4 – A primeira hipótese é a causa mais provável do acidente ocorrido com o VLS-1 V03, em 22 de agosto de 2003, em Alcântara, Maranhão.

4.1 – Justificativa

Esta primeira hipótese é a causa mais provável da iniciação de um dos detonadores do propulsor A do VLS-1 V03 (COMAER, 2004), porque baseia-se no fato de ter ocorrido interação entre radiação eletromagnética e a eletricidade estática acumulada na capacitância intrínseca dos mesmos a um potencial eletrostático maior que 3 kV, permitindo afirmarmos que:

O circuito da “linha de fogo” flutuante de cada um dos detonadores dos propulsores do primeiro estágio do VLS-1 V03, situados a aproximadamente 13,7 m de altura, formavam uma antena com capacitância intrínseca capaz de armazenar energia eletrostática em relação às suas respectivas carcaças e, nessa condição, caracterizavam-se como uma situação de perigo por si só pelo fato de possuírem, no instante do acidente, um potencial eletrostático maior que 3 kV gerados pelo Campo Elétrico Vertical existente no interior da Torre Móvel de Integração, cujo gradiente era determinado principalmente pela fonte de eletricidade estática existente ao redor da Coifa Principal, variável aleatoriamente em função da velocidade do vento e da poeira incidentes na capa de plástico da Coifa Principal e nas capas isolantes dos fios, tornando desta forma os detonadores e seus respectivos fios a própria fonte de eletricidade estática carregados por indução e fricção, capazes de gerar descarga eletrostática através do explosivo do “primer” sob a ação de transitórios elétricos gerados dentro da Torre Móvel de Integração. (LEITE, 2013)

4.2 – Origem da eletricidade estática na linha de fogo

Embora não esteja disponível o valor do Campo Elétrico Vertical no interior da Torre Móvel de Integração (TMI) no Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) no instante do acidente, utilizaremos a título de ilustração o gráfico da figura 6.6 abaixo obtida em (FERRO, 2004), por meio de medições do Campo Elétrico Vertical atmosférico externo ao Meio Ambiente de Trabalho da TMI. Este gráfico apresenta valores médios e será utilizado como se o Veículo estivesse fora da TMI a céu aberto em tempo bom.

Como a variável do eixo vertical do gráfico é Porcentagem em torno da média, às 13:30 LT (16:30 UT) temos uma porcentagem média entre 120% e 130%, o que implica num Campo Elétrico Vertical entre 1,2 x 177 V/m = 212,4 V/m e 1,3 x 177 V/m = 230,1 V/m . Como a altura da cablagem umbilical, que contém os fios torcidos sem blindagem dos detonadores, é de aproximadamente 13,7 m, o cálculo da voltagem do Campo Elétrico Vertical nesta altura é o seguinte: Valor mínimo: 13,7 m x 212,4 V/m = 2909 V e  Valor máximo: 13,7 m x 230,1 V/m = 3152 V.

Portanto, o valor da diferença de potencial de eletricidade estática, entre os pinos e a carcaça, através do explosivo primário do “primer” dos detonadores encontrava-se entre 2900 V e 3150 V.

Campo elétrico vertical no CLA

Fonte: (FERRO, 2004)

O campo elétrico atmosférico de tempo bom apresentou variação diária típica em função da hora universal (UT – Universal Time) similar à curva de Carnegie, com valor médio de 177 V/m, valor máximo de 292 V/m ocorrendo por volta das 20:39h LT (23:39 UT) e valor mínimo de 76 V/m ocorrendo por volta das 5:01 h LT (8:01 UT). (FERRO, 2004).

Uma análise do gráfico acima nos mostra que durante a manhã do dia 22 de agosto de 2003, a intensidade do Campo Elétrico Vertical era baixa, devido ao baixo calor da luz solar. Conforme a incidência da luz solar aumentava, também aumentava a convexão do ar na atmosfera. As partículas ionizadas próximas ao solo, criadas pela radioatividade natural e os aerossóis, subiram e geraram valores cada vez maiores do Campo Elétrico Vertical. Quando a voltagem atingiu o valor mínimo de ruptura do dielétrico (primer) existente dentro de um dos detonadores do propulsor A, ocorreu a ignição do mesmo.

