Overview
A aula apresentou conceitos fundamentais de lançamento espacial, trajetória orbital, leis da física envolvidas e estratégias de estagiamento de foguetes, com exemplos práticos e sugestões de simulação numérica.
Introdução ao Curso e Metodologia
- O curso abordará lançamentos espaciais, análise de trajetórias, física de foguetes e uso de simuladores próprios e comerciais.
- As aulas são baseadas em capítulos do livro e incluem indicações de possíveis temas de TCC.
- Simulações pedagógicas serão realizadas principalmente no Excel.
Lançamento de Foguetes e Estratégias de Reentrada
- Análise do Falcon 9 e o conceito de economicidade via recuperação de partes do foguete.
- Estratégias de reentrada: paraquedas, pouso planado, pouso retropropulsivo.
- Perdas no desempenho ocorrem devido ao uso de propelente extra para pouso.
Trajetórias Orbitais e Órbita
- Trajetória nominal: caminho ideal do foguete; balística: caminho se desligar motores.
- Lançamento ocorre com desvio para leste devido à rotação da Terra e busca de velocidade horizontal.
- Entrar em órbita significa cair continuamente ao redor da Terra com velocidade suficiente para não retornar à superfície.
História da Mecânica Orbital
- Tycho Brahe: observações astronômicas sistemáticas.
- Kepler: órbitas elípticas, leis dos períodos e áreas.
- Newton: leis do movimento e gravitação universal explicando trajetórias orbitais e fenômenos astronômicos.
Conceitos de Velocidade e Energia Orbital/Escape
- Velocidade orbital não depende da massa do objeto.
- Teoricamente, poderia-se entrar em órbita ao nível do mar se não houvesse atmosfera.
- Velocidade de escape é a mínima para sair da influência gravitacional de um corpo celeste.
- Missões interplanetárias utilizam manobras gravitacionais de outros planetas para economizar propelente.
Zoologia das Órbitas e Aplicações
- Tipos de órbitas: LEO (baixa), MEO (média), GEO (geoestacionária).
- Aplicações variam conforme a altitude: comunicação, observação da Terra, etc.
- Vida útil da órbita depende do arraste atmosférico residual.
Equações e Modelagem de Lançamento
- Equações principais: Segunda Lei de Newton, lei da gravidade, força de arraste aerodinâmico e empuxo do motor.
- Força de arraste é proporcional à densidade, velocidade ao quadrado, área molhada e coeficiente de arraste.
- Equação de Tsiolkovsky (minha malvada favorita): relaciona o delta-V necessário ao desempenho do foguete e proporção de propelente.
Estagiamento de Foguetes
- Estagiamento (uso de múltiplos estágios) aumenta a eficiência do lançamento.
- Distribuição ideal de massa entre estágios depende do objetivo e características dos motores.
- Simulações mostram ganhos de desempenho com estagiamento adequado.
Simulação Numérica e Otimização
- Modelo simplificado (quase terraplanista) permite simulação eficiente em Excel ou LabVIEW.
- Otimização envolve ajustar ângulo de lançamento, taxa de queima de propelente e estagiamento para maximizar desempenho.
- Programação numérica se baseia em métodos de diferenças finitas.
Key Terms & Definitions
- Órbita LEO — Órbita baixa da Terra, até 2.000 km de altitude.
- Velocidade orbital — Velocidade necessária para permanecer em órbita estável.
- Velocidade de escape — Mínima velocidade para sair do campo gravitacional de um corpo.
- Delta-V — Variação total de velocidade necessária para uma manobra espacial.
- Estagiamento — Técnica de descartar partes do foguete para aumentar eficiência.
- Empuxo — Força gerada pelo motor ao ejetar propelente.
- Arraste aerodinâmico — Força contrária ao movimento devido ao atrito com a atmosfera.
- Lei da gravitação universal — Força de atração proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância.
Action Items / Next Steps
- Ler capítulos indicados do livro base.
- Experimentar simulações de lançamento em Excel ou LabVIEW.
- Refletir sobre possíveis temas de TCC sugeridos nas aulas.
- Preparar-se para a próxima aula sobre canhões espaciais e trajetórias alternativas.