COBERTURA ESPECIAL - Especial Espaço - Tecnologia

14 de Setembro, 2020 - 09:10 ( Brasília )

Constelação de Satélites Brasileira para os Desafios Nacionais



Constelação de Satélites Brasileira para Desafios Nacionais
 

Os satélites são usados a cada instante para receber e transmitir um grande leque de dados e informações. Por operarem no espaço, os satélites têm a vantagem de se comunicar e coletar dados sem serem prejudicados pelas limitações da cobertura terrestre. De suas posições privilegiadas podem acessar grandes áreas da superfície da Terra, coletar dados mais rapidamente do que instrumentos no solo e fornecer serviços com um nível incomparável de ubiquidade.

A cada dia, bilhões de pessoas atuando em entidades governamentais, empresas ou individualmente usam os serviços oferecidos por satélites, sendo que a maioria delas nem se dá conta da importância dos serviços satelitais nos seus cotidianos. Qualquer um que usou seu telefone celular, fez uma transação online, assistiu TV, navegou na Internet em um avião, localizou uma loja ou restaurante em um smartphone ou tablet ou usou o sistema de navegação do seu carro, usou um serviço satelital de alguma forma.

A décadas satélites tem sido empregados em diversas aplicações tais como comunicações, meteorologia, observação da terra, navegação, geo posicionamento, e aplicações científicas. Porém nos últimos 5 anos a Indústria Espacial está passando por uma transformação rápida e radical em relação ao número de satélites, valor e massa, além de novas aplicações crescentes tais como: IoT / M2M, Tele Educação e Medicina, Conectividade Global

O ambiente ou mercado espacial pode ser dividido em ‘upstream’ e ‘downstream’, sendo o primeiro associado às atividades realizadas até ter o satélite lançado e iniciando a operação no espaço, enquanto que o seguimento ‘downstream’ consiste na exploração dos serviços e informações gerados a partir da operação dos satélites. Apesar do segmento ‘upstream’, caracterizado pela fabricação dos satélites, lançadores, bases de lançamento e dos próprios lançamentos, apesar de ser muito mais vistoso e associado pelo público como atividades espaciais, representam juntos menos de 10% do valor do mercado Espacial.

O seguimento de ‘downstream’ também está passando por uma grande mudança no modelo de negócio e maiores mercados. Até recentemente os serviços representavam cerca de 60% e o seguimento de solo 30% do mercado. Mas isso está mudando rapidamente e a tendência é uma divisão quase que igual entre os serviços de operação e as atividades ligadas ao seguimento de solo.

Esta rápida mudança no mercado Espacial decorrente de avanços tecnológicos e novos modelos de negócios tem sido chamado de ‘Novo Espaço’ e se caracteriza pelo grande aumento não só no número mas principalmente na participação de satélites cada vez menores e operando em órbitas mais baixas, LEO.

O valor previsto para grandes satélites em órbita GEO permanecerá constante, cerca de 40%, enquanto que o número de satélites em órbita LEO passará a predominar tanto em número, 77%, mas também na massa total, 45%, de satélites operando.

Na próxima década os satélites de Observação da Terra passarão a ser o principal mercado, basicamente trocando de posição e participação no mercado com os satélites de comunicação. Outra mudança significativa é que cerca de 2/3 dos serviços serão prestados por constelação de satélites menores contra menos de 1/4 de hoje.

Uma constelação é um conjunto de satélites, com características e funções semelhantes, que possuem um objetivo específico quando em órbita. Um exemplo são os satélites que estão sendo lançados para ampliar a comunicação na Terra, oferecendo internet banda larga para todas as regiões do mundo, como é o caso da constelação de satélites da OneWeb com mais de 700 satélites e da SpaceX, que fala em colocar em órbita até 12 mil desses artefatos.  Apesar de resolver os problemas de contato contínuo com a superfície, o alto custo ainda é um obstáculo para utilização massiva. O surgimento de um novo conceito, denominado de “New Space” (Novo Espaço) utilizando cubesats, da classe dos nano satélites com massa final variando de 1 kg até 40 kg, abre um vasto horizonte de possibilidades. Os cubesats são constituídos por peças padronizadas disponibilizadas no mercado, que possibilitam a montagem de nano satélites em tempo muito curto e com baixo custo.

O Brasil também tem suas pretensões de conquistar o “New Space” com constelações próprias de micro e nano sats. Um dos objetivos seria o monitoramento ambiental. Para os propósitos ambientais, uma constelação de satélites promete maior eficiência na coleta de dados. Dotados de tecnologia mais moderna, uma constelação com nano satélites tem a vantagem da revisita a um mesmo local em um menor espaço de tempo, obtendo uma quantidade maior de informações sobre aquela localidade, além de maior precisão dos dados. Por exemplo, em uma região atingida por um incêndio florestal de grandes proporções, a constelação fornecerá mais informações sobre o avanço do fogo em um menor espaço de tempo, permitindo análises mais rápidas da situação de risco e tomadas de decisões mais assertivas. Com os nano satélites, mais sistemas passam pela mesma localidade, registrando os dados.

