Projeto Jupiter

Somos um grupo de extensão de foguetemodelismo, formado por estudantes da Universidade de São Paulo (USP) e trabalhamos em busca de contribuir para a difusão e o desenvolvimento da ciência aeroespacial no Brasil. Para atingirmos esse objetivo, estudamos, aprendemos, projetamos e construímos foguetes para participar de competições de lançamentos nacionais e internacionais.

O Projeto recebe membros duas vezes ao ano, fazendo um processo seletivo no primeiro semestre e outro no segundo semestre. Para fazer parte da equipe você não necessita nenhum conhecimento prévio, uma vez que todas as habilidades técnicas são ensinadas de membro para membro. Sendo assim, para fazer parte do Jupiter é preciso que você tenha espírito de equipe, além de vontade de aprender e de ajudar!

História

A história do Projeto Jupiter começa no primeiro semestre de 2015 com um grupo de alunos membros da PET Mecânica, grupo de extensão da Poli-USP com o objetivo de desenvolver o ensino, pesquisa e extensão da engenharia na Escola. Os membros costumavam fazer alguns projetos pequenos e buscavam um desafio maior, neste contexto o então aluno Lucas Giestas ouve falar da IREC (Intercollegiate Rocket Engineering Competition) e conversa com alguns de seus colegas da PET sobre a possibilidade de participar da competição, até hoje a maior do mundo ao nível universitário.

Utilizando uma parte da verba destinada a PET mecânica, oriunda do governo federal, esse pequeno grupo começou a desenvolver o primeiro foguete de nossa história com o objetivo de competir na IREC 2015. Durante toda a preparação os participantes da equipe foram testando e construindo o foguete como sabiam e podiam, eram todos iniciantes ali, muitos alunos do segundo e terceiro ano de graduação movidos pela curiosidade e interesse nessa nova frente da extensão universitária no Brasil.

Aproximando-se um mês da viagem, a equipe encontra seu primeiro grande dilema: a competição iria ocorrer entre os dias 24 e 27 de junho, data de extrema importância no calendário politécnico, pois era a semana de provas que fechavam o semestre e imediatamente antes da semana de provas substitutivas. Dessa forma, muitos dos membros estavam preocupados com suas graduações e não tinham muita certeza se valia a pena correr o risco de ir à viagem e prejudicar as notas.

A discussão era pautada no sentido de que talvez fosse melhor esperar um ano,  possuir uma equipe mais preparada e um foguete mais competitivo, o contraponto ficava no fato de que a espera não seria de fato ganhar um ano, mas sim perder uma oportunidade de se experimentar a vivência da competição e testar o foguete que apesar de simples era fruto de muito trabalho. A discussão ganhou um novo peso quando o então orientador da equipe, professor Edilson Hiroshi Tamai, se disponibilizou para ir à viagem e auxiliar os alunos. Por fim, apenas quatro pessoas foram na primeira IREC do Jupiter o professor Hiroshi e os alunos: Rodrigo Gatti, Lucas Giestas e Gustavo Calviño. Para bancar os custos da viagem, os membros entraram em contato com a diretoria da Escola Politécnica, além do fundo patrimonial Amigos da Poli (primeiro aporte daqueles que viriam a se tornar nossos maiores patrocinadores).

Chega então o tão esperado momento da viagem, o professor e os nossos três membros vão aos Estados Unidos para competir com o nosso primeiro foguete. Eram mais de 500 alunos pertencentes a 46 universidades, 7 países e 6 continentes, do Brasil participava até então apenas a equipe do Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA), que já estava em seu quarto ano de existência. Ao fim da participação nossa equipe concluiu que foi uma vivência de aprendizados, a experiência e consciência adquiridos ao longo da viagem foram essenciais para os próximos passos.

Nossos membros voltam ao Brasil com ideias importantes na cabeça, todos os membros da época se reúnem e discutem a necessidade de elevar o projeto de patamar para que seja possível que ele tenha continuidade. É decidido que os membros devem se dividir em grupos (embrião das áreas atuais do projeto) e trabalhar para tornar o Projeto Jupiter um grupo de extensão.

Em 2016 com o projeto oficializado, é realizado o primeiro processo seletivo da história da equipe, o grupo até então com poucos alunos e todos pertencentes a engenharia mecânica recebe aplicações de mais de 70 alunos de várias engenharias e inclusive membros pertencentes a outras unidades da USP. O aumento e a diversificação de participantes permitiu o Projeto Jupiter continuar ainda mais forte.

