Relatório Materiais Avancçados para o Setor Espacial

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
 
 Felipe Silva de Oliveira
 José Ferreira de Andrade Junior 
 Luana Oliveira da Silva
 Natanael Roberto dos Santos 
MATERIAIS AVANÇADOS PARA O SETOR ESPACIAL 
 
JUAZEIRO – BA
2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
 
 Felipe Silva de Oliveira
 José Ferreira de Andrade Junior 
 Luana Oliveira da Silva
 Natanael Roberto dos Santos 
 
MATERIAIS AVANÇADOS PARA O SETOR ESPACIAL
 
 
Este relatório trata de trabalho de pesquisa sobre materiais avançados, apresentado como avaliação da disciplina Materiais Elétricos do curso de Engenharia Elétrica da UNIVASF.
Professor
:
:
 
Robério
 Aguiar Galdino
JUAZEIRO-BA
 2017
RESUMO
Este trabalho aborda o conceito de materiais avançados para diferentes áreas, como na área de defesa nacional, eletrônica, magnetismo e fotônica, área espacial e energia. Inclui, também, os diferentes materiais que foram descobertos ao longo da história. Abrange os materiais produzidos pelo ser humano para acessarem e permanecerem executando tarefas úteis ao dia-a-dia de todos de forma eficiente, e de custo baixo, atendendo cada necessidade de cada setor. Por fim, este trabalho tem como objetivo apresentar propostas que possam impulsionar projetos e atividades de pesquisa, desenvolvimento, inovação e produção de materiais e sistemas para o Setor Espacial.
Palavras-chave: Materiais Avançados. Segurança Pública. Defesa Nacional. Setor Espaciall. Energia. Eletrônica. Magnetismo. Fotônica. Inovação. Desenvolvimento. Pesquisa. Projetos. Produção.
Materiais avançados para defesa nacional e segurança pública
Introdução
	O objetivo principal deste estudo é apresentar a análise de dados estratégicos sobre materiais avançados para aplicações em Defesa Nacional e Segurança Pública no Brasil.
	A área de materiais avançados é, sem dúvida, uma prioridade para esses investimentos, pois os materiais no setor de defesa, que se estendem à segurança pública, possuem no mundo uma pequena quantidade de detentores de tecnologias específicas, os quais dominam o mercado e criam dependência tecnológica. A dependência brasileira não se restringe apenas aos materiais avançados. Certos processos tecnológicos, como soldagem entre metais e cerâmicas, por exemplo, também são gargalos importantes para o setor de defesa.
	Atualmente, o Brasil goza de condições necessárias para um novo longo ciclo de crescimento econômico, o que contribui para a retomada de políticas para o desenvolvimento competitivo da indústria brasileira.
	Em relação à blindagem balística, o estudo aponta potenciais para desenvolvimento da produção no país de aços balísticos e materiais cerâmicos, como os carbetos de silício e boro, e compósitos, como a aramida e o polietileno de ultra-alta massa molar. A demanda interna de material para blindagem balística de veículos e de aeronaves é estimada em mais de 600 toneladas/ano.
	Os materiais mais utilizados para blindagens eletromagnéticas estão na forma de folha, espuma ou gás ionizado (plasma). No caso de aparelhos emissores, como celulares, usa-se uma tinta carreadora de partículas de níquel e cobre. O Brasil não produz estes materiais em escala industrial. 
	Entre as diversas iniciativas possíveis no segmento de materiais metálicos de defesa e segurança, uma das principais ações estratégicas recomendadas é recuperar a capacidade anteriormente dominada no país de obtenção de ligas de titânio. As características combinadas de baixa densidade e resistência à corrosão fazem do titânio o material ideal para muitas aplicações. No entanto, seu custo relativamente alto de mineração e fabricação tem reduzido sua aplicação a setores especializados, como o aeroespacial.
	E importante notar que a metalurgia do titânio e similar a do zircônio, o que enseja uma forte sinergia no desenvolvimento de ambos os materiais de forma conjunta. Este último tem a sua principal aplicação na indústria nuclear.
	Existem muitos tipos de materiais compósitos, conforme o tipo de materiais que são combinados, como plásticos, metais e cerâmicas. Há um tipo especial, cujos estudos e usos têm se expandido significativamente. São os compósitos poliméricos, nos quais os reforços são unidos por uma matriz polimérica. Como exemplos têm-se a fibra de vidro e as fibras de carbono.
	O Brasil não é um produtor, em escala comercial, de fibra de carbono de alto desempenho. Possui apenas plantas do tipo piloto para pesquisa. A crescente demanda interna sinaliza a necessidade de investimentos para o desenvolvimento da produção e sua comercialização.
	A utilização das fibras de carbono está em aumento, sendo essas aplicadas em diversos setores, tais como: setor de defesa, indústria aeroespacial, na exploração e produção de óleo e gás em águas profundas, em pás de geradores eólicos, em materiais de reforço estrutural na indústria de construção civil, cabos elétricos de alta tensão, entre outros.
	Há uma grande quantidade de sensores avançados que necessitam de pesquisa na área de materiais de interesse dos setores de defesa e segurança. Em particular, existem componentes de suma importância para diversos vetores e sistemas de armas empregados pelas Forças Armadas do Brasil e do exterior. Estes componentes são partes das chamadas “plataformas inerciais”. Devido à grande capacidade militar que esta tecnologia proporciona, os componentes das plataformas inerciais têm forte controle internacional.
	O avanço científico e tecnológico do Brasil é um dos suportes da consolidação do nosso país como potência emergente no cenário mundial. Barreiras tecnológicas ou comerciais impostas por países centrais dificultam o crescimento brasileiro. Atualmente, não se pode pensar em uma dependência de tecnologia externa perante os enormes desafios que se apresentam na área da Defesa Nacional. Entretanto, a centralização tecnológica em uma pequena quantidade de países, os quais se apossam do mercado, cria a tão indesejável dependência tecnológica.
Materiais para blindagem balística
A blindagem balística é usualmente implementada em camadas, onde cada camada é responsável por um tipo de proteção e tem uma determinada função em um sistema de proteção. No caso das viaturas blindadas para transporte de tropa, a camada básica é de aço. Para as camadas de blindagens adicionais, além do uso de aços de alta dureza como face de impacto, também tem sido utilizado um material ainda mais duro, porém com menor valor de densidade: os cerâmicos. Este tipo de material passou a ser empregado como camada externa da blindagem de carros leves ou integrado aos sistemas de blindagem dos carros de combate pesados.
	Além das aplicações militares, aços balísticos e materiais cerâmicos também são necessários para proteção de aeronaves e veículos de segurança pública e para blindagem em aplicações civis, incluindo matéria-prima para caixas de bancos, carros fortes, condomínios e carros de passeio. 
Condição do setor no Brasil
	Apesar do ciclo tecnológico da alumina para fins balísticos já ter sido dominado por empresas estrangeiras atuando no Brasil, é necessário que se desenvolva uma empresa nacional capaz de dominar o ciclo dos carbetos (de boro e de silício), pois estes materiais são controlados pelas potências estrangeiras. Militarmente o carbeto de silício é o cerâmico de escolha contra munições com núcleo de carbeto de tungstênio ou urânio empobrecido. Já o carbeto de boro é largamente empregado em coletes e blindagensde aeronaves. Grandes dificuldades vêm sendo encontradas pelos empreendedores que desejam fabricar carbetos no Brasil.
	No caso do desenvolvimento de fibras nacionais para emprego em tecidos de proteção balística, recentemente a maior fabricante mundial de resina de polietileno, que é nacional, teve o financiamento para o desenvolvimento de um “não-tecido” de uso para proteção balística negado. Esse é um exemplo de bloqueio ao empreendedorismo, pois como o risco tecnológico é elevado, não se investe. Todo o tecido e não-tecido balístico utilizado no Brasil é importado.
	Atualmente, na indústria de defesa brasileira, não há um segmento industrial dedicado aos materiais de blindagem balística e à industrialização de sistemas de blindagem adicional para veículos e de sistemas de proteção individual para o combatente a pé. Dessa forma, além de projetos de pesquisa para obtenção de materiais avançados para blindagem balística, faz-se necessária a consolidação de um arranjo industrial para integração dos diferentes materiais e meios de produção existentes em produtos de defesa, definidos pelos requisitos operacionais e técnicos das áreas de defesa e segurança.
Principais materiais para blindagens balísticas
	Selecionar materiais para blindagens é uma atividade contínua, pois, envolve novas solicitações a cada nova tecnologia relacionada que surge. Os aços são os materiais mais utilizados tradicionalmente para blindagem balística. No entanto, existe uma forte tendência para o uso dos materiais de natureza cerâmica, combinados ou não com fibras reforçadoras, tais como:
Alumina (Al2O3);
Carbeto de boro (B4C);
Carbeto de silício (Si/SiC);
Cerâmicos à base de fibras sintéticas.
A eficiência da blindagem depende da melhor adequação desses materiais e de sua utilização de forma mista. Apesar das vantagens dos materiais cerâmicos, uma limitação de seu uso é a necessidade de trocas constantes das placas cerâmicas, as quais possuem capacidade limitada de resistência a múltiplos impactos.
Algumas empresas siderúrgicas nacionais estão desenvolvendo aços balísticos genuinamente brasileiros, com o objetivo de atender às necessidades do Exército brasileiro, aumentando as oportunidades no mercado de defesa.
Fomentos estruturantes
	Neste segmento, outra deficiência notada é a ausência de um laboratório nacional especializado em medições de propriedades mecânicas em altas taxas de deformação e grandes deformações causadas por explosões.
	Ainda na área de laboratórios, o Instituto de Estudos Avançados atua na área de processamento de superfícies a laser e a plasma, o que pode conferir características únicas ao produto, dependendo do material componente. Entre as características alteradas, pode-se citar aumento de dureza superficial pela difusão de dopantes assistida por laser e deposição de filmes finos assistida por plasma. Além deste, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) contribui PD&I de materiais cerâmicos e metálicos para blindagem balística.
	Por fim, na fase de produção industrial é importante que exista um adequado modelo de gestão, o qual deve permitir o gerenciamento da cadeia, interagindo com os fabricantes das viaturas ou das aeronaves, desde a primeira etapa do projeto.
Materiais para blindagem eletromagnética
	Os materiais absorvedores de radiação eletromagnética (Mare) apresentam a característica de poderem ser devidamente ajustados durante o seu processamento, de modo a atenderem requisitos de diferentes valores de massa específica e, principalmente, de atenuação de radiação eletromagnética em diferentes faixas de frequências (2 a 18 GHz).
Situação do setor no Brasil
	O Brasil não produz os materiais Mare em escala industrial. O mercado potencial, só no caso de celulares no Brasil, pode ser quantificado pelo número de cerca de 30 milhões de aparelhos vendidos em 2008.
Principais materiais para blindagens eletromagnéticas
Os materiais para blindagens podem ser absorvedores ou fletores. Os materiais refletores mais utilizados estão na forma de folha ou gás ionizado. No caso de aparelhos emissores, usa-se uma tinta carreadora de partículas de níquel e cobre. Outros materiais, mais nobres, são as ligas de permalloy e um-metal.
	Além disso, os polímeros condutores têm sido aplicados como centros de absorção de radiação, devido à possibilidade de variação da sua condutividade com a frequência da radiação das ondas incidentes. Os compósitos poliméricos têm atraído a atenção de inúmeros grupos de pesquisa, tanto pela importância científica em se entender os novos fenômenos desses materiais mistos, como pelo potencial em aplicações tecnológicas.
	Os tecidos de fibra de vidro por serem produzidos em larga escala mundial e pela sua larga utilização devido às suas excelentes propriedades indicam uma aplicação efetiva na fabricação de materiais compósitos como os polímeros, possuindo ótima adesão entre as superfícies heterogêneas que estão em relativo contato.
Fomentos estruturantes
	Apesar de não haver indústria hoje no Brasil, alguns institutos militares atuam em nível de pós-graduação e de iniciação científica, na área de blindagem eletromagnética, no estudo de materiais compósitos estruturais poliméricos e revestimentos de alta absorção de radiação eletromagnética.
Materiais metálicos com aplicações em defesa e segurança
	Os materiais metálicos que por sua funcionalidade, mais se prestam ao uso em defesa são os aços e ligas ferrosas.
Situação do setor no Brasil
	O titânio (Ti) é o nono elemento mais abundante da Terra. Em aplicações onde são requeridas forças o titânio compete com o alumínio, aço e superligas. Para aplicações que requerem resistência a corrosão; alumínio, níquel, aço especial e ligas de zircônio podem ser substitutos por titânio. O dióxido de titânio compete com carbonato de cálcio, precipitados de carbonato de cálcio, caulim e talco, como pigmento branco.
	A produção mundial dos concentrados de Titânio vem aumentando ano a ano. O aumento do consumo e da produção de pigmentos de dióxido de Titânio na China tem estimulado o desenvolvimento de projetos minerais de Titânio em diversos países. A China detém as maiores reservas mundiais de Titânio (25%) e o Brasil possui 6% dessas reservas. Os maiores produtores mundiais de Titânio são: Austrália (24%), África do Sul (19%), Canadá (15%) e China (9%).
	O processo de obtenção de titânio metálico atualmente em uso é denominado Kroll. O antigo Centro Técnico Aeroespacial, atual Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), desenvolveu o processo no Brasil e o vendeu para uma grande empresa brasileira, que por razões de mercado não o implantou industrialmente. Portanto, já houve conhecimento desenvolvido localmente o qual poderia ser mais facilmente recuperado.
	As pesquisas nesse segmento estão em contínua evolução e o desenvolvimento de novos materiais metálicos está presente, principalmente, para aplicações estratégicas nos países mais evoluídos. No Brasil, alguns investimentos são realizados mesmo em materiais já desenvolvidos no exterior. A defasagem tecnológica entre os países pode justificar o investimento no Brasil em materiais considerados desenvolvidos no exterior, no sentido de conquistar competências inexistentes ou recuperar capacidades já obtidas, mas jamais industrializadas.
	Outro fator interessante é a possibilidade de se associar a boa qualidade estrutural dos aços aos processos de tratamento de superfície disponíveis, melhorando suas propriedades específicas com diversos fins, tais como: proteção contra a corrosão, aumento da dureza e da vida em fadiga, redução do desgaste, entre outros.
Materiais compósitos com aplicações em defesa e segurança 
	Material compósito pode ser definido como a combinação de dois ou mais materiais diferentes com distintas propriedades. Juntos formam um novo material que possui as boas qualidades dos materiais combinados e/ou tem suas fraquezas minimizadas. As vantagens apresentadas pelos compósitos são várias, entre elas: a resistênciaa temperaturas extremas, corrosão e desgaste, especialmente em aplicações industriais. Estas características podem conduzir a custos mais baixos e aumento do ciclo de vida destes produtos.
Situação do setor no Brasil
	Fibras de Carbono (FC) são materiais de alta resistência e rigidez que, combinados a uma matriz, normalmente resina epóxi, formam um material compósito avançado. Os compósitos reforçados de fibra de carbono possuem uma resistência maior que a do aço, por exemplo, mas são significativamente mais leves, o que explica sua importância tecnológica e econômica e os faz serem utilizados em substituição a peças metálicas em empreendimentos diversos. O processo de obtenção das fibras de carbono envolve uma tecnologia complexa, considerada um fator chave de sucesso da produção e um segredo comercial dos mais bem guardados pelas empresas que a detém.
	O Brasil não é um produtor, em escala comercial, de fibra de carbono de alto desempenho. Possui apenas plantas do tipo piloto para pesquisa. A crescente demanda interna pode incentivar os investimentos necessários para o desenvolvimento da produção e sua comercialização. Como exemplo, têm-se os programas governamentais para o desenvolvimento de energias alternativas, como a eólica, em que são usadas componentes estruturais de fibra de carbono em pás de geradores, à medida que as pás crescem em tamanho.
Fibras de carbono
	As fibras de alto desempenho são à base da indústria de compósitos avançados, tornando-se estratégicas para aplicações nas áreas de defesa, pois permitem o transbordamento de tecnologias aos setores produtivos do país. Entre estas, destacam-se as derivadas dos materiais carbonosos.
	Os materiais carbonosos, são constituídos basicamente do elemento carbono. Uma classe desses materiais, as fibras de carbono, é um filamento longo e fino de aproximadamente 0,005-0,010 mm em diâmetro composta em grande parte por átomos de carbono.
	A produção de fibras de carbono veio a suprir a necessidade de materiais que combinassem leveza, alta resistência e rigidez. A produção dessas fibras ocorre a partir do processamento em alta temperatura de um dos três tipos de fibras precursoras: PAN, piche e raion.
Materiais para sensores avançados
	Há uma grande quantidade de sensores avançados e técnicas associadas que necessitam de pesquisa na área de materiais de interesse dos setores de defesa e segurança. Em particular, existem componentes de suma importância para diversos vetores e sistemas de armas empregadas pelas Forças Armadas do Brasil e do exterior. Estes componentes são partes das chamadas “plataformas inerciais” que é um tema de extrema relevância para a Marinha, Exército e Aeronáutica. Devido à grande capacidade militar que esta tecnologia proporciona, os componentes das plataformas inerciais têm forte controle pela comunidade internacional por meio do Regime de Controle Tecnológico de Mísseis, muito embora haja várias outras aplicações civis destes equipamentos e, portanto uma enorme possibilidade de mercado nacional e internacional para estes sistemas de navegação e controle.
Situação do setor no Brasil
	No mundo, a tecnologia corrente para acelerômetros usa o conceito do rebalanceamento de forças com sensor tipo junta de quartzo, ou seja, tecnologia eletromecânica. No entanto, a tendência tecnológica para acelerômetros, e que já se encontra à disposição no exterior, é a micro-eletromecânica (MEMS), a base de silício ou quartzo ressonante. A tecnologia MEMS apresenta duas vantagens importantes: custo e redução do tamanho.
	MEMS é uma tecnologia que viabiliza o desenvolvimento de produtos “inteligentes”, aumentando a habilidade computacional da micro-eletrônica com a percepção e o controle de micro-sensores e micro-atuadores, e expandindo o espaço de possíveis designs e aplicações.
	O Brasil ainda não possui nenhuma indústria com capacidade de produção de equipamentos MEMS. Um recente estudo da Associação das Indústrias Aeroespaciais Brasileiras (AIAB), no Grupo de Trabalho sobre Nanotecnologias, indicou a capacidade de se obter no país produtos iniciais MEMS até 2015, com o posterior amadurecimento de produtos finais até 2020.
	
