O documento descreve o desenvolvimento do subsistema de paraquedas para a plataforma SARA Suborbital. Foram realizados cálculos estruturais e simulações para dimensionar os paraquedas e garantir que eles desaceleram a cápsula com segurança durante a reentrada na atmosfera. Também foram desenvolvidos testes e ensaios funcionais dos componentes para qualificar o projeto de engenharia antes dos voos de teste.

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IX Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
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PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO E QUALIFICAÇÃO DO SISTEMA DE
PARAQUEDAS DA PLATAFORMA SARA SUBORBITAL
XII INIC / VIII EPG - UNIVAP 2009
Denis1
G. V; Loures2
, L. E. V; Lízia3
O. A. D.
1
IAE - Institututo de Aeronáutica e Espaço/ASE- Divisão de Sistemas Espaciais, Praça Mar Eduardo Gomes,
50, Vila das Acácias, CEP 12228-904, São José dos Campos – SP, Brasil, denisgvieira@yahoo.com.br
2
IAE - Institututo de Aeronáutica e Espaço/ASE- Divisão de Sistemas Espaciais, Praça Mar Eduardo Gomes,
50, Vila das Acácias, CEP 12228-904, São José dos Campos – SP, Brasil, loures@iae.cta.br
3
UNIVAP – Universidade do Vale do Paraíba – Avenida Shishima Hifumi, 2911, Urbanova, São José dos
Campos – SP – Brasil. 12244-000, E-mail: lizia@univap.br
Resumo- O presente trabalho estabelece cálculos dimensionais dos paraquedas que constituirão o
Subsistema de Recuperação do SARA Suborbital. O artigo consiste simulações estáticas e dinâmicas do
sistema em vôo dos paraquedas e processos de qualificação do modelo de engenharia através de ensaios
e testes.
Palavras-chave: Subsistema, SARA Suborbital, Ensaio, Contêiner, Paraquedas.
Área do Conhecimento: Engenharia Aeronáutica e Espaço.
Introdução
Para a realização de experimentos científicos e
tecnológicos em ambiente de microgravidade vem
sendo utilizado o mais diferente meio: torres de
queda livre, aeronaves em vôo parabólico, foguete
de sondagem e plataformas espaciais.
É de concepção do Projeto SARA estabelecer o
“return-on-request”, sendo inovador e realista para
os usuários dos experimentos científicos e
tecnológicos de pequeno porte, e para os
propósitos e domínio tecnológico das instituições
participantes. O SARA é definido como um satélite
de pequenas dimensões, operando em órbita
baixa, com capacidade de transportar
experimentos científicos e/ou tecnológicos de
microgravidade de pequeno porte que possam
elucidar fenômenos que ocorrem no ambiente
espacial na ausência aparente da atração
gravitacional, sendo posteriormente conduzido a
Terra, recuperado com amerrissagem na água a
100 km da cidade de Parnaíba (PI) e, reutilizado.
No desenvolvimento do sistema, os maiores
desafios estão relacionados com:
• Dinâmica de reentrada na atmosfera terrestre;
• Especificação, desenvolvimento e projeto do
sistema de proteção térmica;
• Modelagem da aerotermodinâmica de
reentrada;
• Projeto do sistema de recuperação em solo.
O projeto SARA Suborbital consiste da
utilização do veículo VS40/V03 como meio para
ensaios em vôo suborbital da Plataforma Orbital
Recuperável SARA.
Tem massa máxima de 305 kg e atuará em vôo
simulando características similares com objetivo de
validar cálculos e testar equipamentos e sub-
sistemas.
Constitue-se de carenagem externa na forma
de uma coifa estendia, comportando uma estrutura
interna para recebimento das redes elétricas de
serviços, telecomando, de segurança, de controle,
um módulo de experimentação em ambiente de
microgravidade ilustrado na Figura 1 a seguir.
Figura 1 - Modelo do SARA Suborbital desenvolvido no Pro-E
O conjunto VS40 / SARA Suborbital deverá ser
lançado a partir do Centro de Lançamento de
Alcântara. Com fins de redução de apoio logístico
a trajetória de lançamento prevê alta elevação e

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baixo azimute, com separação do SARA
Suborbital. O resgate será feito com a utilização
de dois helicópteros, sendo um destinado ao
resgate e o outro a observação, apresentado na
Figura 2.
Figura 2 - Trajetória do SARA Suborbital.