Atualmente, a equipe já participou mais vezes da IREC, conquistando resultados melhores que na primeira tentativa (checar sessão Competições). Além disso, o Jupiter começou a participar de outra competição a LASC (Latin American Space Challenge), da qual se sagrou campeã pela primeira vez em setembro de 2020.  

Competições

Para saber mais sobre as três competições que já participamos, confira nossa postagem sobre o assunto no Medium.

Competição	Foguete lançado	Premiação
IREC 2015	Jupiter I
IREC 2016	Nabo I	24° lugar na categoria de motor sólido 3 km
SA Cup 2017	Imperius*	4° lugar na categoria de motor sólido 3 km
COBRUF 2017	Imperius	1° lugar geral
SA Cup 2019	Callisto	11° lugar na categoria de motor sólido 3 km
		70° lugar geral
LASC 2019	Valetudo	2° lugar geral
		2° lugar na categoria de motor sólido 1 km
		Prêmio de conduta do time
LASC 2020	Europa (online)	1° lugar geral
		1° lugar na categoria de motor híbrido 3 km
		Prêmio de excelência técnica pelo Podium Session “Design, Testing, and Analysis of a Recovery System”
SA Cup 2021	Europa (online)	Top 10 Payloads da competição com o projeto de controle de um pêndulo invertido embarcado
		6° lugar na categoria de motor híbrido 3 km
		47° lugar geral

*O foguete Imperius não foi lançado na IREC 2017 por conta de uma tempestade de areia.

Lançamentos

O Jupiter participa em competições de foguetemodelismo e, além disso, também faz lançamentos próprios na Universidade de São Paulo - Campus Pirassununga, a fim de testar todos os sistemas em voo. Iniciado em 2015, o Projeto Jupiter tem 9 foguetes no total, sendo 6 competitivos e 3 de teste. Em ordem cronológica, são eles:

Jupiter I

Lançado na SA Cup 2015, para apogeu de 3 km, foi a primeira participação do Jupiter na competição. O projeto tinha motor sólido comercial de classe K, fuselagem em alumínio, paraquedas Stabilizer e Main e sistema de ejeção pirotécnico, funcionando como um pistão. Além disso, o sistema eletrônico utilizava o barômetro BMP180 e um Arduino Uno para detectar os momentos ideais para ejetar os paraquedas.

Jupiter I

Nabo I

Lançado na SA Cup 2016, conquistou 24° lugar em sua categoria. Para apogeu de 3 km, o projeto contava com um motor sólido classe L, dois paraquedas, sistema de ejeção por porta lateral e servomotor, quatro aletas e fuselagem externa de fibra de vidro. A ejeção era acionada por dois sistemas redundantes e totalmente independentes: um Arduino Nano com BMP180 e um StratoLogger CF.

Nabo I

Imperius

Na SA Cup 2017, para apogeu de 3 km, conquistou o 4° lugar de sua categoria, mesmo sem lançamento devido à tempestade de areia. No mesmo ano, em parceria com a Equipe Minerva Rockets da UFRJ, foi lançado na COBRUF, classificando nossa equipe como campeã geral. Seu motor era sólido de classe M, paraquedas Drogue e Main e sistema de ejeção por mola acionado a partir de dois circuitos eletrônicos redundantes, cujo processamento de dados era feito por um filtro passa baixas.

Imperius

Euporia I

Minifoguete que representa o primeiro lançamento próprio organizado unicamente pelos membros do Projeto. Lançado em 2018, Euporia tinha apogeu de 2 km, motor sólido classe J, sistema de ejeção pirotécnico acionado por um circuito eletrônico composto por um barômetro BMP180 e um Arduino Nano, um paraquedas de estágio único, fuselagem e conexões entre módulos de PVC e CPVC, ogiva impressa em PLA e aletas em acrílico.

Euporia I

Caldene

Em 2019, foi o segundo lançamento próprio da equipe. O Caldene foi um minifoguete para apogeu de 1 km, com motor sólido classe K, sistema de ejeção de gás carbônico acionado por um circuito eletrônico próprio composto por um barômetro BMP280 e uma placa Nucleo-F411RE, um paraquedas de estágio único, fuselagem de fibra de carbono, aletas em fibra de carbono e ogiva impressa em PLA.

Caldene

Callisto

Lançado na SA Cup de 2019, o foguete tinha apogeu de 3 km, motor sólido classe M, paraquedas Drogue e Main, sistema de ejeção de gás carbônico acionado por um circuito eletrônico redundante, que possui comunicação via wireless com o sistema de telemetria do payload. No lançamento, o paraquedas Drogue foi ejetado pela primeira vez e a equipe conseguiu recuperar o foguete, além de ficar em 11° lugar de sua categoria.