Agenda de PD&I
	Para obter autonomia de fabricação do subsistema primário de uma plataforma inercial, chamada unidade de medida inercial (IMU) é necessário que se tenha o domínio tecnológico de certa classe dos acelerômetros.
	Na indústria de MEMS, ser capaz de adicionar “inteligência” ao sensor é uma forma de oferecer uma forte diferenciação do produto. Ao invés de suprir apenas um componente, muitos fabricantes estão oferecendo soluções.
	Unidades IMUs que oferecem cinco ou seis graus de liberdade a partir de combinação de acelerômetros e girômetros são comumente empregados nas indústrias aeroespaciais e de defesa. Agora que acelerômetros MEMS são mais baratos e que o nível de integração dos giroscópios MEMS foi aperfeiçoado, estima-se uma rápida entrada no mercado de IMUs MEMS, inclusive integrados ao telefones celulares.
	Além disso, ao lado das necessidades de sensores inerciais de ponta e eletrônica embarcada robusta, alguns projetos do setor aeroespacial, estão requerendo da indústria nacional a capacidade de projetar e produzir, por exemplo, subsistemas como magnetômetros e magnetorques.
Simulação computacional em ciência e engenharia de materiais
	O aumento do poder computacional, associado ao aprimoramento da capacidade de modelagem vem ao encontro da aplicação da simulação computacional em ciência e engenharia de materiais no sentido da busca da redução de custos e de tempo para obtenção de resultados.
Desenvolvimento da computação de alto desempenho
	A computação de alto desempenho (HPC), necessária à viabilização da simulação computacional em Ciência e Engenharia de materiais avançados, iniciou-se na década de 1970 com a introdução dos computadores vetoriais e da supercomputação. O desenvolvimento dos sistemas paralelos massivos (MPP) e dos sistemas de multiprocessadores simétricos (SMP) foi a base para surgimento do conceito de cluster, a partir de 2000. Desde então, clusters de PCs e estações de trabalho tornaram-se a arquitetura prevalecente para muitas áreas de aplicação de computação de alto desempenho (HPC), em todas as faixas de desempenho.
Agenda de PD&I
	Três décadas após a introdução do Cray, o mercado de HPC mudou bastante. Em lugar de sistemas bem diferentes, o mercado deixou de ser um nicho de sistemas especializados. Componentes similares são empregados na integração vertical das organizações, desde PCs individuais até os mais potentes supercomputadores.
	Ao contrário do progresso no desenvolvimento de novos hardwares, tem havido pouco progresso, ou até mesmo retrocesso, na construção de sistemas escaláveis, fáceis de programar. Atualmente, existem poucos sistemas desenvolvidos que atendam satisfatoriamente a finalidade da simulação computacional. Contudo, a área de simulação computacional poderá contribuir significativamente no desenvolvimento de materiais avançados em todos os segmentos, não só na área de Defesa e Segurança, além disso, é notório que o custo da simulação computacional é muito menor quando comparado ao custo da pesquisa experimental realística.
	Por fim, aspectos, como, por exemplo, o envelhecimento por longos períodos de materiais avançados, podem seres estudados com base em modelagem computacional, minimizando ensaios experimentais caros e demorados.
Fomentos estruturantes
	Entre as instituições atuantes em simulação computacional para o setor de defesa e segurança, as quais necessitam de fomento, destacam-se, entre outras:
A Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais (Cetec);
O Instituto de Estudos Avançados (IEAv);
E o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).
Conclusão
	Em relação à área de materiais avançados considerando a atual conjuntura internacional e com uma visão estratégica para a defesa nacional e para a segurança pública, chegam-se as seguintes conclusões, com o intuito de promover a produção dessesmateriais:
Industrializar materiais para blindagem balística;
Industrializar materiais para blindagem eletromagnética;
Fomentar o desenvolvimento e produção de sensores avançados no país;
Fomentar a implantação de ambientes com novas arquiteturas computacionais;
Fomentar a implantação de unidades piloto e laboratórios para as áreas em que o mercado ainda não atingiu a sua maturidade econômica.
MATERIAIS AVANÇADOS PARA ELETRÔNICA, MAGNETISMO E FOTÔNICA
2.1 INTRODUÇÃO
 Nas últimas décadas, a relevância dos materiais no desenvolvimento tecnológico tem aumentado significativamente, tornando-os, em muitos casos, fatores determinantes para a introdução de novas tecnologias e agentes fundamentais do processo de inovação. Uma simples observação de nosso cotidiano revela a importância dos materiais em áreas tão diversas como energia, telecomunicações, saúde, defesa e meio ambiente, entre outras.
É essencial pontuar aqui que os materiais de interesse têm aplicações que transcendem o alcance deste documento. A seguir serão citados resumo sobre trabalho de outras equipes sobre materiais avançados para eletrônica magnetismo e fotônica e visa aprimorar o conhecimento sobre o assunto.
2.2 ELETRÔNICA
O principal dispositivo semicondutor de três terminais é o transistor. Inventado em 1947, este dispositivo é um substituto das válvulas eletrônicas com grandes vantagens: tamanho minúsculo, menor custo e pequeno consumo de energia.
2.3 TRANSISTORES
O termo transistor vem de transfer resistor (resistor de transferência), como era conhecido pelos seus inventores. Em circuitos analógicos, o processo de transferência de resistência significa que a impedância característica do componente varia para cima ou para baixo da polarização pré-estabelecida. A partir desta característica, nós podemos definir o seu princípio básico de operação: uso de uma tensão entre dois terminais para controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal.
Desse modo, um transistor pode ser utilizado como uma fonte controlada, a qual é a base para o projeto de amplificadores. No caso extremo, a tensão de controle pode ser usada para fazer com que a corrente no terceiro terminal varie de zero até um valor significativo, fazendo com que este dispositivo implemente uma chave analógica, que é o elemento básico dos circuitos digitais.
Por estas aplicações nós podemos concluir que o transistor é o mais importante componente eletrônico já criado, tendo tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos.
Existem dois tipos principais de dispositivos de três terminais: o transistor bipolar de junção (TBJ), geralmente chamado apenas de “transistor”; e o transistor de efeito de campo (FET). Os dois tipos são igualmente importantes, cada um tendo vantagens e aplicações distintas. Nesta prática, nos dedicamos basicamente ao estudo dos transistores FET.
2.4 MAGNETISMO
Magnetismo é o fenômeno físico que consiste nas forças de atração e repulsão exercidas por certos metais, como o ferro-doce, o cobalto e o níquel, devido à presença de cargas elétricas em movimento. O campo magnético é um campo vetorial, pois possui direção e magnitude. Esse fenômeno é detectado em ímãs e condutores, que acabam provocando uma força externa em outros materiais magnéticos e cargas elétricas em movimento.
Tradicionalmente, estudam-se dois tipos de fontes de fenômenos magnéticos: os ímãs e as cargas livres nos condutores, que transmitem uma corrente elétrica. Determinadas pedras (magnetita) tem a propriedade de atraírem pedaços de ferro ou interagirem entre si. Estas foram chamadas de imãs, e os fenômenos, que de modo espontâneo se manifestavam na natureza, foram denominados fenômenos magnéticos. Verificou-se que os pedaços de ferro eram atraídos com maior intensidade por certas partes do ímã, as quais foram denominadas polos do imã.
2.5 TRANSFORMADORES
Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores das impedâncias elétricas de um circuito elétrico. Inventado em 1831 por Michael Faraday, os transformadores são dispositivos que funcionam através da indução de corrente de acordo com os princípios do eletromagnetismo, ou seja, ele funciona baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday-Neumann-Lenz e da Lei de Lenz, onde se afirma que é possível criar uma corrente elétrica em um circuito uma vez que esse seja submetido a um campo magnético variável, e é por necessitar dessa variação no fluxo magnético que os transformadores só funcionam em corrente alternada. Um transformador é formado basicamente de enrolamento formado de varias bobinas que em geral são feitas de cobre eletrolítico e recebem uma camada de verniz sintético como isolante. O núcleo em geral é feito de um material ferro-magnético e o responsável por transferir a corrente induzida no enrolamento primário para o enrolamento secundário. Esses dois componentes do transformador são conhecidos como parte ativa, os demais componentes do transformador fazem parte dos acessórios complementares. Uma força eletromotriz é aplicada ao primário. Todas as características elétricas do primário tais como tensão, corrente, numero de espiras da bobinas recebem nomes de índice 1 para o primário e índice 2 para o secundário.
2.6 REFRIGERADOR MAGNETOCALÓRICO
O efeito magnetocalórico (EMC) corresponde à variação de temperatura que é observada quando um corpo magneticamente ordenado sofre uma variação na sua magnetização. Se esta é aumentada adiabaticamente, a entropia do corpo diminui devido ao ordenamento dos spins (mantendo constante a entropia total do sistema), e a temperatura do sistema aumenta. Inversamente, se a magnetização é diminuída ou reduzida a zero adiabaticamente, a entropia magnética aumenta e a temperatura do corpo diminui. Em uma abordagem mais ampla, o efeito pode ser visto como descrevendo variações de entropia magnética de um sistema, provocado por processos a que esse sistema é submetido. Este efeito é conhecido desde 1881, mas somente após a descoberta do método de purificação e separação das terras raras é que começou a ser levado em conta efetivamente, pois o gadolínio, cuja temperatura de ordenamento magnético é próxima à temperatura ambiente, apresenta um efeito magnetocalórico grande o suficiente para que se possa pensar em aplicações tecnológicas, especialmente em refrigeração. É preciso frisar que este efeito é mais significativo ao redor das transições de fase magnéticas, o que implica que o conhecimento do diagrama de fases magnético é importante para o estudo deste efeito. Há interesse principal em transições de fase de primeira ordem, pois, neste caso, as variações de entropia são mais intensas. O estudo do EMC é importante porque pode fornecer informações sobre transições de fase magnéticas que são difíceis de serem obtidas por outras abordagens. Além disso, há um interesse tecnológico muito grande nestes materiais devido à possibilidade concreta de sua utilização na construção de refrigeradores magnéticos englobando o intervalo de temperatura desde a ambiente até valores criogênicos, com maior eficiência que os processos atuais, e sem o uso de compostos que agridam o meio ambiente como os CFC’s.
