p Um minúsculo satélite em construção no Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) pode abrir novos horizontes na exploração espacial. Os alunos da Universidade de Princeton estão construindo o dispositivo, chamado de satélite cúbico, ou CubeSat, como uma plataforma de teste para um propulsor de foguete miniaturizado com recursos exclusivos em desenvolvimento no PPPL. p O propulsor, cujo desenvolvimento é liderado pelo físico do PPPL Yevgeny Raitses, mantém a promessa de maior flexibilidade para a missão do CubeSats, mais de 1, 000 dos quais foram lançados por universidades, centros de pesquisa e interesses comerciais em todo o mundo. O dispositivo de propulsão proposto - alimentado por plasma - poderia elevar e diminuir as órbitas dos CubeSats que circundam a Terra, uma capacidade não amplamente disponível para pequenas espaçonaves hoje, e teria o potencial de exploração do espaço profundo. "Essencialmente, poderemos usar esses propulsores em miniatura para muitas missões, "Raitses disse.

p Centenas de CubeSats micropowered

p Um exemplo:Centenas de tais CubeSats micropowered são imaginados pelo físico Masaaki Yamada, investigador principal do experimento de reconexão magnética PPPL (MRX), que estuda a reconexão magnética - a separação e o encaixe explosivo de linhas de campo magnético no plasma que desencadeia auroras, erupções solares e tempestades geomagnéticas que podem interromper o serviço de telefonia celular e as redes de energia na Terra. Essas frotas CubeSat poderiam capturar em detalhes o processo de reconexão na magnetosfera, o campo magnético que envolve a Terra, Disse Yamada.

p O motor miniaturizado reduz a escala de um propulsor cilíndrico com uma geometria de alto volume para a superfície desenvolvida no PPPL Hall Thruster Experiment (HTX), que Raitses lidera e lançou com o físico do PPPL Nat Fisch em 1999. O experimento investiga o uso de plasma - o estado da matéria composta de elétrons flutuando livremente e núcleos atômicos, ou íons - para propulsão espacial.

p Vantagem chave

p Uma vantagem chave do propulsor Hall cilíndrico miniaturizado será sua capacidade de produzir uma densidade maior de empuxo de foguete do que os propulsores de plasma existentes usados ​​para a maioria dos CubeSats orbitando a Terra. O propulsor miniaturizado pode atingir tanto maior densidade quanto um alto impulso específico - o termo técnico para a eficiência da queima de combustível de um foguete - que será muitas vezes maior do que o produzido por foguetes químicos e propulsores de gás frio normalmente usados ​​em pequenos satélites.

p Os propulsores de alto impulso específico usam muito menos combustível e podem prolongar as missões de satélite, tornando-os mais econômicos. Igualmente importante é o fato de que um impulso específico alto pode produzir um aumento grande o suficiente no momento de um satélite para permitir que a espaçonave mude de órbita - um recurso não disponível nos CubeSats orbitando atualmente. Finalmente, a alta densidade de empuxo permitirá que os satélites realizem órbitas complexas com combustível otimizado em um tempo razoável.

p Esses recursos oferecem muitos benefícios. Por exemplo, um CubeSat pode descer para uma órbita inferior para rastrear furacões ou monitorar mudanças na costa e retornar para uma órbita mais alta, onde a força de arrasto em um satélite é mais fraca, exigindo menos combustível para a propulsão.

p O CubeSat com cerca de 30 centímetros de comprimento, que Princeton apelidou de "TigerSat, "consiste em três cubos de alumínio de quase dez centímetros empilhados verticalmente. Sensores, baterias, equipamento de rádio e outros instrumentos preencherão o CubeSat, com um propulsor miniaturizado aproximadamente igual em diâmetro a dois quartos dos EUA alojados em cada extremidade. Um propulsor irá disparar para mudar as órbitas quando o satélite passar pelo equador da Terra.

p Estudantes de engenharia mecânica e aeroespacial

p Construindo o CubeSat estão cerca de 10 alunos de graduação e pós-graduação de Princeton no Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, com Daniel Marlow, o professor de física Evans Crawford 1911, servindo como conselheiro docente. Estudantes de graduação incluem Andrew Redd, que lidera o projeto e construção do CubeSat, e Seth Freeman, que está trabalhando em tempo integral no projeto durante o verão. Jacob Simmonds está trabalhando no desenvolvimento do propulsor, um estudante de graduação do terceiro ano em engenharia, cujos orientadores de teses são Raitses e Yamada. "Este projeto começou como um protótipo do CubeSat da Yamada e evoluiu para seu próprio projeto como um teste para o propulsor de plasma, "Simmonds disse.

p Também em construção no PPPL está uma instalação de teste projetada para simular aspectos-chave da operação do CubeSat. Alunos de graduação trabalhando em seu próprio tempo estão construindo o satélite e esta instalação. "Na medida em que os alunos e seus orientadores identificaram questões bem definidas associadas ao projeto TigerSat, eles podem obter crédito de trabalho independente, "Marlow disse." Além disso, alguns conjuntos de problemas no curso introdutório de física para alunos de graduação que eu ensino têm perguntas relacionadas ao plano de vôo TigerSat. "

p Simmonds, enquanto trabalhava no propulsor, está redigindo uma proposta para a Iniciativa de Lançamento de Satélite Cúbico (CSLI) da NASA, que deve ocorrer em novembro. Projetos selecionados pela iniciativa, que promove parcerias de tecnologia público-privadas e desenvolvimento de tecnologia de baixo custo, têm os custos de lançamento cobertos em veículos comerciais e da NASA. Os planos apontam para o lançamento do TigerSat no outono de 2021.

p Valor da colaboração

p Para Raitses, este projeto demonstra o valor da colaboração dos alunos de engenharia de Princeton com o PPPL e da colaboração do corpo docente da Universidade com o Laboratório. "Isso é algo mutuamente benéfico, " ele disse, "e algo que queremos encorajar."