Perturbações no nível de gravidade (g-jitter)
Toda plataforma espacial sujeita
a um ambiente microgravitacional, sofre também acelerações espúrias. Estas
acelerações podem ser separadas em três componentes: quasi-estática,
vibratória e transiente.
A componente quasi-estática é devida a gradientes gravitacionais e/ou
rotacionais que basicamente são funções da distância do experimento ao
centro de massa do veículo; a efeitos do arrasto produzido pelas moléculas de
gases existentes na órbita que, por sua vez, dependem da altitude, atitude,
período da órbita diurno ou noturno; a vazão de ar ou água da espaçonave,
etc.
A componente vibratória é causada por equipamentos tais como bombas,
ventiladores, compressores, centrífugas, etc.; pelo exercício da tripulação
em aparelhos ergonométricos; pelos modos de vibração estrutural naturais do veículo, etc.
Os transientes são devidos ao acionamento de foguetes, acoplamentos, paradas e
partidas súbitas da tripulação, fechamento e abertura de portas, gavetas,
etc. e pelo ligar e desligar de equipamentos.
A aceleração quasi-estática
existe no intervalo de freqüência entre 0 e 0,01 Hz com valores de magnitude iguais ou
menores que mg's.
Já a vibratória ocupa o intervalo entre 0,01 e 300 Hz com magnitudes de
dezenas de milhares de mg's
rms. Os transientes são de banda larga com magnitudes de pico de dezenas de
mg's.
Estes efeitos devem ser bem conhecidos e levados em conta no planejamento e
posterior analise de um experimento e, para tanto, o projeto "Principal Investigator
Microgravity Services" (PIMS) do Glenn Resarch Center da NASA provê
dados aos pesquisadores sobre estas acelerações e sua analise e interpretação para uma
variedade de plataformas espaciais tais como drop towers, ISS, Shuttle, foguetes
de sondagem e vôos parabólicos.
O valor destas acelerações é atualmente obtido através de vários sistemas
de medidas de acelerações pertencentes a NASA, sendo que os dois principais
são o MANS (Microgravity Acceleration Measurements System), que mede as
acelerações quasi-estáticas e o SAMS (Space Acceleration Measurement System),
que mede tanto as acelerações vibratórias como as transientes até 300 Hz.
No gráfico acima é mostrada a
exigência para a ISS dos níveis de aceleração em função da freqüência
(linha vermelha) e as regiões cobertas pelos sensores MANS e SAMS. Os dados
destes sensores são disponibilizados aos pesquisadores para o planejamento dos
experimentos pré-vôo, durante o vôo e pós-vôo para analise e
interpretação dos resultados.
Para minimizar os efeitos de acelerações espúrias tanto no Space Shuttle como
na ISS existem sistemas para isolar as vibrações. Os principais são o ARIS (Active
Rack Level) que isola as vibrações, no caso da ISS, entre o EXPRESS Rack e o veículo e o MIM (Microgravity
Vibration Isolation Mount) que isola uma determinada gaveta (locker) dentro do
rack. Em ambos existem vantagens e desvantagens. No caso do ARIS a principal
vantagem é a utilização de menos potência e volume, pois atende a todos os
usuários do rack a que está acoplado ao mesmo tempo; suas desvantagens são
que não isola um experimento do outro e é altamente sensível ao contato da
tripulação. O MIM tem a vantagem de isolar um dado experimento das vibrações
do seu vizinho e poder ser otimizado para uso individual; como desvantagem ocupa
espaço dentro do rack, isto é, para cada experimento é necessário um MIM
particular, podendo isso significar a utilização de toda uma segunda gaveta
para acomodá-lo.
O planejamento de um experimento
em microgravidade deve levar em conta estes e outros parâmetros de
perturbação no ambiente de microgravidade. Os
pesquisadores devem conhecer e entender previamente sua possível ação sobre
os experimentos para garantir seu bom resultado, bem
como sua analise e interpretação posterior. Assim, o pesquisador além de
precisar justificar a necessidade do uso de microgravidade para o seu
experimento, tem que saber prever quais são os níveis toleráveis (e os intoleráveis) deste ambiente.
O gráfico acima mostra, para
algumas áreas
científicas, os níveis máximos de vibração aceitos para certos
experimentos típicos. Cada experimento possuí níveis toleráveis próprios e
o gráfico é apenas o indicativo de uma tendência. A linha vermelha é o
requisito (exigência) do nível de microgravidade versus freqüência que a ISS
possuí. Certas pesquisas em materiais possuem requisitos como o mostrado em
Materiais 2 (linha azul tracejada), e não podem ser realizados a bordo da
ISS.
Em biotecnologia, por exemplo, a ocorrência de grandes perturbações causa múltiplos
pontos de nucleação, destruindo a formação de um monocristal. Já
em ciência dos materiais acelerações acima do limite tolerável causam
convecção termo-solutal e instabilidade na interface de crescimento.