2.7 FOTÔNICA
Fotônica é a ciência que estuda a geração, transmissão, detecção e controle dos fotões. Neste sentido engloba a Óptica e a Optoelectrônica nas suas diferentes vertentes técnico-científicas. De certa forma a Fotônica é uma nova designação para a Óptica a partir da segunda metade do séc. XX, i.e., depois do aparecimento dos lasers, dos lasers semicondutores, dos sistemas de comunicação óptica e da óptica não-linear. Assim, a Fotônica é a Óptica do séc. XXI e, portanto, engloba todas as suas sucessivas generalizações teóricas: desde a Óptica Geométrica até à Óptica Quântica.
Note-se que, quando se definiu a Fotônica, não se falou em domínio óptico: quando se fala em fotão está subentendido, quase sempre,que se está a operar no domínio óptico do espectro electromagnético. Este domínio não se limita, obviamente, às bandas ITU dos sistemas de comunicação óptica.
De uma forma relativamente vaga é possível estabelecer o domínio óptico como a zona espectral das frequências entre as microondas e os raios X, incluindo o espectro do visível (380-750 nm) e estendendo-se até às zonas do ultravioleta (abaixo dos 380 nm) e do infravermelho (acima dos 750 nm). O infravermelho estende-se desde 700 nm até 1 mm. O ultravioleta, por sua vez, vai desde 400 nm até 10 nm. Os raios X, já fora do domínio óptico, abrangem a zona compreendia entre 10 nm e 0.01 nm. Os micro-ondas, também fora do domínio óptico, incluem UHF (0.3-3 GHz), SHF (3-30 GHz) e EHF (30-300 GHz).
2.8 MATERIAIS PARA SENSORES
2.8.1 Sensoriamento óptico
A luz é uma forma de radiação eletromagnética oscilatória que se dispersa no meio em que se encontra. O fator que melhor caracteriza uma radiação luminosa é o seu comprimento de onda que é dado em metros. A visão humana é sensível apenas às radiações luminosas na faixa de 380nm (violeta) até 780nm (vermelho- escuro), tendo sensibilidade máxima para o amarelo- esverdeado (555nm). Os sensores ópticos sempre são compostos por duas partes: o emissor de luz, que pode ser a luz solar ou componentes eletro-eletrônicos, e o receptor de luz é um componente eletrônico que em conjunto a um circuito detecta a variação de luz.
	O emissor de luz, quando um componente eletrônico, trata-se de um LED (diodo emissor de luz)que emite uma luz, essa luz pode ser visível ou infravermelha. A coloração dessa luz emitida depende da constituição química dos cristais.
Os sensores sensíveis a luz são componentes cujas características elétricas variam em função da quantidade de luz incidente.
	Os elementos sensores principais e mais conhecidos são os LDR’s, os fotodiodos e fototransistores.
	O desenvolvimento da miniaturização de estruturas sobre chips semicondutores e discos rígidos com medida com alta resolução ótica.
 Emprego dos sensores óticos:
O monitoramento do ar, da água, do solo e da qualidade de alimentos.
Profilaxia médica
Automóveis independentes
Vigilância, segurança e controle de aparelhos domésticos.
Sensores Magnéticos:
Diversas áreas da engenharia mecânica, em projetos de locomotivas e automóveis, como detectores de posição, de velocidade, intensidade de campo magnético, de tintas e de distancias.
2.8.2 Sensores magnéticos:
Diversas áreas da engenharia mecânica, em projetos de locomotivas e automóveis, como detectores de posição, de velocidade, intensidade de campo magnético, de tintas e de distancias.
2.9 SILÍCIO POROSO
O silício poroso é obtido a partir do silício monocristalino tem como principais características a emissão fotoluminescente na região do visível do espectro eletromagnético à temperatura ambiente e elevada razão área-volume, entre suas características estruturais uma elevada superfície interna e elevada atividade química, podendo-se explorar efeitos de adsorção sensores de umidade, gases e vapores químicos.
2.10 FIBRAS ÓPTICAS MICROESTRUTURADAS
2.10.1 Fibras ópticas:
Giroscópios, magnetômetros, sensores ópticos, sensores de temperatura, acelerômetros, sensores de deformação mecânica, sensores de nível e de corrente elétrica.
2.10.2 Sensores com mais alta sensibilidade.
Estas fibras basicamente consistem de estruturas cilíndricas nas quais buracos ou inserções de escala micrométrica circundam o núcleo e correm ao longo de todo o comprimento da fibra.
2.10.3 Fibras de cristal fotônico (PCF)
Exemplos proeminentes de tais aplicações são sensoriamento de biomoléculas em solução ou de gases com altíssima sensibilidade.
Sensor de gases poluentes, sensor de temperatura e também podem ser adaptadas para monitorar a deformação de uma estrutura em três dimensões.
2.11 MATERIAIS PARA SENSORES NÃO FOTÔNICOS
Na área de sensores, os materiais de maior interesse são os ímãs permanentes, cujo mercado mundial é da ordem de US$ 10 bilhões, e que fomenta um mercado de bens que deles dependem que é uma ordem de grandeza maior. Geração e transformação de energia elétrica; aparelhos domésticos; Motores elétricos de alta potência, motores elétricos miniaturizados; Armazenamento de dados de alta densidade; Sensores automobilísticos etc.
2.12 DISPOSITIVOS MAGNÉTICOS
As principais aplicações são: geradores, motores elétricos, aviões, eletrodomésticos, relógios, computadores, posicionadores, robótica (micromotores, microposicionadores, sensores), dispositivos eletroacústicos (alto-falantes, fones e microfones de telefone), instrumentos de medida (galvanômetros e balanças), dispositivos de torque (ultra-centrífugas, medidores de potência elétrica), equipamentos médicos, componentes de micro-ondas e diversos outros instrumentos e equipamentos técnico-científicos.
2.12.1 Magnetos “macios”
Os chamados materiais magnéticos macios são aqueles que podem ser facilmente magnetizados e Desmagnetizados. Eles são utilizados em duas categorias principais: corrente alternada (AC) e corrente contínua (DC).
 	Aplicações DC: o material é magnetizado para realizar uma determinada operação e em seguida e desmagnetizado ao final da operação, como ocorre, por exemplo, nos relés, nos separadores magnéticos, nos eletromagnetos etc.
2.12.2 Silício poroso
O silício poroso é obtido a partir do silício monocristalino e tem como principais características a emissão fotoluminescente na região do visível do espectro eletromagnético à temperatura ambiente e elevada razão área-volume. Entre suas características estruturais uma elevada superfície interna e elevada atividade química, podendo-se explorar efeitos de adsorção, sensores de umidade, gases e vapores químicos.
2.12.3 Nanofios
	Aplicações potenciais em nanotecnologia avançada, gravação de dados com paredes de domínio magnético e processamento de sinais. Atualmente pode ser feito dispositivos apenas com nanofios magnéticos, capaz de realizar operações lógicas. Os nanofios veem sendo fortemente considerados como uma nova tecnologia para armazenamento de dados.
2.13 MATERIAIS PARA DISPOSITIVOS
Pesquisa em eletrônica continuaria focada no desenvolvimento de materiais e processos, fundamental assegurar a continuação de uma política de fomento à parceria da indústria com academia e governo. Assegurar liderança nas áreas de semicondutores compostos e de semicondutores de gap grande e no domínio de equipamentos de litografia de alta resolução bem como substituir materiais tradicionais por outros que atendam as mais restritivas demandas com continua redução dos dispositivos – limite nanométrico.
A necessidade cada vez maior de compactação dos dispositivos microeletrônicos traz a urgência de desenvolvimento de novos materiais com constantes dielétricas adequadas a cada função ‘High K’ - essenciais para possibilitar que componentes de um mesmo dispositivo, a cada nova geração separados por distancias ainda menores, possam armazenar grandes densidades de carga sem perda apreciável, ‘Low K’ - necessários para o transporte eficiente de corrente em trilhas cada vez mais estreitas.
2.13.1 Alternativas ao silício
Novas necessidades técnicas podem ser atendidas pelo uso inovador das propriedades de materiais já conhecidos. Materiais de alto-k recentemente desenvolvidos reabriram a possibilidade de uso do germânio como um material para canal em MOSFETs.
Os primeiros mercados a adotarem a nanotecnologia devem ser aqueles hoje limitados por custo, e não por desempenho. Exemplo: displays e armazenamento de informação.
São previstos dispositivos inovadores e de baixo custo com base em memorias nanomecânicas, ferroelétricas e magnetoresistivas, além de discos rígidos com armazenamento perpendicular, em um mercado estimado em US$ 4,2 bilhões por volta do ano 2010.
2.14 SEMICONDUTORES NANOESTRUTURADOS: PONTOS QUÂNTICOS
As propriedades óticas de pontos quânticos, dependem de suas formas e de seus tamanhos. A utilização de pontosquânticos como chaves ópticas se tornou uma opção viável.
	Razão: O número reduzido de elétrons capazes de realizar 	transições ópticas.
	Aplicação: Energia Fotovoltaica. (Ultra eficiência)
2.15 DESVANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DESSE MÉTODO
Embora apresentem elevados níveis de eficiência, os dispositivos fotovoltaicos baseados em pontos quânticos ainda não alcançaram um grau de desenvolvimento satisfatório, nem mesmo em laboratório. As dificuldades se encontram na minimização da degradação físico-química, causada pelas características funcionais das nanopartículas.
2.16 FIBRAS ÓPTICAS MICROESTRUTURADAS
Enorme potencial para o desenvolvimento de dispositivos para comunicações ópticas e outras aplicações de fotônica, a fibra é utilizada como chave óptica nas aplicações em fotônica, são introduzidos polímeros na estrutura da fibra, o que modifica as características lineares e não lineares de propagação e geração de supercontínuio de luz.
Materiais avançados para o setor espacial
3.1 INTRODUÇÃO
