Estrutura fina como papel leva eletrônica flexível para uso no espaço

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/01/2025

Teste em laboratório do lançamento e desdobramento da haste espacial.
[Imagem: Yao Yao a et al. - 10.1016/j.eml.2024.102247]

Multifuncionalidade

Colocar um painel solar, uma antena ou uma vela espacial no espaço tem-se baseado em uma solução consagrada: Uma haste telescópica se estende depois que a nave chega ao espaço, desdobrando-se então para formar o dispositivo pronto para funcionar.

Tem funcionado na larga maioria das vezes, mas é tudo quase sempre mecânico, adicionando um peso considerável à nave para um equipamento que só irá funcionar uma vez. Seria muito melhor se essas hastes pudessem cumprir múltiplas funções, mas não tem sido fácil integrar funções adicionais em um dispositivo que precisa ser fabricado todo empacotado e só se abrir no espaço.

"É difícil integrar eletrônicos comerciais nessas estruturas superfinas," disse o professor Xin Ning, da Universidade de Illinois, nos EUA. "Há um bocado de restrições de engenharia que aumentam o desafio de tornar os componentes eletrônicos capazes de suportar o ambiente hostil do espaço."

Mas Ning e seus alunos estão desenvolvendo uma solução para isso que traz ainda um bônus adicional: A possibilidade de criar hastes desdobráveis e expansíveis miniaturizadas, levando a tecnologia para os promissores nanossatélites, ou cubesats, que já se mostraram capazes de realizar missões científicas a uma fração do custo dos satélites e sondas convencionais.

Detalhe da haste estendida mostrando o circuito eletrônico flexível, contendo sensor de movimento e um sensor de temperatura.
[Imagem: Yao Yao a et al. - 10.1016/j.eml.2024.102247]

Braço telescópico

A inovação consiste em tornar as estruturas espaciais multifuncionais integrando nelas componentes eletrônicos leves e, essencialmente, flexíveis, para que elas possam subir empacotadas e só se desdobrar no espaço.

O principal protótipo é um braço telescópico feito com um material compósito de fibra de carbono e epóxi em três camadas, material este projetado para ser extremamente fino, não mais do que uma folha de papel. Ele é enrolado como uma trena, com energia armazenada em bobinas, que ficam responsáveis por desdobrá-lo no espaço.

"[O projeto possuía] requisitos específicos, alguns que criaram desafios. Um era o comprimento, linhas de energia e dados com mais de um metro de comprimento embutidas em um material compósito fino como papel. Tentamos diferentes materiais e diferentes tecnologias," contou Ning. "Eventualmente tentamos fios comerciais finos revestidos com isolamento e funcionou. Acho que estávamos pensando demais no começo. Tentamos abordagens mais difíceis e sofisticadas, mas elas falharam. Esta foi uma solução simples e confiável usando fios prontos para uso e prontamente disponíveis."

Detalhes do circuito flexível, no qual a equipe ainda está trabalhando, tentando aumentar sua durabilidade.
[Imagem: Yao Yao a et al. - 10.1016/j.eml.2024.102247]

Eletrônica flexível para o espaço

Outro componente essencial para a adição de funcionalidades eletrônicas a um aparato que historicamente tem sido totalmente mecânico é uma "placa-mãe", onde os circuitos possam ser inseridos sem precisar reinventar tudo a cada projeto.

Nesta primeira demonstração, a placa leve e flexível contem um sensor de movimento, um sensor de temperatura e LEDs para iluminação. Tudo foi montado no interior da haste desdobrável. Neste projeto específico, apenas para teste, o sensor de movimento monitora o lançamento da haste e sua vibração, enquanto os LEDs auxiliam as câmeras do cubesat, que deverão filmar o teste da estrutura no espaço.

"Também estamos trabalhando para tornar os componentes eletrônicos flexíveis mais duráveis no espaço, a fim de protegê-los para que possam operar por mais tempo no ambiente espacial," disse Ning.

A ideia é que a haste multifuncional seja testada no espaço em um cubesat de verdade ainda em 2025.

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