No instante do início do acidente (13:26:05 entre os quadros 26 e 27), os detonadores dos propulsores A e D já tinham sido conectados à interface da linha de fogo dentro da Caixa de Relés e estavam curto-circuitados pelos seus respectivos relés. Portanto, como temos dois fios por detonador e dois detonadores por propulsor, existiam 4 pares de fios torcidos sem blindagem que efetivamente estavam conectados e flutuantes, o que implica em mais de: 8 x 5 m = 40 m de comprimento de fios pelo fato dos mesmos serem torcidos, carregados de eletricidade estática, funcionando como antenas e capacitores, cujas principais fontes de eletricidade estática eram o Campo Elétrico Vertical atmosférico do CLA, o gradiente de voltagem gerado pela fonte de eletricidade estática existente ao redor da Coifa Principal e a fricção do vento e poeira com as capas isolantes dos fios sem blindagem dos detonadores.

Os 16 fios paralelos e sem blindagem que estavam ligados aos resistores de 100 kΩ e aterrados na casamata através da linha de fogo, possuíam um comprimento maior que 13,7 m, pois ligavam os relés da Caixa de Relés ao Quadro de distribuição das linhas umbilicais na Sala de Interface.

Os resistores de 100 kΩ deveriam ter sido aterrados na Plataforma de Lançamento, na qual estavam aterradas a estrutura do Veículo e as carcaças dos detonadores, a fim de dissiparem a eletricidade estática, gerada por indução e fricção, na capacitância desses fios verticais.

A causa mais provável do acidente ocorrido com o VLS-1 V03, em 22 de agosto de 2003, em Alcântara, Maranhão, foi a descarga de eletricidade estática gerada por um potencial eletrostático maior que 3 kV através do explosivo primário do primer de um dos dois detonadores do propulsor A do primeiro estágio.

A eletricidade estática foi gerada pelo(a):

– Campo Elétrico Vertical atmosférico existente no exterior da Torre Móvel de Integração ao nível do umbilical da cablagem dos pares de fios encapados, torcidos, sem blindagem eletromagnética e eletrostática, curto-circuitados entre si na Caixa de relés situada a 13,7 m de altura na Torre de umbilicais, sem o aterramento correto dos 16 resistores de 100 kΩ e dos pares de fios curto-circuitados dos detonadores na estrutura do Veículo;

– Fricção do Vento e poeira trasportada pelo mesmo nas capas dos fios torcidos e sem blindagem dos detonadores e

– Campo Elétrico Vertical gerado pela fonte de eletricidade estática existente ao redor da Coifa Principal, que expelia ar seco e frio de dentro da capa de plástico não condutor que envolvia a mesma, na direção vertical e no sentido descendente, através do espaço existente entre a estrutura tubular do Veículo e os pisos dos níveis 4 e 5.

4.3 – Fundamentação técnica

Esta conclusão está de acordo com o sub-item 3. Charged Device do item GENERAL, do artigo escrito por (WEITZ, 1999), cuja transcrição segue abaixo:

ESD SUSCEPTIBILITY TESTING OF LECTROEXPLOSIVE DEVICES

GENERAL

3. Charged Device – This ESD event occurs when the electroexplosive device becomes charged either individually or when installed in a system that is not grounded. The intrinsic capacitance of the device itself or assembly it is installed in becomes the capacitor of the Charged Device Model (CDM). The discharge resistance is usually 0 Ohms. This is the most severe of the three models at a given voltage level. To properly evaluate a device for ESD susceptibility all three models should be used. For example, devices that passed the 25 kV HBM requirement failed when tested in the CDM mode at only 1.5 kV.” (WEITZ, 1999).