A Plataforma SARA Suborbital é subdividida
em quatro subsistemas – o Subsistema Estrutural,
o Subsistema de Redes Elétricas, o Subsistema
de Recuperação e o Subsistema do Módulo de
Experimentação (MEXP).
Os estudos levaram a uma configuração que
considera o Subsistema de Recuperação (SR)
formado por um paraquedas de arrasto
denominado Blade Ribbon, muito utilizados em
paraquedas de arrastos pelos USA, tem as
funções de desacelerar a alta velocidade de
reentrada estimada de 161,34 m/s da cápsula para
60 m/s, momento de extração dos dois
paraquedas principais responsáveis por garantir
diminuição da velocidade de impacto com a água
à 10m/s. O subsistema também possui um Bloco
de Separação, parte mecânica constituída de dois
atuadores responsáveis pela abertura dos dois
eventos e Contêiner com Tampa, ambos
revestidos internamente por cortiça tem a função
de proteger termicamente os componentes
internos do subsistema no momento de reentrada
da cápsula.
O desenvolvimento do Subsistema de
Recuperação é um processo complexo de caráter
multidisciplinar em que várias áreas da
engenharia, estão envolvidas. Dentre as áreas
principais para o desenvolvimento, duas são o
foco desta proposta: a área de Projeto e a área de
Análise e Qualificação.
Metodologia
Estudos de trajetória foram elaborados para
cálculos posteriores do dimensionamento dos
paraquedas, cargas e análises estruturais dos
componentes e chegou-se a ao seguintes perfil de
missão:
Figura 3 – Perfil de missão da abertura dos paraquedas
O Dimensionamento dos paraquedas para
resistir as cargas atuantes no subsistema, foi
realizado segundo os valores e parâmetros da
tabela 1 a seguir nas condições do início da
abertura dos paraquedas.
Tabela 1 – Valores e Parâmetros
Parâmetros Valor Unid.
Massa da cápsula (Mc) 305
Altitude Inicial (H0) 6100
kg
m
Velocidade Inicial dos pqds Princ. (Vm) 60 m/s
Coeficiente de Arrasto da Cápsula (Cc) 0,25 -
Altitude Inicial abertura pqds Principais (HP) 3600 m
Pressão Dinâmica Inicial (qd) 16000 Pa
Área Total dos pqds Principais (Sp2) 80 m2
Área do pqd Principal (Sp1) 40 m2
Coef. de Arrasto dos pqds Principais (CDp) 0,65 -
Coef. de arrasto do pqd Arrasto (CDd) 0,46 -
Densidade do ar à 6100 m (ρd) 0,66 kg/m3
Denisidade do ar à 4500 m (ρp) 0,77 kg/m3
Fator de Carga (G) 12 -
Gravidade (g) 9,81 m/s2
Com os dados acima levantados calculou-se o
dimensionamento e as cargas máximas dos
paraquedas de arrasto e principais de acordo com
as seguintes equações:
Velocidade da cápsula sem atuação do paraqueda
de arrasto:
A desaceleração máxima da cápsula com o
paraquedas de arrasto acionado será:
O cálculo da carga máxima de abertura do
paraquedas de arrasto será:
Área máxima do paraquedas de arrasto:

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Área de arrasto necessária dos paraquedas
principais
O cálculo da área dos dois paraquedas principais
tem a seguinte equação:
Para o cálculo da velocidade de do momento da
abertura dos paraqueds principais seguiu-se a
seguinte equação:
O cálculo da força máxim de abertura para 2 (dois)
paraquedas principais acionados será:
Com os resultados das cargas atuantes,
elaborou-se um estudo de mercado para possíveis
atuadores elétricos com qualificação espacial,
responsáveis pela liberação dos dois eventos
existentes. O modelo do motor elétrico do atuador
que atende as exigências do projeto é o SNR 9700
NUT ilustrado na figura 4 a seguir:
Figura 4 - Atuador
De acordo com cálculos preliminares de
resistência dos materiais, foi elaborado com
auxílio do Pro/Engineer, ferramenta de CAD
utilizada para desenvolver desenhos em 3D,
tornando possível importar os modelos criados
para outros softwares para análise estrutural a
seguinte concepção do Contêiner com Tampa e
Bloco de Separação:
Figura 5 - Vista Isométrica do modelo conceitual
O modelo gerado no Pro-E, obedeceu todas as
dimensões proposta em engenharia de projeto. Os
desenhos do SR foram criados separadamente em
partes, e posteriormente essas peças foram
integradas em um conjunto formando apenas um
dos cilindros, e finalizando com a integração dos 3
cilindros mais o prato básico.
