas em folha ou haviam sido submetidas a radiação espacial simulada e carregadas e descarregadas muitas vezes para envelhecê-las.
Os testes incluíram um foco no funcionamento dos sistemas de proteção interna dentro das próprias células em condições extremas, como disjuntores internos ou mecanismos de ventilação em caso de sobrepressão.
Os métodos de destruição incluíram curtos-circuitos externos e internos, falhas que podem surgir devido a problemas de isolamento, falhas estruturais ou defeitos de fabricação; outros testes incluíram sobrecarga levando a superaquecimento e também testes de superaquecimento direto.
Um satélite do Programa de Satélites Meteorológicos de Defesa da Força Aérea dos EUA (DMSP), um satélite meteorológico militar localizado na órbita baixa da Terra. O DMSP-13 se partiu em cerca de 40 peças em 3 de fevereiro de 2015. Acredita-se que essa explosão tenha sido causada por uma sobrecarga da bateria. Crédito:USAF
Testes de 'descarga excessiva' também foram realizados para investigar se tal método de descarga poderia realmente ser usado para 'passivar' com segurança as baterias no fim de sua vida útil.
As altas temperaturas da bateria - como as que podem ser encontradas quando um satélite à deriva definha na luz solar orbital - podem desencadear reações muito rápidas, às vezes rápido demais para que os sistemas de proteção entrem em ação.
"Outro método de abuso era simular um ataque por um micrometeoróide ou item de detritos espaciais, "acrescenta François." As velocidades orbitais podem exceder 20 km / s; não fomos capazes de atingir essa velocidade no solo, então decidimos usar uma bala maior - 8 mm em vez de 0,8 mm. Com esta configuração, a mesma energia geral foi alcançada. "
A maioria dos testes ocorreu em uma atmosfera inerte, falta de oxigênio, para combinar com o ambiente orbital. Mas essa falta de oxigênio não significa necessariamente que as reações sejam muito menos violentas, já que as próprias células contêm combustível e oxidante para a combustão.
Para simular um impacto de micrometeoróide, uma bala de 8 mm foi disparada contra uma célula de bateria espacial para simular um impacto de micrometeoróide. Crédito:ESA / Airbus
As recomendações de passivação de satélite resultantes incluem que as baterias devem ser descarregadas o máximo possível no final de sua missão, e ser totalmente desconectado dos painéis solares para evitar qualquer carga ou sobrecarga adicional. Além disso, as baterias devem ser mantidas em temperaturas seguras. Essas recomendações devem ser consideradas idealmente no início da fase de design da missão.
Maria Nestoridi, especialista em baterias da ESA, apoiou este projeto. "É importante entender que as recomendações desta atividade são baseadas em testes realizados em células de íon de lítio qualificadas para uso espacial. Os limites para novos designs de células terão de ser definidos no futuro pelos respectivos fabricantes de baterias."
Crédito:Agência Espacial Europeia
A passivação é uma questão importante para todos os satélites, mas, em particular para aqueles em órbita baixa da Terra com tráfego intenso abaixo de 2.000 km de altitude, onde as regulamentações internacionais exigem desorbitação pós-missão dentro de 25 anos, e para que esses satélites permaneçam inativos com segurança enquanto isso.