Callisto

Valetudo

Para apogeu de 1 km, foi lançado na primeira edição da LASC, em 2019, no interior de São Paulo. O projeto tinha motor sólido classe K, fuselagem em fibra de vidro, ogiva impressa em PLA, aletas em fibra de carbono, paraquedas Drogue e Main e sistema de ejeção pirotécnico acionado por um circuito eletrônico redundante, o qual possui comunicação serial por fios com o sistema de telemetria do Payload. Com ejeção de Drogue bem sucedida, o foguete foi recuperado e a equipe conquistou 2° lugar geral e na categoria em que concorria.

Valetudo

Temisto

Foguete de lançamento próprio em fevereiro de 2020, foi projetado para apogeu de 1 km. Temisto conta com um motor sólido classe K, um paraquedas Reefed, sistema de ejeção pirotécnico acionado por um circuito eletrônico com base no altímetro RRC3, ogiva de impressão 3D, fuselagem e aletas em fibra de carbono. Para o Projeto, significou o primeiro teste em voo de um sistema Reefing, além de ter sido recuperado.

Temisto

Europa

Ainda não lançado, o Europa foi um foguete competitivo para a LASC Online 2020. O projeto, para apogeu de 3 km, é composto por um motor híbrido classe M, módulo da Carga Experimental (linkar) em fibra de vidro, outros módulos e ogiva em fibra de carbono, aletas em aerofólio, paraquedas Reefed e sistema de ejeção de gás carbônico. Além disso, possui dois circuitos eletrônicos redundantes: um que aciona a ejeção e envia dados para o sistema de telemetria da carga experimental, através de uma comunicação serial por fios, e outro que aciona o disreefing do paraquedas principal. Com ele, a equipe alcançou 1° lugar geral e em sua categoria. Além disso, foi premiada por Excelência Técnica, pela apresentação no Podium Session. A equipe ainda participou com ele na SA Cup 2021, conquistando o top 10 de melhores payloads da competição, colocação escolhida por especialistas da NASA.

Europa

Aerodinâmica e Estruturas

A Aerodinâmica e Estruturas é um das áreas técnicas do Projeto Jupiter, responsável pela estabilidade e otimização da trajetória do foguete, assim como as análises dos esforços sofridos pelos componentes e da manufatura (construção) de toda a estrutura externa - como tubos, ogiva e atletas - e dos discos de conexão do foguete.

Dentre as atividades exercidas pelos membros da área estão:

Simulações CFD

Com o software de simulação de dinâmica dos fluidos Ansys Fluent, analisa-se o comportamento dos fluidos (no caso, do ar) ao redor do foguete durante sua trajetória e obtêm-se dados importantes sobre a sua aerodinâmica.

Análises estruturais

Realizadas com o software de simulação em engenharia Ansys Mechanical, analisa-se o comportamento de componentes do foguete sob situações críticas para avaliar a segurança destas partes.

Simulações de voo

Utilizando o programa RocketPy, criado pela própria equipe do projeto, obtém-se dados sobre a previsão da trajetória do foguete, incluindo dados como sua aceleração máxima, apogeu, etc. Também são feitos com este programa cálculos de probabilidade sobre as regiões de impacto do foguete (chamadas análises de dispersão), atualmente também realizadas pela Recuperação.

Gráfico de trajetória simulada pelo rocketpy

CAD

Utilizando softwares de representação 3D para o projeto do foguete, constrói-se uma réplica digital dos componentes do foguete, importante para realizar todas as simulações mencionadas e também para criação de desenhos técnicos para fabricação de peças.

Fabricação de componentes

Utilizando técnicas de manufatura, laminação de materiais compósitos, usinagem e impressão 3D, constroem-se várias peças da estrutura externa do foguete como a fuselagem, ogiva, aletas e conexões. Também trabalha-se com o desenvolvimento de novas técnicas para criação de componentes mais resistentes e mais leves.

Processo de fabricação de tubo por laminação

Pesquisa e Inovação

Faz parte da área a constante busca por melhorias e refinamentos para os projetos. Destas podemos citar estudo de novas técnicas para manufatura de compósitos, ensaios experimentais para obter dados mais precisos sobre nossos materiais, implementações de novas funcionalidades para o RocketPy, o desenvolvimento de um controle ativo de trajetória e trabalhos de otimização no formato de aletas, ogiva e, mais recentemente, da cauda do foguete.