Apesar de foguetes existirem há séculos, a Era Espacial e o correspondente Direito Espacial têm, oficialmente 50 (cinquenta) anos. O marco inicial nesse contexto se deu com o lançamento em órbita terrestre do satélite Sputnik I, pelos soviéticos. Esse satélite rompeu definitivamente o oceano gasoso que envolve a terra: a atmosfera.
	Os países da Terra, consoante a suas aspirações e contextos políticos, econômicos, sociais, científico-tecnológicos e militares, conceberam diferentes objetivos relativos ao espaço. O Brasil busca atingir, ainda nesta década, o mesmo patamar alcançado por soviéticos e norte-americanos na década de 1950, ou seja, colocar em órbita, com seus próprios recursos, lançados de território nacional, satélites para coleta de dados, sensoriamento remoto e outros fins, todos concebidos, produzidos e desenvolvidos por indústrias brasileiras.
	Os sistemas espaciais são produzidos pelo ser humano para acessarem o espaço e lá permanecerem executando tarefas úteis aos propósitos da humanidade. Fisicamente eles são constituídos empregando materiais que são, em sua maioria, comuns às aeronaves. Outros materiais, porém, derivam daqueles empregados na aeronáutica, por possuírem características especiais.
	As atividades espaciais no Brasil foram iniciadas em 1955. Em 1961 o Instituto Nacional de Atividades Espaciais (Inpe). 
      O setor espacial tem como características envolver sistemas de alto valor agregado, de alta qualidade e altamente intensivos em tecnologia e informação. Esses sistemas têm baixa escala de produção, longos prazos de maturação, gestão complexa, multidisciplinaridade, multinacionalidade e multi-institucionalidade. Trata-se de um setor fortemente regulado através de regimes de controle e de tratados internacionais.
3.2. CARACTERÍSTICAS DO SETOR ESPACIAL
Diferentes países ocupam patamares diversos na moderna conquista espacial. Necessita-se, portanto, entender a posição que o Brasil se encontra nesse contexto, pois essa posição é que determina quais sistemas devem ser produzidos no país a médio e longo prazo, de forma que, dessa produção, seja possível extrair a futura demanda de materiais estratégicos para o setor espacial. 
	O questionamento sobre as razões que levam o ser humano ao espaço é natural. As respostas mais próximas ao nível tecnológico atual ensinam que os satélites proporcionam vários resultados interessantes para o emprego comercial, cientifico ou militar. À medida que novos e mais sensíveis sensores são colocados no mercado, aumenta o leque de aplicações possíveis para esses sistemas espaciais. As aplicações mais conhecidas são coleta de dados, meteorologia, sensoriamento remoto, ciência e tecnologia espaciais, telecomunicações, controle de tráfego aéreo e navegação. Portanto, são os retornos à sociedade os motivos mais importantes para que seja necessária tanta dedicação à conquista espacial.
	O setor espacial possui algumas características que o tornam singular no contexto dos demais setores da atividade humana. Entre essas características, destacam-se as seguintes:
Alto valor agregado – Os sistemas espaciais envolvem, muitas vezes, materiais especiais e, sobretudo, a manifestação da mais sofisticada inteligência humana.
Intensidade em tecnologia e inovação – Por se destinarem a aplicações sofisticadas, que remetem à fronteira do conhecimento humano, os sistemas espaciais apresentam elevada incorporação de tecnologias inovadoras, muitas vezes em nível de protótipo.
Baixa escala de produção – Os sistemas espaciais são produzidos em pequenos números e, não raro, são únicos.
Longos prazos de maturação – O ciclo de vida de um sistema espacial é particularmente longo. Das fases de concepção e especificação à efetiva entrada em operação decorrem muitos anos.
Gestão complexa – Pela sua singularidade, o setor espacial coloca enormes desafios para as pessoas que se dedicam à sua gestão.
Multidisciplinaridade, multinacionalidade e multi-institucionalidade – Os sistemas espaciais só podem existir pela convergência de conhecimentos multidisciplinares, os quais raramente são encontrados em um único loca
Estratégico para com os objetivos nacionais – Por envolver um enorme potencial de estímulo econômico e uma rigorosa regulação internacional para controle de tecnologias sensíveis, o setor espacial torna-se estratégico para a consecução dos objetivos estabelecidos pelos estados nacionais.
Existência de instrumentos de controle – O setor espacial é altamente regulado, em função da sensibilidade das aplicações que podem decorrer de suas tecnologias.
Alta qualidade – Assim como ocorre no setor aeronáutico, as atividades de certificação visam garantir a segurança e integridade dos sistemas lançados e das pessoas que os operam e que permanecem na superfície terrestre.
3.3. ORGANIZAÇÃO DO SETOR ESPACIAL BRASILEIRO
As atividades espaciais no Brasil estão organizadas com base no Sistema Nacional de Desenvolvimento de Atividades Espaciais (Sindae). Esse sistema é constituído por três componentes: um órgão central, a Agência Espacial Brasileira (AEB), responsável pela coordenação geral do Sistema, órgãos setoriais, responsáveis pela coordenação setorial e execução das ações contidas no Programa Nacional de Atividades Espaciais (PNAE) e órgãos e entidades participantes, responsáveis pela execução de ações especificas do PNAE, formalizadas através de convênios de participação.
	A política do PNAE tem como objetivo feral promover a capacidade do País para, segundo conveniência e critérios próprios, utilizar os recursos e as técnicas espaciais na solução de problemas nacionais e em beneficio da sociedade brasileira. Deste objetivo geral, surgem os seguintes objetivos específicos:
Estabelecimento no país de competência técnico-científica na área espacial, que lhe possibilite atuar com real autonomia;
Promoção do desenvolvimento de sistemas espaciais, bem como de meios, técnicas e infraestrutura de solos correspondentes, que venham propiciar ao Brasil a disponibilidade de serviços e informações de sua necessidade ou interesse e;
Adequação do setor produtivo brasileiro para participar e adquirir competitividade e mercados de bens e serviços espaciais.
3.4. UMA INDÚSTRIA ESPACIAL PARA O BRASIL – REINVENTANDO A EMBRAER
A Empresa Brasileira de Aeronáutica S. A. (Embraer) foi criada em 1969 para produzir uma centena de aviões Bandeirante, atendendo a uma encomenda do então Ministério da Aeronáutica. O poder de compra do Estado brasileiro foi usado nessa ocasião para gerar uma demanda que justificasse, do ponto de vista econômico, a produção seriada desse avião.
	A gênese da Embraer foi um projeto iniciado em 1965 no então Instituto de Pesquisas e Desenvolvimento (IPD) do então Centro Técnico da Aeronáutica (CTA). Nesse projeto, um avião bimotor turboélice robusto foi concebido e desenvolvido para operar em pisas despreparadas no interior do País. 
	Praticamente duas décadas foram necessárias, desde a criação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), paraque fosse concebida uma solução industrial aeronáutica definitiva no Brasil. Esse cenário não se repetiu no Setor Espacial.
	O Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) vem desenvolvendo diversos tipos de foguetes de sondagem há mais de quatro décadas e o Veículo Lançador de Satélites (VLS-1) há mais de duas décadas. Em todos esses casos, por falta de uma solução industrial, o Departamento viu-se na imposição de praticar o papel integrador. Todos os componentes, subsistemas e sistemas foram concebidos, projetados testados e produzidos ou no próprio DCTA ou sob encomenda do Departamento nas indústrias. 
	Os trabalhos do Inpe com satélites não apresentam cenários muito distintos dos descritos para o DCTA. O fato de não haver industrias integradoras de satélites no Brasil acaba prejudicando o avanço no setor espacial. Uma consequência direta desse cenário é que o Inpe tem que possuir recursos humanos, instalações laboratoriais e infraestruturas que, em valor agregado, da ordem de U$$50 mil por quilograma, satélites ainda não são produzidos no Brasil em quantidade suficiente para encorajar iniciativas industriais privadas.
	O que tornam os tempos vividos únicos no Setor Espacial é que testemunhamos recentemente a conclusão da certificação do primeiro sistema espacial completo do Brasil, segundo normas de reconhecimento internacional. Trata-se do foguete de sondagem VSB-30, desenvolvido no Brasil, com participação da Alemanha.
	A certificação do VSB-30 significa o reconhecimento oficial pelo Estado brasileiro, por meio do Instituto de Fomento e Coordenação Industrial (IFI), de que este foguete de sondagem é um produto de qualidade, que atende aos mais rigorosos requisitos estabelecidos para um engenho de sua classe. Esse reconhecimento, aliado à já consagrada competência de nosso país em certificação aeronáutica, é um excelente trinfo para que o foguete de sondagem VSB-30 possa ser exportado, como já está sendo para a Alemanha. A ampliação do mercado, em decorrência dessa certificação, pode vir a ter boas repercussões para as indústrias associadas ao setor espacial brasileiro.
	Além dos foguetes de sondagem VSB-30, do Veículo Lançador de Satélites VLS-1 e de satélites, outros produtos estão sendo concebidos e desenvolvidos para o Setor Espacial, com ou sem parceiros internacionais. Existem sinais de que o mercado de pequenos satélites em órbita baixa poderá aquecer-se nas próximas décadas, criando demanda justamente para o ninchi de lançadores que o Brasil está desenvolvendo. Portanto, torna-se estratégico que estejamos preparados para aproveitar as oportunidades que surgirem para a produção em indústria nacional desses sistemas espaciais.
3.5 MATERIAIS AVANÇADOS PARA ATENDIMENTO AO PNAE
Existem grandes desafios na articulação dos grandes atores institucionais para alinhamento das políticas públicas do setor espacial e para o financiamento da formação de recursos humanos especializados para projetos de pesquisas e desenvolvimento em materiais avançados para aplicações espaciais. No que tange à articulação, as instituições extremas no amplo espectro a ser acionado são, por um lado, a Associação Aeroespacial Brasileira (AAB), que envolve professores e pesquisadores do Setor, e, por outro lado, a Associação das Indústrias Aeroespaciais do Brasil (AIAB), que envolve os entes produtivos. No que tange ao financiamento da formação de recursos humanos, a discussão deve necessariamente envolver todas as possibilidades públicas e privadas, além do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Carpes).
	
