O documento descreve os materiais usados na construção de veículos espaciais, necessitando resistir a temperaturas extremas. Placas cerâmicas são usadas para suportar até 1260°C, enquanto compósitos de carbono suportam até 1650°C. Ligas metálicas com alta temperatura de fusão são usadas em outras áreas, priorizando leveza e resistência para lançamento e órbita.

1. Helbert Andrade
Professor: Tarcísio de Oliveira
Engenharia de Materiais
Seleção de Materiais

2.  Objetivo
 Introdução
 Desenvolvimento
 Considerações Finais
 Referências Bibliográficas

3. Apresentar as principais características da indústria aeroespacial , as
expectativas em relação aos materiais para aplicação destacando suas
principais propriedades.

4. Sem as naves que o levaram até o espaço, o homem não saberia tanto
sobre o Universo e a própria Terra. Construir foguetes para voar além da
atmosfera, sob duras condições, requer eficiência e precisão.
Embora hoje seja comum subir ao espaço, construir um veículo para voar
além da atmosfera não é tão “simples” quanto fabricar um avião, embora
alguns princípios sejam semelhantes. Sujeitos a duras condições,
inexistentes na Terra, como o vácuo ou as extremas variações de
temperatura, os foguetes e ônibus espaciais são projetados, construídos e
testados em função das condições espaciais. Lá em cima, eles nem
sequer se comportam como objetos terrestres.

5. Ao saltar do Módulo Lunar Apolo e colocar os pés na Lua , o astronauta
americano Neil Armstrong virou celebridade mundial. 5% da população do
planeta—
testemunhou na noite de 20 de julho de 1969 aquele histórico.
Ao voltar para a Terra, o Módulo de Comando Apolo despencou sobre o
Oceano Pacífico, completando a missão com sucesso. Hoje, as viagens
dos ônibus espaciais tripulados, que não mais despencam do céu mas
aterrissam comportadamente em pistas, como aviões, já não prendem
telespectadores boquiabertos à frente do aparelho. Ir ao espaço se tornou
uma viagem sem mistérios.
A Indústria Aeroespacial

6. Embora hoje seja comum subir ao espaço, a importância dos detalhes
na construção das aeronaves permanece, tendo sempre melhorias a
serem desenvolvidas.
Da aprovação do projeto ao lançamento, a construção de um foguete
pode durar oito anos.
Uma fábrica de foguetes utiliza as mesmas ferramentas de base que
uma de aviões, e não envolve muitos processos automatizados, sendo
a maior parte do trabalho feita com instrumentos manuais.

7. A nave espacial funciona sempre no limite, como um carro de Fórmula
1 em relação a um carro comum —
é mais eficiente, mas tem mais
chance de falhar. Leveza e resistência são condições básicas em
naves desenvolvidas para atravessar os 160 quilômetros de atmosfera,
chegar ao vácuo e ainda entrar em órbita, o que só conseguem
quando atingem a velocidade de 27 000 quilômetros por hora.

8. Além da temperatura interna, as naves espaciais têm que enfrentar
também alguns problemas quentes do lado de fora. Antes que
qualquer nave seja lançada ao espaço, é feita uma série de testes
para controle de qualidade, uma preocupação maior desde que a
Challenger explodiu segundos depois do lançamento, em 1986. Tudo
em nome da máxima eficiência e da segurança. “ Não pode existir
mais de uma chance em 10 milhões de que uma máquina dessas
mate um homem ”.

9. Esquema de uma aeronave espacial.
Fonte: :
http://pt.wikipedia.org/wiki/Projeto_Apollo#mediaviewer/Ficheiro:Modulo_Comando_e_Serv
i%C3%A7o_Apollo.gif, acessado em 31/05/2014.

10. A operação bem-sucedida do Ônibus Espacial depende de uma
superfície exterior, ou "pele", totalmente reutilizável, conhecida por
Sistema de Proteção Térmica (TPS — Thermal Protection System), que
protege a fuselagem interior e os seus ocupantes do calor excessivo
gerado durante a fase de reentrada do espaço para a atmosfera terrestre.
O desenvolvimento desse Sistema de Proteção Térmica evoluiu ao longo
de um período de vinte anos, e consiste em um problema de projeto e
seleção de materiais clássico e relativamente complexo.

