DEBRIS ESPACIAIS: PROJETO DE CATALOGAÇÃO, MONITORAMENTO E EXPLORAÇÃO PARA FINS EDUCACIONAIS

## DEBRIS ESPACIAIS: PROJETO DE CATALOGAÇÃO, MONITORAMENTO E EXPLORAÇÃO PARA FINS EDUCACIONAIS

## Orlando Rodrigues Ferreira , Marcos Rincon Voelzke 1 2

1 Universidade Cruzeiro do Sul, astromovel@ig.com.br

2 Universidade Cruzeiro do Sul, mrvoelzke@hotmail.com

## Resumo

Com o lançamento do primeiro satélite artificial, o soviético Sputinik I, em 4 de outubro de 1957, o espaço passou a ser a nova fronteira da humanidade. Entretanto, um dos problemas que não foram considerados à época e em períodos posteriores relaciona-se à poluição do ambiente espacial próximo à Terra, com inúmeros satélites desativados e outros detritos denominados de debris espaciais. O 'lixo espacial' transformou-se em crescente ameaça para a operação de satélites ativos, para a Estação Espacial Internacional [ISS, na sigla em inglês], aos telescópios espaciais e demais veículos espaciais, além de colocar em risco as rotas aéreas e populações quando das suas reentradas na atmosfera e por quedas em solo. A Universidade Cruzeiro do Sul (UNICSUL) estabeleceu com o Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas [IAG] da Universidade de São Paulo [USP] um convênio na área de Astronomia para o desenvolvimento de trabalhos a partir do Observatório Abrahão de Moraes/IAG-USP, em Valinhos/SP, equipado com o telescópio Obelix dotado de câmera CCD-RDS [Charge Device Coupled Rotating Drift-Scan], permitindo a realização de pesquisas sobre debris espaciais e outras, com posteriores implicações no que se refere à Educação e ao Ensino. O presente projeto visa inicialmente observar, catalogar e monitorar os debris espaciais e numa segunda fase realizar a transferência e transposição do conhecimento científico, obtidos a partir das observações e análises dos dados, para os alunos do Ensino Médio sem perda da qualidade conceitual.

Palavras-chave Transposição científica

: Debris espaciais, Transferência do conhecimento,

## Introdução (contexto histórico)

Em 04 de outubro de 1957, a então União das Repúblicas Socialistas Soviéticas [URSS] colocava em órbita o primeiro satélite artificial, o Sputink I, iniciando a Era Espacial. Em 12 de abril de 1961, a nave Vostok I decolou com o primeiro homem ao espaço, o cosmonauta soviético Yuri Alekseyevich Gagarin [1934-1968] e, em 16 de junho de 1963, a soviética Valentina Tereshkova [1937-] consagrou-se como a primeira mulher a ir para o espaço (FERREIRA, 1999). Em 11 de julho de 1962, os Estados Unidos da América [EUA] recepcionaram a primeira tele difusão ao vivo transmitida da Inglaterra, mas poucas horas antes, por videoteipe, também receberam a transmissão de um programa francês, ambas por intermédio do satélite de comunicações Telstar, lançado um dia antes, em 10 de julho de 1962, de Cabo Canaveral, Flórida/EUA (LEY, 1965).

Atualmente foguetes, sondas, naves e satélites espaciais são mais que realidades e estão intimamente integrando o cotidiano da quase totalidade das

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23 a 27 de janeiro de 2017

pessoas do planeta, tornando possível ultrapassar fronteiras ao reduzir as distâncias e ampliar o conhecimento em todas as áreas da atuação humana. Desde 4 de outubro de 1957 até 8 de novembro de 2015 foram lançados 41.021 satélites, segundo o Sattelite Catalog do Space-track.org (2015).

## Poluição do ambiente espacial

Entretanto, um grave problema não previsto ou pouco considerado no início da Era Espacial foi a questão da poluição do ambiente espacial nas proximidades da Terra, na atualidade incorrendo em elevados riscos às regiões orbitais de satélites, naves, telescópios espaciais e até à Estação Espacial Internacional [ISS, na sigla em inglês]. Ainda conforme o Sattelite Catalog do Space-track.org (2015), de 22 de agosto de 1973 até 29 de setembro de 2015, registraram-se as reentradas de 52.788 fragmentos espaciais de diversos tamanhos.