O Subsistema de Recuperação divide-se em
Contêiner, Tampa com Aba Piloto e Copo com
molas, Bloco de Separação, Destorcedor, ilustrado
em vista explodida na figura 6.
Figura 6 - Vista Explodida do modelo conceitual
O processo de qualificação do modelo de
engenharia do subsistema será através dos
seguintes ensaios determinados:
• Análise Estática do Modelo de Engenharia: as
condições no modelo matemático de elementos
finitos;
• Análise Dinâmica do Modelo de Engenharia: as
condições no modelo matemático de elementos
finitos;
• Ensaio Estrutural do Modelo de Engenharia:
Tem como objetivo o teste de vibração do
conjunto, garantindo o funcionamento de
abertura após
• Ensaios de Carregamento Estático das
Amostras dos Materiais: Tem como objetivo
medir a força máxima de tração nos tecidos
destinados a fabricação dos paraquedas;
• Ensaio do Desdobramento Estático, de
Empacotamento e Verificação de Massa: Tem
como objetivo medir a massa dos componentes
do subsistema em laboratório, verificar
procedimento de empacotamento em
laboratório e determinar as cargas estáticas do
desdobramento do subsistema em ângulos (α)
de 90º, 60º e 45º utilizando dispositivo de
fixação do contêiner em laboratório aplicando a
carga deverá ser aplicada na horizontal de
acordo com a figura 7.
Container
Honeycomb
Mola
Facesheet
Copo
Pqd Arrasto
Pqds Principais
Destorcedor
Prato
Atuadores
Bloco de
Separação
Haste
Central

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Figura 7 – Dispositivo para Ensaio Desdobramento Estático e
carregamento aplicado no modelo (Ilustração em corte)
• Ensaio Funcional do Bloco de Controle: Tem
como objetivo verificar o funcionamento do
bloco de controle do subsistema de
recuperação. O bloco de controle será testado
para ser utilizado, posteriormente, nos Ensaios
funcionais do mecanismo de abertura,
desdobramento dinâmico e nos ensaios em vôo
do subsistema de recuperação.
• Ensaio Funcional do Mecanismo de Abertura e
Carregamento Dinâmico dos Cabos: Tem como
objetivo verificar o funcionamento do bloco de
separação e do contêiner do subsistema de
recuperação em condições de carregamento
dinâmico em ângulos (α) de 90º, 60º e 45º de
acordo com a figura 8.
Figura 8 - Dispositivo para Ensaio do Mecanismo de Abertura e
carregamento aplicado no modelo (Ilustração em corte)
• Ensaio Funcional do Desdobramento Dinâmico:
O objetivo destes ensaios é verificar o
Desdobramento Dinâmico do Subsistema de
Recuperação em condições dinâmicas e em
ângulos (α) de 90º, 60º e 45º, figura 9.
Figura 9 - Dispositivo para Ensaio Desdobramento Dinâmico e
carregamento aplicado no modelo (Ilustração em corte)
• Ensaio em Voo do Modelo de
Desenvolvimento: O modelo deverá ser
suspenso por helicóptero até a altitude de 625
m ± 25 m, em relação ao solo, e solto num
determinado instante inicial (t = 0). Neste
instante, o conector de disparo do bloco de
controle deverá ativar o temporizador, que após
5,3 segundos deverá acionar o do bloco de
Separação para liberar a Tampa com Mola,
esta mola deverá empurrar a tampa para o ar
corrente para extração da a aba piloto com o
paraquedas de arrasto. Após aproximadamente
11 segundos, o bloco de separação desconecta
o destorcedor do corpo de prova extraindo os
paraquedas principais. Todas as partes e
componentes do subsistema de recuperação
não serão liberadas do corpo de prova, sendo
aterrissadas em conjunto, conforme ilustrado
na figura 10.
