3, 2, 1: descolagem confirmada

Introdução

Cinco séculos separam estes dois eventos, mas o espírito, a tenacidade e a audácia é a mesma, é o não conformismo com o nosso canto de conforto, é o desafio de abrir novos horizontes, é a vontade de vencermos novos desafios, é a determinação de moldarmos pelas nossas próprias mãos o futuro do nosso presente, é o não querer ser apenas mais um grão de areia arrastado pelas vagas do tempo, que nos levaram a marcar a nossa presença tanto no ar como no espaço.

O mundo atual é muito mais do que o caos, desgraças e calamidades que os média transmitem diariamente, é pelo contrário um mundo riquíssimo em novas oportunidades. Cabe-nos a nós escolhermos se queremos ser submersos pelas constantes ondas de oportunidades que passam por nós, ou se preferimos cavalgar na crista destas ondas. Esta última foi a escolha efetuada pelo LABET – Laboratório de Ensaios de Termodinâmica e Aeroespaciais do ISQ

A ESA (European Space Agency) estava na altura a desenvolver o seu programa IXV (Intermediate eXperimental Vehicle), protótipo de um vaivém espacial para efetuar um primeiro voo para recolha de dados e testes de novos materiais resistentes às tão adversas condições de reentrada na atmosfera.

Tínhamos conhecimentos e experiência nesta área? Não tínhamos, mas tínhamos experiência de testes e dominávamos as linguagens universais da engenharia: a matemática e a física. Também sabíamos que este desafio seria a nossa melhor oportunidade de internacionalizarmos a nossa atividade do Espaço e assim darmos um salto qualitativo e quantitativo que o nosso mercado nacional não iria permitir.

Assim, e após termos efetuado um rápido estudo de investimentos necessários, bem como a sua respetiva viabilidade face às oportunidades de negócios futuros, iniciámos a sua implementação. Tivemos o cuidado de tentar, sempre que possível, desenvolver internamente todas as atividades, nomeadamente as relacionadas com o controlo e aquisição de dados, para que nos fosse possível em qualquer altura configurarmos de forma autónoma os equipamentos para futuras necessidades específicas dos nossos clientes.

Investimentos cruciais

Adquirimos uma câmara de alto vácuo  10-6 mbar com corpo duplo para permitir aquecimento ou arrefecimento externo, munida de variadíssimas flanges de acesso, para futuras necessidades de instrumentação, passagem de potência elétrica e tubagens criogénicas. Nesta câmara já foram feitos ensaios em vácuo e com temperaturas que vão desde os -150 °C aos + 1200 °C, bem como determinação de calor específico em vácuo e temperaturas extremas de vários materiais utilizados na indústria espacial.

A existência desta câmara de vácuo polivalente e a facilidade de a podermos mudar e adequar a ensaios personalizados tornou-a num equipamento de elevada procura, nomeadamente no mercado internacional, bem como conduziu a um crescente mercado nacional de novos componentes, não só para a indústria aeroespacial como também para outras indústrias de desenvolvimento de novos materiais e tecnologias, permitindo a realização de ensaios a custos mais baratos e sem a necessidade de deslocação a laboratórios estrangeiros.

Foi igualmente adquirido na altura um shaker com mesa horizontal e um expansor vertical guiado com potência máxima de cerca de 290 Kw, equipado com sistema de aquisição de dados LMS (o standard na indústria aeroespacial), que permite efetuar, para além dos ensaios convencionais Seno e Random, também ensaios de Análise Modal Operacional para afinação dos modelos matemáticos de projeto. Este shaker foi ainda munido de uma câmara climática que permite efetuar ensaios de vibração com controlo de temperatura entre os  -40 °C e os +150 °C.

IXV : Veículo de reentrada atmosférica experimental

Este veículo demonstrador reutilizável e não tripulado é um projeto da Agência Espacial Europeia (ESA) e tem capacidade para fazer voos orbitais e de se deslocar em voo planado, entre a reentrada na atmosfera e o local de amaragem. O ISQ esteve muito envolvido no desenvolvimento do IXV, sendo a única entidade portuguesa que acompanhou, em permanência, este projeto desde o seu início. Mais recentemente, a colaboração com a ESA decorreu a partir do centro de ensaios que o Grupo detém em Castelo Branco.

Neste shaker fizemos a análise modal operacional de vários painéis de proteção térmica, bem como do nariz do IXV, para determinação das frequências próprias naturais e suas respetivas formas modais. Nesta análise modal, determinámos que a primeira frequência natural se encontrava na faixa do 60 Hz, o que coincidia com a frequência do próprio lançador Vega.

De imediato foi alertada a equipa de projeto italiana para esta coincidência, que teria consequências negativas no lançamento do IXV.

Assim, alterando a compactação das fibras de silício isolantes, foi possível mudar a rigidez deste “nariz do IXV”, fazendo com que o seu primeiro módulo de ressonância se afastasse da zona crítica dos 60 Hz. Acidente evitado!