3.6 MATERIAIS METÁLICOS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA E TÉRMICA
Estruturas de sistemas espaciais reclamam o emprego de materiais altamente resistentes a tensões e temperaturas elevadas. Os materiais metálicos são os primeiros candidatos a suprirem essas necessidades. Em primeira linha, temos os aços, em segunda, as ligas de titânio.
Os aços de ultra-alta resistência são de grande importância em áreas estratégicas. O Brasil enfrentou um desafio tecnológico para dominar o ciclo de produção e tratamento do aço. Os aços de ultra-alta resistência têm grande relevância em projetos aeroespaciais, sendo, portanto, materiais estratégicos. Porém, eles podem ser utilizados também em maquinas pesadas, maquinas agrícolas, automóveis, plataformas petrolíferas, vasos de pressão em usinas nucleares e outros fins estruturais severos, aumentando o potencial de aplicação desses materiais.
Os aços maraging despertam também interesses do ponto de vista acadêmico, uma vez que a transformação martensítica nesses materiais é pouco conhecida, contrastando com o conhecimento disponível para os aços contravencionais. Existem possibilidades de inovar sobre os aços produzidos no Brasil. Mas as possibilidades parecem ser ainda mais interessantes para as ligas de titânio.
O titânio é um dos metais mais importantes para as aplicações espaciais em razão de suas propriedades. Entre elas, destacam-se a elevada relação entre resistência mecânica e peso próprio, a alta resistência a temperaturas elevadas e a elevada resistência à corrosão. Além disso, ligas de titânio apresentam boa biocompatibilidade, recomendando-as para aplicações na área de medicina, particularmente em ortopedia. Esta transversalidade gera demanda adicional e mercado para essas ligas.
Em razão de algumas aplicações, as ligas de titânio passaram a ser consideradas como materiais estratégicos e o desenvolvimento desses materiais por indústrias nacionais passou a ser meta dos países mais desenvolvidos do planeta. Pesquisadores brasileiros sediados no Centro Técnico Aeroespacial (CTA), em São José dos Campos, desenvolveram pesquisas e projetos no sentido de dominar a tecnologia de produção de titânio. A Divisão de Materiais do então IPD desenvolveu com sucesso, como resultado deste trabalho, a única usina piloto para a obtenção de titânio metálico na América Latina.
A usina foi inaugurada em 1968. No início dos anos 70, essa usina já produzia uma centena de quilogramas de esponja de titânio metálico por corrida. Nos anos seguintes, a produção foi ampliada e os trabalhos foram encerrados, sendo a tecnologia de produção considerada dominada. Em 1977 foi depositado um pedido de patente de processo produtivo junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI).
Além das aplicações aeroespaciais, o titânio é empregado hoje em elementos de arquitetura, dado o excelente acabamento que o metal apresenta. Também é utilizado em aplicações ópticas, como em armações de óculos, em autopeças, em equipamentos esportivos como raquetes de tênis de alto desempenho e em implantes ortopédicos. Essas aplicações, em diferentes setores, descrevem um potencial animador de mercado para esses materiais.
3.7 MATERIAIS COMPÓSITOS AEROESPACIAIS AVANÇADOS
3.7.1 Definição de compósitos
Os materiais compósitos podem ser definidos como misturas (ao nível macroscópico) não solúveis de dois ou mais constituintes com distintas composições, estruturas e propriedades que se combinam e em que um dos materiais garante a ligação - matriz – e o outro a resistência - reforço.
3.7.2 Cenário
 Uma aeronave ao navegar pela atmosfera, interage com a mesma ficando submetida a diversas forças: Tensão, Compressão, Flexão, Torção, Cisalhamento, além das altas temperaturas provocadas por forças de atrito. A estrutura de uma aeronave deve ser leve, mecanicamente resistente e suficientemente rígida para que a sua geometria não se altere significativamente sob ação dos esforços aerodinâmicos. Além disso, a estrutura deve resistir a esforços cíclicos de baixa amplitude e frequência, que podem levar à fadiga dos materiais que a constituem, e à corrosão imposta pelo meio em que a aeronave opere
Quanto mais veloz for o deslocamento da aeronave, mais ela se
aquece. Em consequência desse aquecimento, os materiais das estruturas podem ter os seus desempenhos mecânicos comprometidos.
	Os materiaiscompósitos são naturais substitutos dos materiais metálicos em aplicações que requeiram alta resistência mecânica e térmica, além de resistência à
ablação e leveza tornando-se ainda mais adequados a aplicações aeroespaciais. Porém, seu alto custo e sua baixa disponibilidade no mercado para países emergentes, ainda restringem as suas aplicações a componentes específicos nos sistemas espaciais, particularmente naqueles que demandem proteção térmica a outros componentes estruturais.
No Brasil ainda não são produzidos insumos de carbono de qualidade aeroespacial. A dependência de importação prejudica a nossa competitividade industrial na produção de sistemas espaciais em termos de prazo e custo.
3.7.3 Pesquisa e desenvolvimento
O desenvolvimento da indústria aeronáutica e espacial veio demandar compósitos com propriedades termomecânicas que possibilitassem operação desses materiais em altas temperaturas e em ambientes aerotermodinâmicos agressivos.
As aplicações de Compósitos termo-estruruturais baseados em Carbono/Carbono são destinadas a escudo térmico, material ablativo, elementos de fricção, componentes de vetoração, gerenciamento de energia, entre outras.
	Os compósitos carbono/carbono constituídos por uma matriz de carbono, proveniente de precursores à base de resinas ou piches. Esta classe de compósito termo-estrutural procura aliar as propriedades de alto desempenho das fibras de carbono com as características singulares do carbono. Os materiais carbonosos, em suas diferentes formas estruturais, apresentam alta resistência mecânica em temperaturas de até 2800°C, na ausência de oxigênio, boa resistência à corrosão, baixa expansão térmica, inércia química e resistência a variações súbitas de temperatura. Estas propriedades tornam este material atrativo para aplicações a elevadas temperaturas (800-2500°C) em atmosfera inerte e condições ablativas.
	Embora existam todas estas vantagens, a aplicação do carbono tem sido limitada pela baixa deformação na ruptura, alta sensibilidade a imperfeições, anisotropia, variabilidade nas propriedades, dificuldades no processo de obtenção de componentes de grandes dimensões e formatos complexos. Além disso, devido ao seu elevado custo, comparado com outros materiais, a sua aplicação está restrita às áreas aeroespacial, nuclear, biomédica e algumas aplicações especiais.
	Outro fator limitante da utilização do CRFC é a sua susceptibilidade à oxidação a temperaturas de aproximadamente 500°C, sob ar. Porém, isto pode ser minimizado fazendo-se o recobrimento de sua superfície com antioxidantes adequados. Quando a temperatura de aplicação está na faixa entre 500 - 600°C, a inibição pode ser obtida utilizando-se compostos inorgânicos como óxido de boro e fosfatos. Quando a temperatura de utilização for maior que 600 °C, costuma-se recobrir o CRFC com carbeto de silício, carbeto de titânio, entre outros. Tal material ainda pode ser utilizado em turborreatores aeronáuticos de pequeno porte, tais como as dos veículos aéreos não tripulados(VANT) ou em freios de aeronaves. Atualmente, esse material e produzido por poucos países, entre os quais se destacam os Estados Unidos, a Alemanha e a Franca.
	Apesar de CRFC ser susceptível à oxidação a temperaturas superiores a 500 °C, este fator torna-se menos relevante quando a aplicação do compósito for por um curto período de duração, como nos casos de gargantas de tubeiras de foguetes à base de propelente sólido ou componentes com a função de proteção térmica, como em mísseis e veículos de reentrada. Ainda no campo aeroespacial, os CRFC estão sendo utilizados em bordas de ataques de aeronaves supersônicas e do ônibus espacial (Space Shuttle) da NASA, componentes estes que chegam atingir temperaturas de até 1500 °C, devido ao atrito com a atmosfera e, em sistemas de freios de aeronaves supersônicas militares e civis (como o Concorde), devido à sua baixa taxa de desgaste com a temperatura, aos bons coeficientes de atrito e de calor específico, que proporcionam um atrito brando durante o período de frenagem. O potencial de frenagem do compósito carbono/carbono é cerca de quatro a cinco vezes superior à sistemas convencionais (metálicos), aumentando, assim, a segurança da aeronave. Este sistema oferece, ainda, uma economia de peso, comparado com os convencionais.
	O processamento do CRFC tem como fase intermediária a obtenção de compósitos carbono/fenólica. Estes compósitos poliméricos reforçados com fibras de carbono, além de serem materiais precursores dos CRFC, têm encontrado aplicações termo-estruturais como proteção térmica de foguetes. Na tecnologia de propulsão de foguetes que usam combustíveis sólidos, os compósitos carbono/fenólica têm papel fundamental como o suporte da garganta de tubeira em CRFC, protetor térmico na região de saída dos gases de queima do propelente e nas regiões anterior e posterior à garganta (Figura 2).
Figura 1. Esquema de uma garganta de foguete produzida palo CIA mostrando o uso de compósitos carbono/carbono e carbono/fenótico.
	O desenvolvimento destes materiais requer tecnologia específica para simular, as condições severas de sua utilização. Estudos fundamentais sobre os mecanismos de oxidação do compósito C/C-SiC, quando submetido a um intenso fluxo de calor utilizada uma tocha de plasma operando com gases reativos em regime supersônico no vácuo apresenta-se como alternativa bastante atrativa para o processo de ablação de materiais compósitos termo-estruturais, pois simula em parte as condições entálpicas e aerotermodinâmicas do ambiente de testes de gargantas de tubeiras.
	Nesta linha de pesquisa, a caracterização de compósitos e modificação de propriedades superficiais por plasma – recomendam a montagem, operação e caracterização no IAE de uma tocha de plasma supersônica para recobrimentos de materiais cerâmicos sobre pecas metálicas e materiais termo-estruturais utilizados em sistemas de proteção térmica. Não há produção desses materiais no Brasil e poucos países do mundo detém essa tecnologia. O produto a ser obtido e estratégico e visa atender especificações para uso em proteções térmicas ablativas de uso no Programa Espacial Brasileiro.
	Outra linha de pesquisa está associada à processo de bobinagem filamentar previsto para os lançadores do Programa Cruzeiro do Sul. Neste aspecto, o advento do laboratório de estruturas leves. Situado no Parque Tecnológico de São José dos Campos, e uma iniciativa conjunta de diversos atores de fomento cientifico e industrial que vem ao encontro das necessidades identificadas. Entre esses atores, encontram-se o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), a Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), a Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), a Empresa Brasileira de Aeronáutica (Embraer), o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT).
3.7.4 Proposta
	A pesquisa aplicada em materiais é sempre necessária, visando novas aplicações e inovações nas diferentes áreas da ciência. Assim, é preciso um esforço contínuo, de modo que novos desafios sejam cumpridos, neste sentido, os compósitos avançados de aplicação aeroespacial. Destaca-se:
Desenvolvimento de novos materiais;
Desenvolvimento de revestimentos especiais;
Construção de câmaras de plasma;
Análise termomecânica de materiais;
Projeto e fabricação de componentes;
Montagem e integração.
	