HBM: “Human Body Model”

4.4 – As equações da insegurança para a primeira possível causa de iniciação do VLS-1 V03

Devido ao fato dos fios torcidos dos detonadores estarem sem blindagem eletromagnética e eletrostática, o campo elétrico vertical local, ao nível da cablagem dos fios dos detonadores (13,7 m de altura), gerou eletricidade estática nos 8 fios eletricamente flutuantes dos detonadores dos propulsores A e D.

Quando o nível de voltagem ultrapassou em muito os 3 kV gerados pelo Campo Elétrico Vertical atmosférico medido para a dissertação de mestrado de (FERRO, 2004), o explosivo primário do primer de um dos detonadores foi atravessado por uma centelha.

Tendo em vista que não seria possível desligar o Campo Elétrico Vertical atmosférico e nem tão pouco parar a penetração do vento e poeira dentro da Torre Móvel de Integração com as portas e frestas de ventilação do interior da mesma abertas, bem como impedir a geração de gradiente vertical de voltagem gerado pela fonte de eletricidade estática existente ao redor da Coifa Principal, pois existiam dois satélites em seu interior que necessitavam dessa refrigeração, segue abaixo a equação com as variáveis envolvidas na ignição e no acidente catastrófico com o VLS-1 V03:

1ª Equação que resume os fatores de risco:

O revestimento de proteção da superfície metálica do envólucro dos propulsores não era condutor de eletricidade, permitindo desta forma que a fricção do vento e poeira com o revestimento gerassem eletricidade estática no mesmo + “Linha de fogo” aterrada na casamata + detonadores sem centelhador embutido + ausência dos 16 resistores de 100 kΩ preconizados em (MANHA, 2009) para drenagem da eletricidade estática dos fios dos detonadores e descarga de eletricidade estática incidente ou induzida na antena em loopformada por estes fios + ausência do aterramento dos 16 resistores de 100 kΩ na estrutura do Veículo, responsáveis pelo escoamento da eletricidade estática e por desvio para o aterramento de descargas eletrostáticas incidentes ou induzidas nos fios da linha de fogo vertical da Torre de Umbilicais + ausência de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) em cada fio nas interfaces das linhas de fogo + fios encapados e torcidos + sem blindagem + expostos ao vento, à poeira e ao gradiente elétrico gerado pela fricção do ar seco e frio com a capa de plástico da Coifa Principal + cargas elétricas existentes na umidade relativa do ar + conectados antecipadamente na manhã da sexta feira às 11:30 + flutuantes a 13,7 m de altura (potencial eletrostático maior que 3 kV) + sem relés redundantes junto aos detonadores para realizar o curto-circuito dos pinos na carcaça dos detonadores através de resistores adequadamente especificados para suportarem potenciais e descargas eletrostáticas acima de 25 kV + geração de corrente elétrica no loop de terra decorrente de:

– falta à terra de uma ou mais fases da rede elétrica do Sistema Plataforma de Lançamento ou

– medições da resistência ou impedância do aterramento de hora em hora = Ignição do primer” entre os quadros 26 e 27 gerados às 13:26:05.

2ª Equação que resume os principais fatores de risco  envolvidos:

Ignição do “primer” ocorrida entre os quadros 26 e 27 gerados às 13:26:05 + ausência do Dispositivo Mecânico de Segurança + 21 funcionários do IAE trabalhando na Torre Móvel de Integração = Acidente catastrófico.

4.5 – Descrição da metodologia utilizada em (FERRO, 2004)

Transcrevo abaixo o sub-item 3.2 Metodologia, da fonte abaixo, para melhor entendimento da mesma:

3.2 Metodologia

Foram utilizados nesse estudo os dados gerados pelo sistema de monitoramento do ambiente eletromagnético instalado no Centro de Lançamento de Alcântara em agosto de 2003 e os dados climatológicos disponíveis na Divisão de Ciências Atmosféricas (ACA) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do CTA.

