Nemcsak a világűrt, a tudományos világot is meghódították
Sikeres start után üzemképesen pályára állt a BME-n kifejlesztett SMOG-P műhold, a SMOG-1 előfutára. A műholdprojekt két gépészeti vezetőjével, a BME Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék adjunktusaival, Józsa Viktorral és Kovács Róberttel beszélgettünk.
Milyen szerepet játszottak a zsebműhold, a SMOG-P kialakításában?
Kovács Róbert: A SMOG-P-vel és a SMOG-1-gyel kapcsolatban volt szerepünk. A gépészkar a szerkezeti tervezés, termikus vizsgálatok, és egyéb, mechanikai-rezgéstani vizsgálatok miatt kapcsolódott be.
Józsa Viktor: a Masat-1, az első magyar műhold, 2012-ben pályára állt és jól működött 2015-ös visszatértéig. A kisméretű műholdak kapcsán a legkritikusabb tényező, hogy kommunikációképesek legyenek, és pont ebből kifolyólag nagyrészt villamosmérnökök, rádióamatőrök, valamint kisebb hobbicsoportok, egyetemi körök készítenek ilyesmit. Viszont szükség van gépészmérnöki tudásra is a megbízható működés érdekében. Hőtechnikailag figyelembe kell venni a világűr 2,7 Kelvines (mínusz 270 fokos) háttérhőmérsékletét, valamint a műholdat szállító rakéta rezgését és gyorsulását, ugyanis mechanikailag a start jelenti a legnagyobb terhelést, amit tervezés szerint el kell viselni az eszközöknek. A rezgés és a gyorsulás azért is fontos, mert a legtöbb, műholdat szállító rakéta nem szállít embert, nem 2-3 g mértékű, emberi túlélésre tervezett terhelési optimumot kell alapul venni, hanem 10 g mértékűt vagy ezt meghaladót, így biztosítható a legkisebb startköltség. Az első fokozat leválásánál ráadásul egy kalapácsütésszerű 100 g értékű gyorsulásra lehet számítani. Csupán ekkor érkeztünk el csak a kérdéshez, hogy az űreszköz tud-e kommunikálni, vagy sem.
A gépészeti munkák a projekt elején igen kicsúcsosodtak, akkor kellett elkészíteni a vázszerkezetet, akkor kellett termikus számításokat elvégeznünk, a villamosmérnökök alapvetően a gépészeti munkák eredménytermékei mentén tudtak haladni a saját feladataikkal. A tervezési fázisban a gépészeti feladatok annyira égetőek voltak, hogy a projekt elején több gépészmérnök hallgató dolgozott rajta, mint villamosmérnök.
Kovács Róbert: Az oktatás is fontos részét képezi a projektnek. Szakdolgozat, diplomaterv, TDK-dolgozat is született a projektből, valamint a hallgatók munkáját kreditekkel ismerik el.
Mennyi ideje foglalkoztok a projekttel?
Józsa Viktor: Öt és fél éve foglalkozunk a projekttel, 2014 márciusa óta. Én kezdtem el csoportvezetőként és 2016 közepéig vittem, amikor viszont már a doktori dolgozatomra kellett koncentrálnom. Akkor kérdeztem meg Kovács Róbert kollégámat, átvenné-e a csoportvezetést. Én támogatóként megmaradtam, és miután megszereztem a doktori fokozatot, együtt láttuk el a csoportvezetői feladatokat.
A legtovább tartó folyamat nem mérnöki probléma volt
Milyen kihívások voltak a munka során?
Kovács Róbert: Termikus oldalról a legnagyobb kihívás az volt, a műhold megfelelő hőháztartását biztosítsuk. Másrészt, hogy a környezet tulajdonságait feltárjuk, például, megbecsüljük, hogy űrbéli viszonyok között a műhold a működőképes tartományban fog-e mozogni, hogy az elektronikának megfelelő üzemviszonyok fennmaradnak-e hosszú távon is.
Józsa Viktor: Az akkumulátor igényli a legkörülményesebb tervezést, egy 0 K közeli hőmérsékletű környezetben 0 Celsius fokot biztosítani igen nagy kihívás, főleg egy 5x5x5 centiméteres szerkezet esetében – majdnem 270 fokot kell áthidalni.