Determinação de calor específico em vácuo e temperaturas extremas

Neste shaker, para além de ensaios na área espacial, como por exemplo os efetuados aos novos painéis dos tanques criogénicos do novo Ariane (CUST – Cryogenic Upper Stage Tanks) e às novas tubeiras de escape em fibras de carbono de satélite e naves, muitíssimos outros ensaios têm sido realizados, quer a indústrias internacionais quer a indústrias nacionais (automóvel, componentes para satélites, equipamentos elétricos, certificação de componentes de aeronaves para a Força Aérea, equipamentos militares, unidades de produção de frio, entre outros), que agora têm facilmente acesso a um dos maiores shakers existentes na Península Ibérica e Europa.

Ainda dentro do programa IXV, houve a necessidade de se efetuarem ensaios de tração aos “Stand Off”, fixadores dos painéis isolantes ao corpo exterior da nave. Mas mais uma vez este ensaio exigia que as temperaturas variassem desde a temperatura ambiente até aos 1000 °C.

Para isso foi inteiramente projetado e desenvolvido pelo LABET um sistema próprio, à medida. Foi também necessário desenvolver todo um sistema para permitir efetuar o estudo da migração dos gases e medição da permeabilidade no interior das placas isolantes do IXV, por forma a garantir a sua integridade durante a rápida depressão originada na rápida subida do lançador.

Dentro do programa de certificação do IXV coube ao LABET efetuar também os ensaios térmicos de reentrada na atmosfera, ao “nariz” e às placas isolantes do bojo inferior da nave. Para isso foi construído no LABET, segundo projeto próprio, uma mufla capaz de atingir os 1200 °C e rampas de aumento de temperatura em tudo idênticas ao esperado durante a reentrada.

Este ensaio e respetiva monitorização permitiu analisar o comportamento esperado em termos de distribuição de temperaturas, quer no interior das placas de proteção de reentrada quer ao nível do interface do isolamento da superfície externa da nave, durante e após este grande regime transiente originado durante a reentrada.

“Tratou-se de uma curta missão com um grande impacto”, sublinhou na altura Gaele Winters, Diretor de Lançamentos da ESA.

É assim que, a 11 de fevereiro de 2015, após uma curta mas importantíssima missão bem-sucedida, Portugal ombreia de igual para igual com os seus parceiros europeus no desbravar desta nova fronteira.

Capacitar para responder também aos desafios da aeronáutica

Mas o sonho não ficou apenas por aqui. Graças à experiência adquirida pelo ISQ e ao sucesso obtido face a este tipo de ensaios, uma nova e importante porta começou a entreabrir-se. A indústria aeronáutica começou também a olhar para nós e como parceiro de ensaios a componentes aeronáuticos.

E o desafio surge de um fabricante aeronáutico, de um dos gigantes mundiais do sector, a Embraer.

Eis-nos de novo face a um desafio: projetar e construir, à medida, um laboratório para ensaios de estruturas aeronáuticas, capaz de efetuar ensaios estáticos e de fadiga a grandes componentes de aeronaves, bem como desenvolver todo um novo programa e sequência de ensaios específicos para esta área. Após visitas técnicas à Embraer e a outros laboratórios de ensaios aeronáuticos, concluímos que os sistemas mais avançados e utilizados pelos principais fabricantes são os sistemas de controlo de hidráulicos MTS e o sistema de aquisição de dados HBM, tendo o ISQ optado pelos mesmos.

Paralelamente foi desenvolvido o projeto e a construção de um chão estruturado, assim como as restantes infraestruturas necessárias a um laboratório deste tipo.

Simultaneamente o LABET, em conjunto com outros laboratórios e equipas do ISQ e em parceria com a engenharia da Embraer, começou a desenvolver o projeto e as infraestruturas necessárias à realização particular do ensaio que iríamos efetuar: o ensaio de uma semi-asa em material compósito. Cerca de pouco mais de um ano, o laboratório, equipado com o sistema MTS de hidráulicos e com o sistema de aquisição de dados HBM, foi acreditado de acordo com a AS/EN 9100, bem como auditado e aprovado pela Embraer.

ASA DA EMBRAER

Ensaios ao demonstrador da parte estrutural de uma asa

O ISQ foi responsável pela conceção e execução de um conjunto de ensaios num demonstrador da parte estrutural de uma asa (semi-asa) constituída maioritariamente por material compósito. Esta semi-asa foi desenvolvida pela Embraer e destina-se a uma nova geração de aviões comerciais de passageiros. A Embraer fez o ensaio em solo desta semi-asa no laboratório do Grupo ISQ, em Castelo Branco. Para o efeito foram utilizadas técnicas avançadas de inspeção não destrutiva assim como trabalhos preliminares de ensaios mecânicos e de impacto.