3.2.1 Etapas da Pesquisa

As seguintes etapas foram executadas em ordem cronológica:

a) Entre janeiro e abril de 2003 buscou-se uma familiarização, através da consulta aos manuais técnicos, com o sistema a ser implantado no Centro de Lançamento de Alcântara, estudando os princípios de funcionamento e características dos principais equipamentos que o compõe.

b) Orientação quanto o local de instalação dos equipamentos no Centro de Lançamento de Alcântara e acompanhamento das obras de infra-estrutura necessárias para a instalação entre maio e julho de 2003.

c) Instalação do sistema e início da colocação em operação (setup) em agosto de 2003.

d) Aquisição de dados até maio de 2004.

3.2.2 Período dos Dados

Os dados provenientes do sistema de monitoramento do ambiente eletromagnético cobrem o período de final de janeiro a maio de 2004. A despeito de ter entrado em operação em 20 de agosto de 2003, o sistema permaneceu desligado entre o final de setembro de 2003 e o final de janeiro de 2004 devido à ocorrência do acidente com o 78 VLS-PT3 em 22 de agosto de 2003 e os procedimentos de segurança adotados após este infeliz evento. Porém, como pode ser observado na Tabela 3.1 a seguir, o período de aquisição de dados cobre o período de maior precipitação em 2004.” (FERRO, 2004).

Os interessados em observar a Tabela 3.1 devem recorrer à fonte bibliográfica do mestrado que encontra-se em (FERRO, 2004).

É importante sabermos que um dos orientadores da dissertação de mestrado de (FERRO, 2004), era funcionário do CTA/IAE e engenheiro responsável pela instalação elétrica da plataforma de lançamento e da casamata, bem como também era o responsável pelas medições da resistência do aterramento da plataforma de hora em hora e, portanto, ele sabia da existência do Campo Elétrico Vertical atmosférico local e que este campo elétrico gera eletricidade estática em circuitos flutuantes que não possuem os resistores de 100 kΩ para dissipação dessa eletricidade estática para o aterramento do Veículo, aterramento este que não apresentava problema algum (COMAER, 2004) e, portanto, não havia a necessidade de realização das medições da resistência do aterramento.

Devido ao fato daquelas medições da resistência do aterramento terem sido realizadas, todos os materiais explosivos ou perigosos deveriam ter sido retirados do local antes de serem realizadas as medições (AEB, 2012), (DOE, 1996), (DOE, 2006) e (DOE, 2013).

Segue abaixo a transcrição do item relativo ao aterramento existente no Relatório da Investigação do Acidente (COMAER, 2004):

– Aterramento

Após o acidente e no decorrer da investigação, foram levantados questionamentos quanto a uma possível deficiência do sistema de aterramento da torre móvel de integração e do Veículo.

A investigação dos fatos, entretanto, mostrou que:

– nas imediações da mesa de lançamento, há um ponto comum de uma malha de aterramento, de boa qualidade, com conexões para o sistema de aterramento da sala de interfaces, conexão para a mesa de lançamento e também para a base da torre móvel de integração;

a resistência de terra no ponto comum foi medida por uma empresa especializada, em março, antes do início da campanha, tendo o resultado se mostrado conforme;

por ocasião da montagem do propulsor do segundo estágio e dos quatro propulsores do primeiro estágio no Veículo, foi medida a resistência de terra da mesa de lançamento e encontrados valores considerados também normais;

– na parte baixa da mesa, foi escolhido um ponto, que, após raspado e lixado, foi utilizado para conectar as malhas de cobre para os propulsores do primeiro estágio e, a partir desses
pontos, para conectar as malhas para os estágios superiores;

– foi também verificada a continuidade do ponto na base da mesa com a face inferior da plataforma do primeiro nível da TMI, bem como com outras hastes da malha de aterramento;

– a mesa de lançamento é conectada ao ponto de terra por um cabo de cobre;

– as sapatas de apoio do primeiro estágio e as sapatas da mesa de lançamento têm tratamento superficial condutor;

– os anéis de interface das baias dos propulsores do VLS-1 V03, do segundo estágio para cima, são também condutores, com graxa de cobre coloidal colocada nas suas interfaces; e

– as malhas de conexão de terra acima descritas são, portanto, redundantes, após a operação de montagem dos propulsores dos primeiro e segundo estágios.