Nehézség volt az is, hogy találjunk helyet, ahol ezt a műholdat befogadják és pályára állítják. A folyamatban egyébként ez tartott a legtovább, annak ellenére, hogy nem kifejezetten mérnöki probléma. Mivel a legtöbb, kereskedelmi alapon pályára állított műhold néhányszáz kilogrammot nyom, nehéz egy ilyen kicsi szerkezetnek helyet találni, ahol fogadják. A kis méretekből jól bevált CubeSat méret térfogatban ennek a nyolcszorosa, 10x10x10 cm, és a teljes űriparban annyira felkapottá vált, hogy erre a méretre rendezkedett be az űripar, mint legkisebb egység. Még kisebb helyet találni viszont elég nehézkes, egyszerűen gazdaságilag nem éri meg az űrszektorban érdekelt cégeknek ilyen apró rakománnyal foglalkozni. Bár a fejlesztés közben törölték az internetről a PocketQube szabvány tervezetet, mely az 5x5x5 cm-es kockákról szól, több fejlesztő is elindult ezen a vonalon. Így a CubeSat osztály 1,33 kg-os tömeghatára itt lazábban volt értelmezve, jelenleg 250 g-os felső határt húztak meg a fogadó partnerek. A SMOG-P súlya 183 g lett végül. Szívesen töltöttük volna meg még valamivel a műholdat, a nagyobb tömeg az összesített hőkapacitás szempontjából kedvezőbb is lett volna, de már nem lehetett belezsúfolni érdemi tömeget, elfogyott a hely.
Másrészt az űrszemétté válás jelensége is kihívást jelentett. Űrszemétté vált műholdak, sőt, akár egy csavaranya is mintegy 8 km/s (28 800 km/h) sebességgel haladva, ha ütközik bármilyen pályán lévő rakétával, vagy a nemzetközi űrállomással, hatalmas károkat tud okozni. A NORAD (Észak-amerikai Légvédelmi Parancsnokság) az űrben keringő objektumokat monitorozó szervezet radarhálózatának az érzékenységi tartományának az alsó értéke az 5 cm-es méret környéke. A mostani pálya kijelölésének valószínűleg az volt a háttere, hogy alacsonyabb legyen a Nemzetközi Űrállomásnál, hogy ha sikertelenség esetén a kocka űrszemétté válik, ne tegyen kárt semmilyen fontosabb objektumban. Nem mellesleg a kis méretű műholdakban nincs hajtómű, hogy veszély esetén akár kitérő manővereket tudjunk végrehajtani.
Mi a SMOG-P célja?
Józsa Viktor: A SMOG-P fő célja, hogy az SMOG-1 biztosan működjön. Ilyen kis méretű és teljes funkcionalitású műhold még nem működött a világűrben. Voltak már kisebb, úgynevezett levélműholdak, amelyek akkumulátor nélkül, csak napelemmel és egy rádióáramkörrel üzemelnek, de ezek földárnyékban nem tudnak működni. Rádióamatőrök támogatásával születtek, csak jelvételre, néhány napos pályaélettartammal, még a SMOG-nál is alacsonyabb pályamagasságon.
Kovács Róbert: A SMOG-P küldetésének lényege az, hogy megnézzük, hogy jól számoltunk-e, és a SMOG-1 garantáltan sikeres küldetés lesz-e. Mivel a SMOG-P-vel kapcsolatban már most kiderült, hogy az eredmény pozitív, a SMOG-1-től is hasonló sikert várunk el, joggal.
A SMOG-P 360 kilométeres magasság környékén van napszinkron pályáján, folyamatosan csökkenő magassággal. Az űridőjárástól is függ, hogy mekkora lesz az élettartama, a jelenlegi becslések szerint 2020 áprilisáig hallgathatjuk az adását.
Jó csapat, nagy eredmények
Milyen eredmények születtek a kutatásból?
Kovács Róbert: Tavaly, az év első felében publikáltuk a termikus analízis részleteit, többféle megközelítésből. Ezt más műholdkészítő csapatok is hivatkozzák és figyelik. Nemzetközileg tudatában vannak a szakértők, hogy a BME-n készült egy PocketQube műhold.
Józsa Viktor: A Nemzetközi Űrállomáson lévő alfa-magneto-spektrométer hőháztartását vizsgáló kutatók a mi eredményeinket nemcsak hivatkozták, hanem konkrétan az eredményeink alapján döntöttek bizonyos modellezési eljárások használatáról is.
A folyóiratcikk után az angliai Springer központ részéről is jött egy megkeresés, hogy miután jó minőségben és jól érthetően sikerült a kutatásainkat a nemzetközi tudományos nyilvánosság elé tárni, felkértek minket egy könyv írására hőtechnikai témában.
A csapatunkat mindenképpen ki szeretném még emelni. Már a projekt kezdetekor konstruktív és jó hangulatú gépészcsapatot sikerült verbuválnunk, akikkel öröm volt együtt dolgozni.
Megjegyzések
Megjegyzés küldése