Figura 10 – Sequência de Eventos do Ensaio em Voo
Resultados
Os resultados do dimensionamento e das
cargas dos paraqueda de arrasto pode ser
observado a seguir:
α
Carga
Carga
α
α
Carga

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Os resultados do dimensionamento e das
cargas dos paraquedas principais pode ser
observado a seguir:
48,47
De acordo com os resultados dos cálculos das
cargas dos paraquedas e dos estudos pré
estabelecidos dos tempos de abertura dos
paraquedas, gerou-se o seguinte gráfico:
Gráfico 1 - Cargas de abertura x tempo
A qualificação dos tecidos e cordões utilizados
na fabricação dos paraquedas foi obtida através
dos resultados do ensaio do carregamento
estático das amostras. Os resultados dos cinco
corpos de provas do paraqueda de arrasto testado
é observado na tabela 2 a seguir:
Tabela 2 - Resultado do ensaio de tração da amostra do tecido
do pqd de arrato
Nº Corpo de Prova Força Máxima (N)
1 1482,04
2 1537,06
3 1419,54
4 1594,96
5 1609,78
Média 1528,68
Desvio Padrão 79,26
Figura 11 - Corpos de provas do tecido do pqd de arrasto
ensaiados
Os resultados dos quatro corpos de provas do
paraqueda de arrasto testado são observados na
tabela 3 a seguir:
Tabela 3 - Resultado do ensaio de tração da amostra do tecido
do pqds principais
Nº Corpo de Prova Força Máxima (N)
1 270,11
2 293,27
3 294,64
4 289,02
Média 286,76
Desvio Padrão 11,35
Figura 12 - Corpos de provas do tecido do pqd principais
ensaiados
O processo de qualificação do Subsistema,
iniciou-se com os resultados das massas, tabela 4,
o empacotamento dos componentes do SR e a
realização do ensaio do desdobramento estático
dos paraquedas, ilustrado nas figura 13 e 14.
Tabela 4 - Massa dos componentes
Componente Massa (kg)
Contêiner 7,425
Paraquedas Principal – 1 pqd 3,350
Paraquedas de Arrasto 7,800
Tampa 0,449

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Figura 13 - Empacotamento do SR
Figura 14 - Realização do Ensaio do Desdobramento Estático
A aquisição de dados gerou os gráficos carga
aplicada pela distância para os principais eventos
de abertura e com ângulo de ataque de 60º,
considerada a posição crítica para abertura dos
dois paraquedas aqui discutidos.
Gráfico 2 - Carga x distância do pqd arrasto à 60º
Gráfico 3 - Carga aplicada x distância do pqds principais à 60º
Discussão
Os dados gerados no presente trabalho,
demonstram que os componentes do SR atendem
ao carregamento imposto pelos cálculos
realizados.
Os resultados do ensaio de tração dos tecidos
utilizados na fabricação dos paraquedas,
garantem a resistência da dinâmica de abertura.
Os resultados da estração e desdobramento do
paraquedas de arrasto no gráfico 2, observa-se
que o primeiro ponto foi o esforço na abertura da
tampa do contêiner, em seguida percebe-se um
aumento na força de abertura pelo fato de pontos
feitos com linha de nylon com resistência de 20
kgf. Esses pontos tem a principal função de
diminuir a velocidade de abertura dos paraquedas
e consequentemente diminui a carga final de
abertura. É notório os 4 primeiros metros o
sistema de abertura sofrer esforço mínimo, motivo
pelo qual se formará uma esteira aerodinâmica
atrás da cápsula, local onde está situado o
subsistema de recuperação, o qual deverá,
através do disparo da tampa em função da força
da mola, ultrapassar essa área turbulenta.
Os valores dinâmicos de abertura serão
levantados nos ensaios previstos para outubro de
acordo com o cronograma de ensaios proposto
pelo projeto.
Conclusão
Os resultados preliminares aqui descritos
garantem a integridade do subsistema de
recuperação, suportando assim os níveis de
aceleração impostas pelo ciclo de vida do SARA
Suborbital. O SR inclui os seguintes componentes:
Dois paraquedas Principais tipo circular com
área de 40m
2
;
Paraquedas de arrasto tipo Blade Ribbon com
área de arrasto 2,75 m
2
;
O valor máximo de desaceleração da cápsula
no instante da abertura dos paraquedas é
15,93 g;
A resistência mecânica dos principais
elementos do subsistema de recuperação é
suficiente para garantir a recuperação da
cápsula com o fator de segurança 1,5.
Referências
- KNACKE T. W. “Parachute Recovery Systems
Design Maual” 1
st
ed. Para Publishing, Santa
Barbara, California, 1992.
- KOLDAEV, V., GUIMARÃES DA SILVA, M.,
MORAES, P. JR. “Simulation of Parachute
Dynamics”, XV Congresso Brasileiro de
Engenharia Mecânica, COBEM 99, Águas de
Lindóia – SP, Nov 1999.
- KOLDAEV, V., MORAES, P. JR. “Parachute
Recovery Sistems: Design and Testing. An
Introductory Course“. Apostila do curso no CTA-
INPE, CTA/IAE, São José dos Campos – SP,
1998.