	Novas linhas de pesquisas também precisam de apoio dos orgãos de fomento, se possível, de maneira articulada. Entre elas, destacamos as seguintes:
	• Fibra de carbono de alto modulo – para uso na produção de compósitos de carbono em geral, para quaisquer aplicações aeroespaciais e transversais;
	• Nanomateriais para compósitos – para uso na producao de compositos de carbono com propriedades especiais;
	• Polímeros termo rígidos com alto conteúdo de carbono, tipo poliaril acetileno – para uso na produção de compósitos de carbono;
	• Polímeros de siliconas e seus derivados – para uso na produção de compósitostermo-estruturais, tipo carbono/carbeto de silício;
	• Pós-cerâmicos para altas temperaturas, tipo boreto e carbeto de háfnio – para produção de materiais empregados em sistemas de proteção térmica; e
	• Resinas poliméricas auto reparáveis (self-healing) – para emprego inicialmente na indústria aeronáutica, com evolução para o Setor Espacial.
	A propositura deste artigo é estimular as linhas de pesquisa sobre materiais compósitos avançados visando inovações e patentes para aumentar a autonomia em materiais estratégicos do Programa Espacial Brasileiro, reduzindo a nossa dependência do exterior.
	O potencial de spin-off desses resultados para outras áreas industriais é certamente enorme, como atesta a historia de outros materiais aeroespaciais já consagrados, com grande potencial de retorno econômicos.
3.8 Materiais compósitos híbridos fibra-metal
Os compósitos híbridos fibra-metal se destacam entre os materiais compósitos avançados devido as suas características especiais e pelo grande potencial de inovação.
Com o objetivo de obter materiais que atendessem os requisitos do setor aeroespacial foi sendo estudado o desenvolvimento de materiais híbridos que englobassem as qualidades de dois ou mais componentes considerados separadamente.
3.8.1 Compósitos de matrizes metálicas (CMM)
	Esses compósitos foram estudados com mais veemência nos países mais desenvolvidos no setor aeroespacial. Nesses países o tema CMM foi considerado estratégico e tratado de forma de sigilosa. Eles tinham como meta obter compostos que tivessem a leveza e a resistência à corrosão das matrizes de alumínio e a resistência estrutural das fibras de aço. 
	O Brasil, apesar do desenvolvimento no campo espacial, e ter diversas atividades relacionadas a esse setor desenvolvidas principalmente em órgãos governamentais e militares, jamais investigou esse assunto com profundidade.
3.8.2 Laminados Fibra-Metal
	Em 1978, na Universidade de Delft, na Holanda, foi desenvolvida a linha de pesquisa designada LFM (Laminados Fibra-Metal). Esses laminados, denominados de compósitos híbridos fibra-metal, possuem uma estrutura tipo sanduíche que consiste em lâminas alternadas de alumínio com camadas de pré-impregnados de compósitos poliméricos de fibras de reforço com resina epóxi. Essas fibras de reforço podem ser de aramida, vidro ou carbono. Como resultado, as principais características desses compostos híbridos são maior resistência à fadiga, à tração, à compressão e ao impacto, e maior tolerância ao dano, além da redução de peso e de custos de manutenção. 
	Em 1988, no acidente do Boeing 737 da Aloha Airlines, por conta da perda de um terço da fuselagem superior da aeronave devido a presença acumulada de trincas de fadiga, a porta dianteira sucumbiu em pleno voo. Por sorte, todos os passageiros estavam com seus cintos afivelados e permaneceram a bordo até o pouso. A única fatalidade foi a comissária C.B. Lansing, que estava exatamente no corredor da seção dianteira do avião no momento do acidente. Essa fatalidade veio a estimular o desenvolvimento de um material denominado ARALL, da classe LFM, reforçado com fibras de aramida. A figura 1 demonstra a estrutura de um ARALL.
 Fig. 2: Representação do material ARALL – adaptado (SINMAZÇELIK, T. et al, 2011)
	