Estudo de otimização das aletas em aerofólio

Testes de novos métodos de fabricação da ogiva

Financeiro

O Financeiro é uma área administrativa responsável pela organização da parte monetária do projeto. Dentre as atribuições da área constam a criação do cronograma físico-financeiro, a realização de compras para as áreas técnicas, o arquivamento de notas fiscais e a realização do fluxo de caixa do Projeto.

A organização dos membros da área é dividida em duas: membros fixos e representantes de área. Os membros fixos são aqueles que exercem função somente no financeiro (pode ser que tenham função em comissão também.), dentre estes se encontra o gerente, chefe do setor. Já os representantes são membros de outras áreas que têm contato direto com o financeiro, eles participam da elaboração do cronograma físico-financeiro e são os responsáveis por realizar os pedidos de compra para suas respectivas áreas.

A princípio, o financeiro não era uma área do Projeto Jupiter, era uma atribuição do(a) capitão da equipe a qual ele costumava receber auxílio de outros membros. Foi em 2017 que o financeiro se emancipou das responsabilidades da capitania e se tornou uma área independente. O motivo da decisão foi o excesso de trabalho que ficava concentrado no(a) capitão, o que poderia prejudicar uma área tão importante. Por ser um fruto da capitania, o financeiro tem um caráter bastante administrativo e é de vital importância para manter a saúde financeira e a continuidade do Projeto Jupiter.

Marketing

O Marketing cuida das redes sociais do Projeto. Além disso, ele também organiza o site do Jupiter. É papel da área também cuidar da identidade visual do Projeto, desde logo até as camisetas personalizadas que são utilizadas pelos membros. O eventual moletom e produtos com a identidade do Jupiter são responsabilidade do Marketing.

Quando há a demanda de alguma competição, o Marketing também organiza a formatação e a impressão de banners. Além de serem levados para as competições também permanecem para utilização posterior em feiras e campanhas de marketing.

A área deve atentar-se também se as contrapartidas exigidas pelos patrocinadores estão sendo cumpridas, garantindo que todos os patrocinadores apareçam nas divulgações de apoiadores que são feitas, nas roupas e nas páginas do Projeto.

Cargas Experimentais

A Área de Cargas Experimentais é responsável pelo desenvolvimento de demonstrações tecnológicas ou experimentos científicos, denominados Payload, a serem embarcados nos foguetes. Nas competições, o Payload não somente contribui na pontuação da equipe, como também concorre em uma categoria específica, com premiação própria.

A categoria de payloads da SA Cup chama-se Payload Challenge. Nela, avalia-se:

• Objetivos técnicos e científicos (400 pontos).
• Construção e decisões de projeto (200 pontos).
• Operação (100 pontos).
• Execução de objetivos (300 pontos).

O principal requisito é que o Payload tenha uma massa de, no mínimo, 4 kg. Além disso, ganham-se pontos extras caso ele seja concebido em formato de CubeSat. As possibilidades são inúmeras: é possível implementar desde um modelo que simule parte do corpo humano até um experimento deployable (que se separa do foguete durante o voo e possui paraquedas próprio).

Até 2019, o Payload era responsabilidade da área de Sistemas Eletrônicos, quando se tornou uma comissão com membros de todas as áreas do projeto. Atualmente, a partir da experiência adquirida com os experimentos, ele se consolidou como uma área independente do Projeto. Nesse período, a equipe desenvolveu os payloads que podem ser vistos abaixo:

Telemetria (2018-2019)

Experimento que utiliza acelerômetros, giroscópios e magnetômetros para obter dados de trajetória, que são enviados em tempo real através de uma antena.

Membro posicionando a antena (PyroCall) para o lançamento da SA Cup

Osmose Jones (2019-2020)

Experimento que utiliza osmose para medir a pressão do topo da trajetória do foguete.

Desenho esquemático do experimento Osmose Jones

Pshhhhh (2020)

Experimento para a medição do ruído sonoro gerado pelo foguete e comparar diferentes isolamentos acústicos.

CAD do experimento Pshhhhh feito para a LASC 2020

Controle de um pêndulo invertido (2020-presente)

Demonstração tecnológica de controle para manter um pêndulo invertido em uma posição específica dentro do foguete durante o voo.

Como há sempre novos projetos em desenvolvimento, as atividades da área variam muito. De forma simplificada, ela é amplamente multidisciplinar, envolvendo principalmente:

• Criatividade para levantar ideias de projetos e de como implementá-los em um foguete;
• Discussões sobre como implementar o experimento - inicialmente em CAD e, mais tarde, manufaturado;
• Pesquisas não só sobre o tema do experimento, como também para escolha de sensores que possibilitem a obtenção de dados relevantes;