Eventos ambientais registrados recentemente no Brasil, como o aumento do desmatamento registrado na Amazônia e até mesmo vazamento de óleo que atingiu o litoral nordestino e parte do litoral do sudeste do país poderiam ser registrados com eficiência por uma constelação de satélites, permitindo a identificação do problema no início e, consequentemente, a adoção de medidas protetivas com mais agilidade e eficiência.

O desmatamento na Amazônia seguiria o mesmo princípio. Ao revisitar o mesmo local mais vezes, a constelação de nano satélites fornece imagens e dados precisos sobre o aumento desse desmatamento, identificando com precisão e rapidez os locais que estão sendo alvos desse tipo de crime ambiental. Devido à precisão das imagens fornecidas pelas câmeras de nano satélites, que possuem uma resolução espacial de 3 metros (veja mais abaixo), até mesmo o registro de qual maquinário está sendo usados na extração ilegal de madeira ou na exploração ilegal de recursos naturais torna-se possível.

No caso do vazamento de óleo, o evento poderia ter sido registrado assim que o derramamento se iniciasse, com isso seria possível, além de adotar medidas mitigadoras para evitar que o óleo atingisse as praias, identificar a origem do vazamento e a punição dos envolvidos. Tecnologia para isso já existe na indústria nacional e o país se beneficiaria com a aplicação delas.

Esse mesmo conceito poderia ser aplicado no monitoramento de grandes áreas como, por exemplo, a nossa Amazônia Azul. Nem mesmo as mais poderosas marinhas do mundo teriam meios de superfícies suficiente para monitorar, 24x7, aproximadamente 4,5 milhões de km2 de aguas. Uma constelação de nano satélites poderia monitorar constantemente essa área com uma taxa de revisita compatível com o deslocamento das embarcações nas águas azuis monitorando atividades ilícitas tais como: pesca e exploração ilegal das nossas plataformas continentais. Além da monitoração desta enorme área, esse conceito traz ainda a vantagem de aperfeiçoar os meios navais e aéreos caso haja a necessidade de intervenção da força.

A constelação de satélites ópticos é componente essencial de um sistema de monitoramento completo e eficaz. Um sistema que faça uso de dados obtidos com sensores radar e óptico é ideal para o monitoramento contínuo dos recursos naturais bem como para identificação de outros alvos sobre a superfície.  A identificação precisa de alvos sobre a superfície requer a fusão de dados de diferentes sensores, em especial dados de radar e ópticos multiespectrais. A identificação de alvos, como por exemplo, a determinação precisa da área (em metros quadrados) de uma região desmatada depende fortemente da resolução espacial do sensor, isto é de sua capacidade de distinguir dois objetos próximos. A identificação de alvos com sensores ópticos é feita com grande facilidade em face da semelhança de como percebemos a realidade com nossos olhos. Já os sensores operando na região de rádio frequência (radares) fornecem dados indiretos e requerem processamento complexo. Para a mesma capacidade de identificação de alvos, os sensores radar (SAR) precisam ter resoluções espaciais três a cinco vezes melhores que a dos sensores ópticos. A possibilidade de detectar alvos com cobertura de nuvens é sem dúvida um grande diferencial dos sensores radar, mas a precisa identificação dos mesmos somente é alcançada após a utilização de imagens ópticas. São sistemas complementares e qualquer sistema de monitoramento e vigilância espacial não pode prescindir deles.

A aeronave R-99 desenvolvimento dedicado para o monitoramento ambiental da região amazônica dentro do programa SIVAM, coordenado pela FAB, é um exemplo clássico de complementariedade das duas tecnologias. A aeronave R-99 tem entre os seus sistemas de missão, um radar SAR e também dois sistemas óticos sendo que um deles é um sistema ótico multiespectral.

Diferença entre satélite convencional e nano satélite

Mas por que essa corrida mundial por nano satélites? As diferenças vão desde o tamanho, valores investidos e tempo de vida de cada equipamento.

Um satélite convencional chega a pesar algumas toneladas, enquanto que os nano satélites pesam no máximo apenas poucas dezenas de quilogramas. Os investimentos para a produção também são bem diversos. O Satélite Geoestacionário de Defesa e Comunicações Estratégicas (SGDC), por exemplo, custou ao Governo Brasileiro em torno de R$ 2,8 bilhões. Já um nano satélite pode ser construído com um investimento menor que R$ 5 milhões.

A plataforma do nano satélite é padronizada utilizando peças e equipamentos comerciais de baixo custo e disponíveis no mercado internacional e o Brasil tem uma vasta experiência em conceber, especificar e integrar sistemas. Portanto, neste cenário, o Brasil é autossuficiente no desenvolvimento de nano satélites. Entretanto  a missão a ser realizada é específica e o instrumento necessário deve ser desenvolvido para cada caso.
 