11. Espera-se:
• Manter a temperatura na fuselagem interna em um nível abaixo daquele
para o qual ela foi projetada [qual seja, 175 °C , para uma temperatura da
superfície exterior máxima de 1260 °C ].
• Permanecer reutilizável por 100 missões, com um tempo máximo de
retorno às suas condições iniciais de 160 horas.
• Proporcionar e manter uma superfície exterior aerodina -
micamente lisa.

12. • Ser construído a partir de materiais de baixa densidade.
• Suportar temperaturas extremas entre -110°C e 1260°C).
• Ser resistente a gradientes térmicos severos, bem como a rápidas
variações de temperatura.
• Ser capaz de suportar as tensões e vibrações experimentadas durante o
lançamento, bem como as tensões termicamente induzidas e impostas
durante variações de temperatura.

13. • Experimentar uma absorção mínima de umidade e de outros
contaminantes durante o armazenamento entre missões.
• Ser construído de modo a se aderir à fuselagem, a qual é construída
a partir de uma liga de alumínio.

14. Vários sistemas de materiais diferentes são empregados nos Ônibus
Espaciais, cujos projetos específicos dependem da máxima temperatura
superficial exterior gerada durante a reentrada do veículo na atmosfera
terrestre.

15. Os perfis de temperatura máximos tipicamente encontrados durante a
reentrada estão mostrados na Fig. 23.15.

16. A composições dos materiais e localizações no ônibus espacial, estão
listados na Tabela 23.5.

17. As localizações desses vários sistemas estão indicadas na Fig. 23.16

18. São impostas restrições mais rígidas
para os materiais que estão localizados
nas regiões do Ônibus Espacial expostas
a temperaturas na faixa entre 400 e
1260°C, decidiu-se então utilizar um
material cerâmico relativamente com-
plexo na forma de placas ou azulejos.

19. As placas FRCI são compostas por um
compósito que contém 78% de fibra de
sílica e 22% de fibra de borossilicato de
alumínio; a designação FRCI vem de
Isolamento por Compósito Fibroso
Refratário (Fibrous Refractory Composite
Insulatiori).

20. O adesivo que cola todo esse sistema, e este à fuselagem, deve
sobreviver a exposições repetidas a pelo menos 290°C deve
curar à temperatura ambiente, e deve ser capaz de preencher
quaisquer irregularidades na estrutura da fuselagem. O único
material que preenche todas essas exigências é um adesivo RTV
à base de silicone.

21. Durante a reentrada, algumas regiões da superfície do Ônibus
Espacial são expostas a temperaturas superiores àquelas que as
placas cerâmicas são capazes de suportar (1260°C). Especificamente,
essas áreas são a ponta do nariz e as arestas dianteiras das asas
(Fig. 23.15), onde as temperaturas podem chegar a 1650°C. O
material que foi projetado para uso nesses locais é um compósito de
carbono reforçado com carbono (RCC — Reinforced Carbon-Carbon).

22. Obviamente, outros materiais além daqueles que já foram citados são
utilizados no Ônibus Espacial. Por exemplo, as janelas são feitas a partir
de materiais de vidro. Ainda, como pode ser observado na Fig. 23.16,
ligas metálicas são usadas para algumas superfícies expostas.
Tipicamente, essas ligas possuirão temperaturas de fusão elevadas e,
preferencialmente, densidades relativamente baixas. São exemplos as
ligas de berílio, nióbio, titânio, aço inoxidável (ligas 316) e diversas
superligas (ligas Inconel 718, 625, 750, e liga de Haynes 188).

23. Tendo em vista a necessidade de materiais com propriedades distintas
e específicas, no intuito de sucesso na produção das aeronaves
espaciais, algumas restrições em relação aos custos de projeto e de
fabricação desses materiais não são tão rígidas como seria esperado
para aplicações comerciais normais, o que facilita o desenvolvimento
de novos projetos na área.

24. CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais – Uma
Introdução. 5ª ed., Rio de Janeiro, 2002, Livros Técnicos e Científicos S.A.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Projeto_Apollo, acessado em 31/05/2014.