Cientistas da NASA utilizam tinta especial para design de foguetes

Não é de hoje que o ser humano sonha em conquistar o espaço. Quase 50 anos depois de pisar na Lua1, os objetivos de ir cada vez mais longe e desbravar mais do desconhecido só aumentam (e parece que as perspectivas são boas, a NASA relatou ter observado sete planetas habitáveis recentemente2). Claro que conquistas como essas apenas são possíveis com o desenvolvimento de tecnologia para analisar as condições do espaço e também para desenvolver foguetes cada vez mais avançados, garantindo segurança e economia nas missões espaciais.

Uma das principais partes do projeto de foguetes e de tecnologias espaciais é a fase de testes em túneis de vento. A NASA atualmente possui mais de vinte túneis de vento3, com capacidade para realização de testes e experimentos em diversas escalas. Fotos do maior túnel de vento do mundo (abaixo), localizado na NASA Ames,  Califórnia, EUA, dão uma ideia de quão grandes podem ser esses equipamentos.

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Maior túnel de vento do mundo, localizado na NASA Ames, na Califórnia.

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Avião FA-18 no túnel de vento da NASA Ames. Fonte das imagens: https://www.nasa.gov/centers/ames/multimedia/images/2005/nfac.html

Existem diferentes técnicas e experimentos que podem ser realizados em túneis de vento. Estes túneis podem ser equipados com diversos tipos de instrumentação que são utilizadas para coletar dados relevantes ao experimento a ser realizado. Em alguns túneis, as forças do vento agindo no modelo sendo testado podem ser medidas diretamente através do eixo onde o modelo está localizado4. É comum obter medidas de pressão através de sensores de pressão localizados no modelo a ser testado e utilizar os resultados obtidos para calcular coeficientes de performance e eficiência do modelo. Ainda existem casos onde propriedades como velocidade e temperatura do ar deslocado pelo modelo são medidos por sensores de pressão, sensores de velocidade ou medidores a laser.4

Para algumas aplicações, é necessário obter medidas mais próximas à superfície do modelo a ser testado. Isso muitas vezes é difícil, dependendo do formato do modelo e das condições de instrumentação do túnel onde o modelo se encontra. Para tentar melhorar o acesso a informações sobre o fluxo do ar sobre um modelo em túnel de vento, cientistas inventaram uma técnica de medida chamada pressure sensitive paint, PSP (tinta sensível a pressão, em tradução livre).

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Nettie Roozeboom, engenheira da NASA, verificando um modelo de veículo de lançamento especial coberto com PSP que brilha quando exposta a luz azul. Na foto, o modelo está instalado para teste em um túnel de vento na NASA Ames, Califórnia. Fonte da imagem: https://www.nasa.gov/aero/power-of-pink-provides-nasa-with-pressure-pictures

PSP funciona de maneira simples. Uma camada fina da tinta sensível a pressão é aplicada sobre o modelo a ser estudado no túnel de vento. Depois de seco, o modelo é instalado no túnel de vento, equipado com luzes LED da cor azul e com câmeras especiais para gravar o experimento. Quando o túnel é ligado, uma corrente de vento é produzida e ar flui sobre o modelo testado, causando regiões de diferentes pressões sobre o modelo. A luz LED excita moléculas conhecidas como luminophores, fazendo com que a tinta sobre o modelo brilhe. Ao mesmo tempo, devido à composição química da tinta, moléculas de oxigênio saturam os luminophores. Regiões de alta pressão possuem mais oxigênio, então a tinta brilha com menos intensidade do que em regiões de baixa pressão, com pouco oxigênio. As diferenças entre quanto a tinta fluoresce relacionada à pressão aplicada no modelo são registradas pelas câmeras. As imagens em preto e branco resultantes deste teste são analisadas em escala de cinza. Os diferentes tons de cinza são então convertidos para uma escala colorida indicativa dos diferentes níveis de pressão observados na superfície do modelo.5

Com o passar do tempo a técnica foi se aprimorando e, hoje em dia, uma tinta sensível a pressão foi responsável pela viabilização de testes de aerodinâmica na NASA Ames. Essa técnica é chamada unsteady PSP (PSP instável, tradução livre). Ela é utilizada para medir flutuações nos valores da pressão e forças agindo sobre uma aeronave ou espaçonave. A seguir, um vídeo para ilustrar o uso desta tecnologia em uma simulação de um modelo de foguete.

Este video mostra a visualização de medidas de pressão instável afetando um modelo de espaçonave, durante a simulação do lançamento em um teste de túnel de vento. Tanto aeronaves quanto espaçonaves devem ser projetadas para aguentar forças dinâmicas, ou arriscar serem quebradas em pedacinhos. Neste teste, foram observadas vibrações que ocorrem quando veículos se movem em regiões de ar turbulento.

Grandes desenvolvimentos na área de instrumentação em túneis de vento são contribuições essenciais para o avanço das tecnologias que viabilizam a conquista da exploração espacial. São pequenos detalhes como este da tinta sensível a pressão que trazem a humanidade um passo mais perto do desconhecido.

Referências:

1 https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/apollo11.html

2 https://www.nasa.gov/press-release/nasa-telescope-reveals-largest-batch-of-earth-size-habitable-zone-planets-around

3 https://www.nasa.gov/centers/langley/news/factsheets/WindTunnel.html

4 https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/tuntest.html

5 https://www.nasa.gov/ames/image-feature/chaotic-airflow-over-rocket-measured-in-groundbreaking-test

 

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