	Os compósitos ARALL oferecem muitas vantagens, como por exemplo, alta resistência, excelentes propriedades relacionadas à fadiga e ductilidade, proporcionando assim facilidade e rapidez na conformação (LEE, 1996; VILLANUEVA et al, 2004; BOTELHO et al, 2006). Entretanto, as fibras de aramida fornecem pouca resistência residual para um laminado tipo cross-ply, apresentam absorção de umidade e são sensíveis à degradação ambiental.
Com o aperfeiçoamento dos produtos de ARALL, foi desenvolvida uma nova versão de LFM com fibras de vidro no lugar das fibras de aramida. Tal material ficou conhecido com GLARE. A figura 2 mostra a representação da estrutura desse material.
	
 Fig. 3: Representação do laminado GLARE – adaptado (SINMAZÇELIK, T. et al, 2011)
No início houve certa resistência a aplicação do GLARE em estruturas de aeronaves devido aos custos de produção do material. Entretanto, novas técnicas de produção empregando o conceito de entrançamento permitiram a redução dos custos de fabricação. Além disso, se comparado ao ARALL, o GLARE tem menor custo operacional devido à redução de peso.
	Com o apoio do Ministério da Economia da Alemanha e a participação da Faculdade de Engenharia Aeroespacial, do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) e da empresa Stork-Fokker o projeto para o desenvolvimento tecnológico do GLARE durante o seu período de vigência, permitiu comprovar a disponibilidade tecnológica do GLARE, como também, ser aceita para aplicação final no novo avião Airbus A380. 
A introdução de novas tecnologias, como o GLARE, na estrutura do Airbus A380 favoreceu a competitividade dessa aeronave no setor aéreo, por características, como, por exemplo, a redução do seu peso.
O compósito híbrido GLARE apresenta não somente excelentes propriedades em fadiga, como também outras propriedades interessantes de resistência ao impacto e ao cisalhamento residual, resistência ao fogo e resistência à corrosão, quando comparado com ligas de alumínio monolítico. 
Embora os LFM como o GLARE apresentem um custo mais elevado quando comparado ao de ligas de alumínio, sua menor massa específica e excelentes propriedades mecânicas, diminuem os custos de manutenção. Devido as suas propriedades o LFM tornou-se uma alternativa para produção de superfícies de fuselagens e de outras estruturas aeronáuticas. 
Na tabela 1, é possível verificar algumas das vantagens e desvantagens dos LFM: ARRAL e GLARE
	Fibras
	Vantagens
	Desvantagens
	LFM
	Aramida
	Excelente dureza
	Material de difícil conformação, flambagem, cargas de compressão e tensão transversal
	ARALL
	
	Excelente resistência à fadiga em tensão e flexão
	Absorve a Umidade.
	