Quando um veículo espacial é lançado uma série de impactos ambientais ocorrem, gerando, por exemplo, poluição devido às emanações e fluidos dos motores de foguetes e durante o trajeto o desprendimento dos estágios dos mesmos, que caem normalmente nos oceanos e, muitas vezes, quando no espaço, permanecem descontrolados orbitando o planeta e proporcionando diversas ameaças. Ademais, é cada vez maior a quantidade de satélites que terminaram sua vida útil e permanecem desativados como verdadeiros 'cadáveres orbitais' gerando mais detritos espaciais por colisões ou desmantelamentos, isto sem considerar outros resíduos ocasionados por diversos motivos, como ferramentas e peças perdidas no espaço, debridamentos, [fragmentações], etc.

Há décadas o problema destes restos conhecidos como debris espaciais tornou-se centro das preocupações das agências espaciais e de muitos países, inclusive o Brasil (NASA, 1984; AGÊNCIA ESPACIAL BRASILEIRA, 2015). A quantidade de debris espaciais maior que dois centímetros é superior a 500.000 e somente por volta de 22.000 maiores que dez centímetros [Figura 1] estão catalogados e são monitorados, desse modo, transformando-se em crescente ameaça para a operação de satélites e outros veículos espaciais (NOGUEIRA; TANG; ANDREI et al. 2012), sem exclusões das rotas aérea e das regiões povoadas, se consideradas as reentradas destes fragmentos na atmosfera [Figura 2], pois os debris deslocam-se com velocidades de até 28.000 km/h. Por isso, tornase essencial a detecção e o monitoramento por uma rede internacional de observatórios e estações de rastreamentos.

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Figura 01 : Debris espaciais com proporções entre 10 cm [à esquerda] e 1 cm [à direita] em órbita do planeta, dentre milhões de diversas proporções; na ilustração, os tamanhos dos objetos estão propositadamente exagerados em relação à Terra. Fonte: European Space Agency (ESA, 2013, p. 4).

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Figura 02 : Reentrada de debris espaciais na atmosfera terrestre, colocando em riscos rotas aéreas e regiões habitadas. Fonte: European Space Agency (ESA, 2013, p. 3).

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## Objetivos

Segundo Nogueira, Tang, Andrei et al. (2012), devido a considerável quantidade de debris espaciais torna-se impossível a disponibilização de tempos suficientes de telescópios ópticos equipados com câmeras CCDs comuns [ChargeCoupled Device: Dispositivo de Carga Acoplada]. Para equacionar o problema, foi desenvolvida a tecnologia denominada de CCD-RDS [Charge Device Coupled Rotating Drift-Scan] (TANG; MAO; LI et al., s/d). Considerando a órbitas dos debris espaciais entre 200 km e 1.600 km de altitude, para se observar e registrar esses objetos a CCD-RDS necessita ser rotacionada para tornar a linha dos pixeis paralela à órbita de um objeto, dessa maneira, o equipamento pode realizar o rastreamento por determinado tempo enquanto o debri percorre sua trajetória, assim, mesmo um bom telescópio de pouco diâmetro de abertura óptica e curta distância focal pode registrar debris espaciais a partir de dois centímetros.

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## Convênio da Universidade Cruzeiro do Sul com o IAG-USP

A Universidade Cruzeiro do Sul estabeleceu com o Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas [IAG] da Universidade de São Paulo [USP] o 'Convênio Acadêmico Nacional; Cooperação Acadêmica na área de Astronomia: Processo 2014.1.410.14.0; vigência 11/02/2015-10/02/2020' (São PAULO, 2015), realização intermediada por um dos autores [Voelzke] e pelo Prof. Dr. Ramachrisna Teixeira, supervisor do Observatório Abrahão de Moraes [OAM] do IAG/USP, em Valinhos/SP. Pelo convênio, os autores [Ferreira e Voelzke] encontram-se aptos para desenvolver as pesquisas sobre debris espaciais e demais trabalhos, permitindo participações de colaboradores e também cooperar com distintos convênios, como o do Brasil com a China, permeio do Observatório Nacional [ON]/Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação [MCTI] e do Shangai Astronomical Observatory/Chinese Academy of Sciences [SHAO/CAS], que firmaram um acordo de colaboração técnica e científica instituindo o Programa de Monitoramento de Debris Espaciais [PMDE], incluindo igualmente a Universidade Federal Fluminense [UFF] e a Fundação Centro Universitário da Zona Oeste [UEZO] (NOGUEIRA; TANG; ANDREI et al., 2012).