Câmeras

No caso da geração de imagens da superfície terrestre, os olhos dos satélites são suas câmeras que captam dados através de sensores dedicados e sistemas integrados e os transmitem para a Terra. Uma das poucas empresas em todo o mundo a dominar a tecnologia de câmeras compactas de alta resolução é brasileira. Depois de empregar todo o know how nas câmeras para satélites convencionais, a Opto Space & Defense, empresa do Grupo Akaer, desenvolveu a nano câmera E3UCAM, que vai integrar a prova de conceito do nano satélite VCUB, que está sendo desenvolvido pela Visiona, empresa do Grupo Embraer.

A Opto S&D já está presente nos satélites brasileiros CBERS-4 e CBERS- 4A com as câmeras MUX e WFI.

A nano câmera da Opto S&D foi desenvolvida com arquitetura, fabricação e integração 100% nacional, e foi concebida de forma modular e escalável considerando a aplicação em constelações de satélites, deste modo são um equipamento de última geração e alinhado com as novas perspectivas mundiais e do conceito de New Space. Utilizando componentes puramente reflexivos (espelhos) e tecnologia TDI, a nano câmera será capaz de captar imagens em alta resolução. Com um sistema óptico formado por três espelhos, a câmera produzirá imagens com resolução espacial de 3 metros de uma área de 14km x 14km.

Para se ter uma ideia, a câmera MUX, presente no satélite convencional CBERS-4A tem uma resolução média de 20 metros em uma cena de 120 km x 120 km.

 




Comparativo de especificações

 

  E3UCAM WFI MUX
Dimensões 100 x 100 x 340 mm 520 x 310 x 310 mm 820 x 320 x 320 mm
Massa < 6 kg 60 kg 120 kg
Consumo elétrico < 15 W 50 W 90W
Resolução no solo 3,7 m 64 m 20 m
Largura da faixa 15 km 730 km 120 km
Bandas espectrais 4 (até 5) 4 4
 

 
A nano câmera foi desenvolvida contando com recursos da Fapesp e da Finep. Por meio desse suporte, a Opto S&D desenvolveu um mecanismo de telecomando exclusivo de controle de foco térmico, permitindo a captação de imagens mais precisas. O processamento dos dados captados também passa por tecnologia de última geração, com o emprego de algoritmos de compressão que reduzem em até quatro vezes a taxa de transmissão de dados das imagens captadas, facilitando o envio e o armazenamento das informações.

“Portanto o país é autossuficiente no desenvolvimento e produção de constelação de nano satélites. Domina todo o ciclo de desenvolvimento, desde sua concepção até sua fabricação incluindo a instrumentação óptica de alta resolução para uma miríade de aplicações, como sensor de vigilância para sistemas de defesa, monitoramento ambiental, agricultura de precisão entre outras. Essa entrada no New Space permite que o país pule etapas, recuperando tempo perdido para ser um ator importante no cenário internacional”, conclui o CEO da Opto S&D, Claudio José Rodrigues Carvas.
 
Sobre o Grupo Akaer

Fundada em 1992, a holding Akaer é considerada um dos grupos empresariais mais importantes do país, composta pelas seguintes empresas: Akaer Engenharia, com mais de 27 anos de experiência no mercado, a Akaer engenharia se especializou em fornecer soluções integradas de engenharia para as áreas Aeronáutica, defesa e mineração; Troya, dedicada ao projeto, desenvolvimento e fabricação de dispositivos de montagem e fabricação (ferramental) fixos e flexível, plataformas e automação; Equatorial, responsável pelo desenvolvimento, projeto e integração de sistemas espaciais e carga útil para satélites; e Opto Space & Defense, voltada para o desenvolvimento de projeto e integração de tecnologias e produtos optrônicos.

O grupo conta com uma estrutura de 18.000 m2 de área construída, seis prédios e capacidade para cerca de dois mil funcionários, capaz de absorver uma industrialização avançada com foco na alta tecnologia. A Akaer também conta com a sede da Opto S&D, em São Carlos (SP). Uma infraestrutura moderna que a permite atuar em todo o ciclo de desenvolvimento, qualificação e fabricação de optrônicos para espaço e defesa.

O Grupo Akaer é desenvolvedor de produtos e integrador de primeiro nível para os setores aeronáutico, espacial e de defesa tanto no Brasil quanto no exterior. Devido à expertise nessas áreas, o Grupo Akaer atende os grandes players mundiais do setor como Embraer, Boeing e Airbus e participa de projetos estratégicos para o Brasil como o cargueiro KC-390, da Embraer, o caça Gripen NG da Saab, e as câmeras MUX e WFI para os satélites do programa CBERS.



Nota do Editor

A Live "Os Desafios e Perspectivas par a o Programa ESPACIAL BRASILEIRO" traz uma excelente análise sobre os objetivos e características da "Constelação de Nano Satélites".

Acesse clicando na imagem abaixo.




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