Em meados de 2015 estava finalmente tudo preparado para serem iniciados os ensaios desta semi-asa. Rodeados por uma equipa de engenheiros da Embraer Compósitos de Évora e da Embraer S.A. do Brasil, que haviam projetado e construído esta semi-asa, assim como por uma outra equipa da área de ensaios da Embraer S.A. Brasil, era chegado o momento por todos mais ansiado e ao mesmo tempo o mais crítico. Nunca o premir uma tecla enter foi tão angustiante…

Paralelamente complementava-se o projeto dos RIGs de suporte do artigo de teste e iniciava-se a construção destas estruturas metálicas soldadas. Apesar das suas dimensões e peso, o rigor dimensional e a qualidade das soldaduras com penetração total, para garantirem o perfeito posicionamento do artigo de teste e uma resistência aos ensaios de fadiga (vários milhões de ciclos), obrigaram a um acompanhamento integral na fase de construção de especialistas do ISQ em soldadura e em controlo 100% por ultrassons.

Um ensaio completamente novo, nunca antes efetuado em Portugal, operado por um complexo programa de controlo de hidráulicos, onde as variáveis introduzidas foram aos milhares, desde a configuração dos PIDs (loop de controlo por feedback Proportional Integral Derivate), todas as cargas que compunham os vários voos, as combinações de voo e os dados de calibração de todos os parâmetros, bem como a previsão e definição de todos os patamares de alarme e/ou shut down em caso de anomalia, tudo isto, e apesar de inúmeras e repetidas validações por toda a equipa de ensaios do LABET, deixava sempre uma pergunta suspensa no momento de premir o enter: Falhou ou faltou alguma coisa?

Qualquer falha poderia simplesmente destruir o artigo de teste, peça única e de preço incalculável, tal como todo o investimento e crédito do ISQ seria arrasado nesse momento.

Confiantes, porém, na excelente equipa e no profissionalismo demonstrado ao longo dos tempos em tantos ensaios novos e não standard executados com pleno êxito, e tendo a certeza que neste caso não tínhamos deixado qualquer folga para a Lei de Murphy, o enter foi pressionado…

E tudo funcionou na perfeição! Os ensaios estáticos foram um êxito, não havendo qualquer falha na programação de todo o sistema de controlo de hidráulicos MTS ou aquisição de dados HBM.

Mais uma vez o LABET havia cumprido com êxito o seu desígnio, mais uma vez o ISQ fez jus à sua longa tradição de honrar os compromissos e resolver os desafios técnicos colocados pelos seus clientes, tornando o que parecia impossível e um mero sonho numa nova e concreta realidade, que continuará a alicerçar o nosso futuro.

E por falar no futuro…

Falando no futuro, uma nova e promissora oportunidade foi concretizada através de um protocolo de colaboração entre duas entidades de relevo na área da engenharia nacional, o ISQ e o CEIIA – Centro para a Excelência e Inovação na Indústria Automóvel.

Como primeiro reflexo prático desta parceria e graças à experiência adquirida com o ensaio da semi-asa, o ISQ começou a executar os ensaios de qualificação de alguns componentes KC 390 avião de transporte militar da Embraer. Foram já efetuados com êxito ensaios de choque e limite estático do leme de profundidade “elevator” deste aparelho, encontrando-se a decorrer os ensaios de fadiga e os ensaios de tração “Load Bearing” a variadíssimos provetes representativos deste modelo.E assim, aliando conhecimentos complementares, conjugando esforços, trabalhando em equipa e acreditando em nós próprios, conseguiremos recolocar Portugal no seu lugar de mérito que a história lhe reservou, como muito bem canta o poeta

PASSARO: Capacidades de Inovação de testes funcionais e estruturais  de estruturas aéreas

O projeto PASSARO tem como objetivo trabalhar em diversas áreas relacionadas com testes funcionais e estruturais, bem como com estruturas avançadas.

O PASSARO contribuirá para o desenvolvimento de estruturas inteligentes e multifuncionais, para a automação dos processos e tecnologias produtivos associados à manutenção na abordagem Indústria 4.0, aplicada a dois demonstradores em escala real (dois cockpits e demonstradores de asas específicos para a plataforma de desenvolvimento inovador de aeronaves da Regional Aircraft’s (IADP).

SAGRES SMART

Suporte inteligente para prospeção geológica no fundo do mar baseada em recursos espaciais

O ISQ está a desenvolver o projeto SAGRES, baseado em serviços de deteção remota e em big data analytics, que recolhe informação de satélites de observação da terra da Agência Espacial Europeia (ESA).
O objetivo é desenvolver e implementar um serviço de consultoria web, baseado numa plataforma de suporte à decisão (PSD) que combina dados de observação da Terra de diversas fontes (OE) com inteligência artificial / Machine Learning (AI / ML) para melhorar a prospeção e exploração com vantagens para a indústria de exploração mineira em alto mar (DSM).
Este projeto inclui novas áreas de competência para o ISQ, que vão desde o conhecimento da instrumentação embarcada em satélites, sistemas de informação geográfica e big data analytics, bem como competências base em geologia e oceanografia.
O ISQ neste projeto tem o apoio da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e da Estrutura de Missão para a Extensão da Plataforma Continental (EMEPC).