## Metodologia e técnica instrumental

As pesquisas consistem na utilização de telescópios com distâncias focais curtas e as imagens são obtidas por meio de câmeras CCDs RDS Alta 9000 [Figura 3] cedidas pelo SHAO/CAS (TANG; MAO; LI et al., s/d; NOGUEIRA; TANG; ANDREI et al., 2012), qual a que encontra-se instalada no telescópio Obelix [Meade 14'] do OAM-IAG/USP [Figura 4]. Após o estabelecimento do convênio da Universidade Cruzeiro do Sul com o IAG-USP, os autores [Ferreira e Voelzke] iniciaram as missões observacionais no segundo semestre de 2015. As orientações técnicas sobre os equipamentos e participação nos trabalhos contaram com Messias Fidêncio Neto, técnico-astrônomo do OAM/IAG-USP e mestrando do Mestrado Profissional do IAG-USP, sob orientação do Prof. Dr. Ramachrisna Teixeira, e as coordenadas dos debris espaciais acompanhados foram geradas e encaminhadas pela Profa. Dra. Érica Cristina Nogueira, do ON/MCTI e da UFF.

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Figura 04 : Telescópio Obelix [Meade 14'] com a CCD RDS Alta 9000 instalada, Observatório Abrahão de Morais/IAG-USP. Fonte: Orlando Rodrigues Ferreira, 25/07/2015.

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Figura 03 : CCD RDS Alta 9000 utilizada para observar e registrar os debris espaciais. Fonte: Apogee (2010).

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Com a utilização da mesma metodologia, técnica e equipamentos outros trabalhos poderão ser desenvolvidos futuramente, como pesquisas de Objetos Transnetunianos [TNO: Transntunian Objects] e de NEOs [Near Earth Objects] (TANG; MAO; LI et al. 2014), objetos próximos à Terra, como asteróides e cometas que podem impactar com o planeta e ocasionarem diversos cataclismos, inclusive a extinção global da vida. Sem distinção, serão desenvolvidas atividades educacionais e de ensino de Astronomia e ciências afins relacionadas ao meio ambiente terrestre e espacial.

Relevância do tema à Educação, ao Ensino de Ciências e aspectos da Astronomia com a Ciência, Tecnologia e Sociedade [CTS-Astro]

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Especificamente considerando a relevância do tema para a Educação, ao Ensino e nos aspectos da Ciência, Tecnologia e Sociedade relacionados à Astronomia e ciências afins, denominando-se de CTS-Astro (FERREIRA, 2014), um dos autores [Ferreira] integrou os trabalhos como parte do projeto de doutorado, sob orientação do outro [Voelzke], objetivando tornar possível transladar o conhecimento científico para o conhecimento comum da maneira mais adequada possível por intermédio de palestras, cursos, seminários e demais atividades fundamentadas em um projeto pedagógico e científico direcionado à formação e capacitação continuada de professores, bem como para estudantes e público em geral.

No que concerne ao meio ambiente e desenvolvimento sustentável serão realizadas atividades que abordem os aspectos científicos e suas implicações para a humanidade, situações que contribuam para o desenvolvimento do pensamento reflexivo e crítico sobre a Ciência em suas características educacionais, históricas, políticas, sociais e filosóficas.

## Conclusões

A questão dos debris espaciais atualmente torna-se cruciante, posto considerar-se o enorme risco às atividades espaciais e na Terra, por isso, a catalogação e o monitoramento desses objetos tornam-se essenciais. Projetos como o do convênio da Universidade Cruzeiro do Sul com o IAG-USP, do PMDE, do Space-Track.org e outros promovem a segurança de vôos espaciais e aéreos, a proteção do ambiente espacial e de populações em terra, permitem o uso pacífico do espaço por meio do compartilhamento de serviços de consciência situacional envolvendo agências internacionais de informações.

No que se refere à Educação e ao Ensino, os contextos históricos, culturais, políticos, sociais e filosóficos sobre a Era Espacial, Astronáutica e Astronomia podem e devem ser desenvolvidos como temáticas trans e interdisciplinares. Porquanto, a participação de instituições de pesquisas e de ensino não-formais, como Museus de Ciências, Planetários e Observatórios, permitem que a Ciência e suas múltiplas características e dinâmicas próprias possam ser levadas ao maior público possível, principalmente professores e estudantes de todos os níveis. Para complementar essas ações, a Universidade Cruzeiro do Sul, por seu Programa de Pós-graduação, poderá, além da pesquisa básica, igualmente proporcionar o conhecimento científico às pessoas em todos os âmbitos possíveis.