	
	Alto modulo de Young
Baixo peso
	Não formam ligações com outros materiais compósitos
	
	Fibra de Vidro
	Alta resistência à tração
Alta resistência à falha
Não absorve umidade
	Peso elevado
Baixa rigidez
	GLARE
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens entre ARALL e GLARE (MOUSSAVI-TORSHIZI et al, 2010; SINMAZÇELIK, T. et al, 2011) 3.8.3 Aplicação em sistemas espaciais
	Materiais da classe LFM também podem encontrar grande aplicação em sistemas espaciais, como, por exemplo, os compostos híbridos com fibras de carbono, que por terem maior condutividade elétrica, possuem menor resistência à corrosão, não sendo interessantes para aplicações de longo prazo, como no sistema aeronáutico. Entretanto, esses compostos possuem maior rigidez para a mesma razão de peso que as fibras de aramida e de vidro, além de possuírem alta resistência térmica. Por esse motivo em sistemas espaciais, como foguetes de sondagem e veículos lançadores, devido menor ciclo de vida e menor demanda quanto à resistência à corrosão e fadiga, embora mais demandantes quanto ao aquecimento aerodinâmico, as combinações envolvendo fibras de carbono e titânio são muito interessantes para serem utilizadas.
	Pela razão de resistir a altas temperaturas as fibras de carbono são amplamente utilizadas também na Indústria Aeronáutica na fabricação de peças das asas e turbinas, como também, é utilizada na fabricação de motores para foguetes e naves espaciais.
3.9 Materiais de alta densidade energética
A densidade de energia é de grande interesse para a área espacial, pois seu entendimento é significativo para a aplicação em armazenamento e em combustíveis. Quanto mais alta a densidade, mais energia pode ser armazenada ou transportada. Assim, materiais com alta densidade energética são capazes de liberar grandes quantidades de energia por unidade de volume.
Existem diversos materiais que são utilizados na construção de um propulsor de veículo espacial (também conhecido como motor-foguete) de combustível sólido. Na suaformação, o envelope motor é feito em aço da classe maraging 300M. A tubeira constituída em compósito de fibra de carbono em matriz de resina fenólica. A sua mobilidade por sua vez, é provida por elastômeros feitos com aço e borracha. Entre o envelope motor e o propelente, encontram-se isolantes e liners. A proteção térmica do motor é feita em pontos críticos de resinas, sílica, borracha nitrílica, compósitos carbono-carbono e outros materiais, que buscam esse fim.
Propelente é uma substância capaz de efetuar a propulsão de um corpo sólido (foguete, projétil). É feita de uma mistura de resina prolibutadiência, pó alumínio e perclorato de amônio. Os motores-foguetes, exigem propelentes especiais, altamente energéticos, que ofereçam alto impulso. A constituição de um propelente sólido para a mobilidade do motor-foguete é basicamente de um tubo metálico cilíndrico, denominado envelope motor, preenchido com massa propelente. O propelente sólido consiste em uma mistura complexa e estável de compostos redutores e oxidantes que, quando ignitado, queimam de uma maneira homogênea, contínua e controlada, formando a altas temperaturas e pressão grandes quantidades de gases que ocorre na câmera do motor-foguete. Na saída do motor-foguete existe um estreitamento, chamado garganta de exaustão ou tubeira, por onde os gases resultantes da queima saem acelerados. O aumento de pressão, que pode atingir em certos casos 100 Mpa, resulta no impulsionamento do foguete. 
No motor-foguete existe, entre o envelope motor e o propelente, uma proteção térmica constituída por uma fina camada de borracha e um adesivo denominado "liner", com a finalidade de não permitir que a alta temperatura de combustão do propelente danifique a estrutura do foguete. Na Figura está o esquema simplificado de um motor-foguete.
 Fig. 3: Esquema simplicado de um motor-foguete
Os componentes típicos de um propelente sólido são resina pollibutadiência líquida hidroxilada PBLH, perclorato de amônio, pó de alumínio, plastifificantes, catalisadores e outros materiais.
As pesquisas recentes relacionadas a polímeros busca desenvolvimento de propelentes sólidos, com o objetivo de utilidade na fabricação de foguetes, proteções térmicas rígidas e flexíveis, tratamento de superfície com plasma, estudos de adesão de componente e análises de controle de qualidade.
Para o carregamento de um motor-foguete de combustível requer diversos procedimentos, tais como a preparação de matérias-primas, maceração, carregamento, cura, resfriamento, desmontagem, inibição do topo e do fundo do propelente, montagem e ensaio em banco de provas ou em voo.
A ligação do propelente ao envelope motor é feita por o material, denominado binder. Essa ligação deve ser uniforme, e também tenha energia para a queima do propelente. Um novo binder energético para propelente do tipo casting é proposto em pesquisas recentes no país, pois apresenta baixa vulnerabilidade, queima virtualmente sem fumaça e redução de risco no uso quando comparados com outros materiais compósitos utilizados atualmente. 
Os polímeros com grupos azidos são materiais energéticos usados norma
lmente, eles podem queimar sem oxidantes e produzir um gás energicamente rico.
	Um outro material novo, chamado eletropirotécnicos, podem ser usados como cargas deflagrantes ou detonantes, tanto para sistema de ignição, como em sistemas de destruição de motores foguetes a propolente sólido utilizados no VLS-1 em foguetes de sondagem.
	Há vários materiais de alta densidade energética, essa lista é extensa, mas pode-se resumir entre algumas aplicações em comum, que incluem os propelentes sólidos e líquidos de motores-foguetes, os ignitores, os pirotécnicos e os birders energéticos. Os polímeros orgânicos fazem parte desses materiais.
Elaborar pesquisas e desenvolvimento de materiais com alta densidade energética inovadores é uma forma de melhorar o desempenho, custo de produção e reduzir dependência nacional de insumos importados.
3.10 Materiais da Cadeia de Energia Solar para
aplicações espaciais
O Brasil é certamente um dos países de maior insolação do planeta. Situado entre os paralelos Norte e Sul, tem o seu centro geométrico na região tropical da Terra. Portanto, faz sentido o argumento de aproveitarmos ao máximo esta fonte energética naturalmente disponível, durante todo o ano.
Os mecanismos existentes para aproveitamento da energia solar para diversos fins na superfície do planeta são os mesmos que podem ser empregados para fornecer energia para aeronaves navegando na alta atmosfera ou para satélites em orbita. Já existem veículos aéreos não-tripulados operando em grandes altitudes que empregam células solares como captores de energia. Não diferentemente, os satélites e a própria Estação Espacial Internacional (International Space Station – ISS) necessitam de energia para o funcionamento de todos os seus sistemas.
A Sonda Juno, por exemplo, conseguiu alcançar um marco histórico ao se tornar a nave a conseguir mais longe no espaço utilizando energia solar, foram 793 milhões de quilômetros ou 3,5 vezes a distância entre a Terra e Marte. Em Julho deste ano (2017) a Sonda Juno foi considerada pelo Guinnes Book, o livro dos recordes, como o objeto mais rápido criado pelo homem. 
Os materiais empregados na cadeia de produção energética de origem fotovoltaica para os setores de energia e ambiental são os mesmos que poderão beneficiar o setor espacial, obviamente com algumas diferenças. O ambiente espacial é dominado por radiações cósmicas que são filtradas pela atmosfera, as células solares colocadas em satélites não podem contar com a proteção que os membros da biosfera terrestre possuem. Portanto, é importante que materiais utilizados para conversão de energia solar em energia elétrica em orbita da Terra possuam proteção contra os raios cósmicos.
Pesquisadores do Instituto de Física da USP desenvolveram uma nova canalização no acelerador de partículas Pelletron, instalado no IF, para testar os efeitos de íons pesados em dispositivos eletrônicos, como chips de memória e processadores. Uma parte dos testes servirá para verificar como os raios cósmicos no espaço, que contém íons pesados, afetam os componentes eletrônicos que mantêm em funcionamento os satélites artificiais que orbitam em torno da Terra.
O ambiente espacial apresenta fortes gradientes térmicos, os satélites que orbitam em torno da Terra sofrem grandes variações de temperatura, variação em torno de 100°C, devido ao cone de sombra formado pelo sol na parte escura. Felizmente o vácuo espacial dificulta processos de transmissão de calor por convecção, mas radiação e condução estão presentes. Os materiais conversores e absorvedores de energia solar devem ser resistentes a choques térmicos e à fadiga térmica, devido a formação de cargas cíclicas por variação de temperatura. Essas variações são tão intensas que chegam a vibrar as estruturas, transformando a energia térmica em energia mecânica e por consequência danificando os equipamentos. Equipamentos que entrem em órbita terrestre são sujeitos a radiações por partículas ionizantes e a gradientes térmicos.
A composição dos painéis usados no espaço em geral usam Arsênio e Gálio, garantindo maior eficiência na produção de energia elétrica. O uso do Arsênio e Gálio prolongam a vida útil dos painéis. Além dos materiais utilizados nas células, tem estudado vários outros aspectos, visando a melhoria na eficiência dos painéis fotovoltaicos.
3.11 Conclusão
O Brasil vem perseguindo o desafio de adentrar o espaço há mais de 50 anos e já conseguiu atingir o patamar intermediário na pesquisa espacial. Porém, esses resultados estão aquém das pretensões brasileiras e da estatura proporcional a resultados de natureza econômica e geopolítica alcançados pelo país.
No que concerne a materiais para emprego espacial, os resultados de Pesquisa & Desenvolvimento já obtidos reclamam a criação de uma empresa integradora de sistemas espaciais. Uma vez consolidada,