Em síntese, não foram constatados quaisquer problemas com o sistema de aterramento.” (COMAER, 2004)

O problema não estava no aterramento da torre móvel de integração e do Veículo, mas sim na ausência de um fio ou cabo para realizar a conexão entre os 16 resistores de 100 kΩ, mostrados na figura 79 abaixo (COMAER, 2004), e o aterramento do Veículo, além da ausência dos resistores de 100 kΩ (CAMPELLO, 2004) entre os pares de fios curto-circuitados dos detonadores e o aterramento do Veículo, cuja função era a dissipação da eletricidade estática armazenada na capacitância intrínseca dos detonadores e seus respectivos pares de fios, estendidos a aproximadamente 13,7 m de altura na cablagem do umbilical dos fios dos detonadores e submetidos a um potencial eletrostático maior que 3 kV no instante do acidente.

Figura 79 do relatório de investigaçãoFigura 79 com aterramento dos resistores de 100K no Veículo

4.6 – Contribuição da fonte de eletricidade estática, montada ao redor da Coifa Principal, para o aumento do gradiente elétrico vertical no Meio Ambiente de Trabalho dentro da Torre Móvel de integração

O insuflamento de ar seco e frio dentro da capa de plástico, instalada ao redor da Coifa Principal, que tinha por objetivo manter os dois satélites num ambiente sob umidade e temperatura controladas, acarretou a criação de um Campo Elétrico Vertical artificial dentro do Meio Ambiente de Trabalho da Torre Móvel de Integração, cujo gradiente de voltagem não foi monitorado continuamente como aquele realizado para a tese de mestrado de (FERRO, 2004).

Embora este Campo Elétrico Vertical artificial não tenha sido monitorado, sua intensidade certamente era muito maior do que o campo elétrico vertical atmosférico monitorado continuamente para a tese de mestrado de (FERRO, 2004) e apresentado na figura 6.6 mostrada no item 4.2 acima.

Tendo em vista que o revestimento de proteção da superfície do envólucro dos propulsores não era condutor de eletricidade, a fricção do vento e poeira com o revestimento também gerava eletricidade estática adicional que contribuía para a ocorrência de: descargas eletrostáticas incidentes sobre os fios dos detonadores; corrente induzida na antena em loop formada pelos fios torcidos dos detonadores curto-circuitados e/ou indução de eletricidade estática nos fios dos detonadores, pois aqueles fios torcidos não possuíam blindagem eletrostática e eletromagnética, conforme mostrado na figura 66 abaixo:

Figura 66 de COMAER 2004 com a vista superior de um propulsor mostrando a posicao dos detonadores e dos dois sensores de pressao

Fonte: Figura 66 apresentada em (COMAER, 2004) p. 42, mostrando as proteções metálicas de cablagens (gaiola de Faraday) apenas ao redor dos detonadores. A cablagem dos pares de fios dos detonadores não possuíam a proteção de uma malha metálica de blindagem eletromagnética e eletrostática que deveria estar envolvendo cada par de fios dos detonadores.

Não foram obtidos dados quantitativos deste campo elétrico vertical artificial porque o aparelho disponível para esta finalidade estava sendo utilizado para obter os dados do Campo Elétrico Vertical atmosférico para a tese de mestrado de (FERRO, 2004), fora da Torre Móvel de Integração.