## Referências

AGÊNCIA ESPACIAL BRASILEIRA. Russos querem ajuda para monitorar lixo espacial. Disponível em: &lt;http://www.aeb.gov.br/russos-querem-ajuda-brasileirapara-monitorar-lixo-espacial/&gt; Acesso em: 1 set. 2015.

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FERREIRA, Orlando Rodrigues. Selene fecunda, a história da conquista da Lua. 2ª. ed. rev. ampl. 1999. Ouro Fino: Observatório das Alterosas, edição do autor, 1999. Disponível em:

http://media.wix.com/ugd/d7a951\_1e7b2c9b228143ecb9a0b920aa1bf34a.pdf&gt;

\_\_\_\_\_\_\_\_. CTS-Astro: Astronomia no enfoque da Ciência, Tecnologia e Sociedade e Estudo de Caso em educação a Distância. Dissertação (Mestrado Acadêmico em Ensino de Ciências). São Paulo: Universidade Cruzeiro do Sul, 2014. Disponível em:

&lt;http://www.btdea.ufscar.br/arquivos/td/2014\_FERREIRA\_D\_UNICSUL.pdf&gt;

LEY, Willy. A conquista do espaço: aplicações práticas. Tradução de Miércio Araújo Jorge Honkins. Rio de Janeiro: Record, 1965.

NASA. Orbital Debris. NASA Conference Publication 2360. March 1984. Disponível em: &lt;http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19850012878.pdf&gt; Acesso em: 20 ago. 2015.

NOGUEIRA, Érica Criztina; TANG, Zhenghong; ANDREI, Alexandre Humberto; LI, Yan; MAO, Yindun; PENNA, Jucira; TEIXEIRA, Ramachrisna; YU, Yong; FIDÊNCIO NETO, Messias; SILVA NETO, Dario da. The China-Brazil Program of Space Debris Monitoring. 39th COSPAR Scientific Assembly 2012 . Disponível em: https://www.cospar-assembly.org/abstractcd/COSPAR12/abstracts/PEDAS.1-0005-12.pdf&gt; Acesso em: 4 ago. 2015.

SÃO PAULO. Comissão de Relações Internacionais; Resumo de Convênio Acadêmico Nacional; Cooperação Acadêmica na área de Astronomia. Convênio IAG-USP/UNICSUL: Processo 2014.1.410.14.0; vigência 11/02/2015-10/02/2020; São Paulo: DOESP, Poder Executivo I, p. 48, 125 (40), 03/03/2015. Disponível em: &lt;http://www.imprensaoficial.com.br/PortalIO/DO/BuscaDO2001Documento\_11\_4.as px?link=/2015/executivo%2520secao%2520i/marco/03/pag\_0048\_1L3S5K6T9SBGB e0GD036LJ3FF53.pdf&amp;pagina=48&amp;data=03/03/2015&amp;caderno=Executivo%20I&amp;pagi naordenacao=100048&gt; Acesso em: 08 mar. 2015. &gt; Acesso em: 21 ago.2015.

SPACE-TRACK.ORG. Sattelite Catalog. Disponível em: &lt;https://www.spacetrack.org/#/catalog&gt; Acesso em: 8 nov. 2015.

TANG, Zhenghong; MAO, Yindun; LI, Yan LI; ZHANG, Xudong; YU, Yong. Monitoring Faint Space Debris with Rotating Drift-Scan CCD. s/d. Disponível em: http://aero.tamu.edu/sites/default/files/faculty/alfriend/S3.1%20TANG%20TI%201.pdf &gt; Acesso em: 21 ago. 2015.

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TANG, Zhenghong; MAO, Yin-Dun; LI, Yan; YU, Yong; SHULGA, Oleksandr; KOZYRYEV, Yevggen; SYBIRYAKOVA, Yevgeniya. Precise astrometry of NearEarth-Object with Rotating-Drift-Scan CCD. Mem.. S.A. It., V. 85, p. 821-824, 2014. Disponível em: &lt;http://sait.oats.inaf.it/MSAIt850414/PDF/2014MmSAI..85..821Z.pdf&gt; Acesso em: 21 ago. 2015.

## Apoio

Capes-Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior/MEC

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