COMO ENCONTRAR A MELHOR SOLUÇÃO PARA UM PROBLEMA?
Publicado em: Brasília, 24 de junho de 2013

Pedro Luiz Kaled da Cás*
Minha tese mestrado na Universidade de Brasília (UnB) tenta esclarecer um processo de nome complicado – “Otimização Multidisciplinar de Projeto” -, mas que poderá beneficiar muitas áreas e atividades, inclusive espaciais.

Em inglês, o título da tese é “Multidisciplinary Design Optimization” (MDO), que pode ser traduzido como Otimização Multidisciplinar de Projeto. Basicamente, MDO é o processo de considerar todas as informações possíveis de serem obtidas em um projeto e, com isso, encontrar a melhor solução possível. A técnica MDO considera todos os aspectos e, não apenas, uma parte ou componente para tentar modelar e otimizar o problema.

Por exemplo, ao pensar em um carro, a otimização tradicional tentará fabricar o motor mais potente ou eficiente possível. A MDO, não. Ela buscará desenvolver um motor com mais potência necessária para o uso diário de uma família brasileira, levando em conta emissões, tecnologias diferentes e o custo total.

Origem espacial da MDO – Interessei-me pelas pesquisas sobre a MDO de foguetes híbridos quando estagiei no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Na época, o IAE trabalhava na qualificação do foguete SD-2, e uma das partes mais demoradas da qualificação consistia no aperfeiçoamento do projeto aerodinâmico do foguete. Para isso, desenhávamos em empenas (asinhas) do foguete e calculávamos a massa de todas elas. Então, enviávamos tudo ao especialista em aerodinâmica do IAE para que ele calculasse a nova configuração e, depois, enviávamos ao especialista em trajetória para que ele calculasse o voo do foguete. Quando descobríamos que o projeto não estava bom o bastante, fazíamos tudo novamente.

Assim, conseguíamos testar apenas três configurações de empenas por dia. Ao voltar para Brasília e projetar um novo foguete, sentimos a necessidade urgente de uma metodologia de projeto. Deparei-me, então, com a solução dos problemas que descobrimos no IAE: a equipe Draco Volans de Aerodesign da Universidade de Brasília (UnB) já usava a MDO para resolver problemas tão complexos quanto o SD-2, como o projeto de um avião.

Após participar por ano como membro da equipe Draco, meu colega Cristiano Vilanova e eu decidimos aplicar, pela primeira vez, a técnica de MDO para otimizar uma foguete híbrido e fizemos isso utilizando algoritmos genéticos. A ideia foi totalmente nossa.

Então, decidimos resolver um problema tanto simples quanto útil: projetar o motor de reentrada do satélite do satélite SARA, em desenvolvimento no IAE com o apoio da Agência Espacial Brasileira (AEB). O ambiente era facilmente previsível – nada de atmosfera, resistência do ar ou estruturas complexas -, e o motor do SARA era só o motor e seus tanques de propelente. Usamos tecnologias inovadoras, diferentes materiais e propelentes, soluções de prateleira, até que chegamos a uma configuração leve e otimizada. Porém, ainda não estávamos satisfeitos. O SARA só levava em conta uma estrutura simples e o funcionamento do motor, e a metodologia MDO permitia muito mais.

Por isso, resolvemos aumentar aos poucos a complexidade da nossa MDO. Como próximo passo, incluímos a aerodinâmica. Nosso foguete agora poderia voar dentro da atmosfera. Para isso, otimizamos o tipo de foguete que mais sofre com a atmosfera, o foguete de sondagem. A AEB promove o lançamento de vários foguetes de sondagem todos os anos. Sabíamos, então, que nossa otimização seria muito útil. Assim, escolhemos otimizar o VS-30, foguete agora pouco usado e “pai” do VSB-30, a estrela da frota da AEB. O motor híbrido resultante se mostrou muito bem projetado e similar ao do VS-30, um foguete mais bem desenvolvido.

Após incluirmos a atmosfera, era preciso melhorar os cálculos da estrutura do foguete para sermos capazes de projetá-lo inteiro e não só o motor de um veículo. Então, o passo seguinte foi otimizar o último estágio do Veículo Lançador de Microssatélites (VLM). Nessa etapa, não buscamos apenas atender às missões do VLM como foguete híbrido, mas também melhorar o desempenho e aumentar sua carga útil. Com isso conseguimos fazer com que o lançador otimizado tivesse um estágio a menos, o que representa quase meia tonelada a menos e permite lançar satélites em uma órbita bem mais alta. Mesmo com esses avanços, ainda tínhamos o desafio de projetar um veículo lançador de satélites completo. Nessa otimização, consideramos todas as variáveis, desde a situação do mercado de lançamentos até os sistemas de controle de voo do veículo O maior impacto do uso da MDO no projeto de qualquer coisa está na formação do projetista. Um projetista experiente conhece o impacto de suas decisões sobre o projeto como um todo, de modo que o acúmulo de experiências sempre faz a diferença.

Portanto, o uso da MDO pode gerar soluções ótimas para cada uma das alternativas, e é necessário compará-las para escolher a melhor. O processo leva mais tempo, porém permite chegar mais perto do que um projetista experiente faz com muita facilidade.

* Engenheiro Mecânico e mestre em Ciências Mecânicas