Apesar da ausência do monitoramento deste gradiente de potencial elétrico vertical, podemos concluir que este Campo Elétrico Vertical artificial contribuiu para a acumulação de eletricidade estática nos fios flutuantes, torcidos, curto-circuitados e sem blindagem dos detonadores, produzindo um aumento do gradiente de potencial elétrico vertical dentro da Torre Móvel de Integração, acumulação esta superada apenas pela ocorrência de fricção do vento e poeira nas capas de material isolante dos fios sem blindagem.

A instalação desta fonte de eletricidade estática na Coifa Principal é proibida pelas normas técnicas militares de engenharia, pelas normas técnicas das agências espaciais reguladoras destas atividades e pelo conhecimento disponível na literatura técnica e científica sobre este assunto.

Bibliografia

1 – AEB. REGULAMENTO TÉCNICO DA SEGURANÇA PARA VEÍCULO LANÇADOR. 2012. Página da Internet. Disponível em < URL: http://www.aeb.gov.br/wp-content/uploads/2012/09/Parte_6_Regulamento_Tecnico_da_Seguranca_para_Veiculo_Lancador.pdf >, sub-item: 4.1.2.3 Sistemas pirotécnicos. p. 19. Acessado em 2013.

2 – CAMPELLO, Alexandre S. Modelagem e análise comparativa da confiabilidade em sistemas de segurança e atuação com aplicação em foguetes. 2004. 108f. Tese de mestrado – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. Página da Internet. Disponível em < URL: http://www.bd.bibl.ita.br/tesesdigitais/000531953.pdf > p. 24. Acessado em 2013.

3 – COMAERRelatório da Investigação do Acidente ocorrido com o VLS-1 V03, em 22 de agosto de 2003, em Alcântara, Maranhão. Página da Internet. Disponível em < URL: http://www.defesanet.com.br/docs/VLS-1_V03_RelatorioFinal.pdf >, p. 55 e 59. 2004. Acessado em 2013.

4 – DOE. DOE Explosive Safety Manual DOE M 440.1-1. 1996. p. II-27. Página da Internet. Disponível em < URL: https://www.directives.doe.gov/directives/0440.1-DManual-1/view >. Acessado em 2013.

5 – DOEDOE Explosive Safety Manual DOE M 440.1-1A. 2006. p. 45. Página da Internet. Disponível em < URL: https://www.directives.doe.gov/directives/0440.1-DManual-1a/view >. Acessado em 2013.

6 – DOEDOE HANDBOOK ELECTRICAL SAFETY DOE-HDBK-1092-2013. 2013. p. 48. Página da Internet. Disponível em < URL: http://energy.gov/sites/prod/files/2013/09/f2/DOE-HDBK-1092-2013.pdf >. Acessado em 2013.

7 – FERRO, M. A. S.  Monitoramento da atividade elétrica atmosférica do Centro de Lançamento de Alcântara. São  José dos Campos: INPE, 2004. 146p. Página da Internet. Disponível em < URL: http://mtc-m16.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/jeferson/2004/09.13.09.29/doc/publicacao.pdf >, p. 119. Acessado em 2013.

8 – LEITE, H. E. Falhas técnicas no projeto do circuito de Segurança e Atuação dos propulsores do primeiro estágio do VLS-1 V03. 2013. Página da Internet. Disponível em < URL: https://dallapiazza.wordpress.com/2013/07/31/falhas-no-projeto-dos-circuitos-das-figuras-79-86-e-88/ >, sub-item 3.3. Acessado em 2013.

9 – WEITZ, S. ESD SUSCEPTIBILITY TESTING OF ELECTROEXPLOSIVE DEVICES. Electro-Tech Systems Inc. Página da Internet. Disponível em < URL: http://www.electrotechsystems.com/articles/12.pdf >. Acessado em 2013.

10 – WILSON, M. J. Projected Response of Typical Detonators to Electrostatic Discharge (ESD) Environments. LLNL, 2002, pg 23. Página da Internet. Disponível em  < URL: https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/241697.pdf  > Acessado em 2013.

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