Épül az első magyar műhold (2. rész)
(Rovat: Masat-1, Álmuk a világűr - 2009.06.26 09:00.)

Mik a feltételei, milyen utánajárást igényel, ha valaki egy műhod megépítésébe szeretne belevágni?

Utánajárás, kutatás
Mint általában más, nem zöldmezős fejlesztés esetén, itt is utánajárással, kutatással kezdődött a mérnökök munkája. Az eddig elkészült közel 50 példa azért jó alapot szolgáltat, ez a szám egyébként évről évre bővül. Némely projekt (főként német és svájci tervezések) teljes dokumentációja szabadon hozzáférhető, szóval ötleteket, kiindulási pontokat lehet meríteni korábbi tapasztalatokból. Általánosságban elmondható, hogy ugyan az amerikaiak indították a mozgalmat, a japán holdak bírják a legtovább, az övéik a legmegbízhatóbbak, függetlenül attól, hogy az alkatrészek teljesen megegyeznek az akár nálunk, Budapesten beszerezhetőekkel. Ezek a CubeSatok ügyes tervezés eredményeként ilyen strapabíróak, hidegtartalékoltak, alumíniummal borítottak, a sugárzást, mikrometeoridokat kivédendő.

Egyébként az ilyen típusú műholdak a specifikáción túl lényegesen eltérhetnek redundanciában (kétszeres, esetleg háromszoros), teljes belső architektúrában (csillagpontos vagy buszrendszer) és ezek megvalósításában (a nyáktervektől kezdve a borítás kialakításáig mindenben). Ezen realizációk financiálisan lényegesen nem térnek el egymástól, kivéve akkor, ha a tervezés mögött egy-egy nagy cég is áll, akik teszt jelleggel vagy a jó kapcsolat okán olyan eszközöket is biztosítanak, amikért másoknak súlyos összegeket kéne fizetniük. A megvalósítás a műhold célja miatt is jelentősen eltérhet, bár a specifikált méret bizonyos tekintetben korlátoz. Az ilyen típusú műholdakon többnyire sugárzásméréseket, stabilizálási kísérleteket (lendkerekes orientáció-stabilizálás), helymeghatározási teszteket, új eszközök, például memóriák, chipek, akkumulátorok tesztjét helyezik el, de akadnak extrémebb példák is, mint mp3-lejátszó beépítése vagy ionhajtóműteszt (nincs itt semmi sci-fi, egy teflondarabból nagy feszültség hatására kilépő, majd gyorsított ionokról van szó).

Az egész egyébként onnan indult, hogy amikor katonai vagy egyéb célból felbocsátanak műholdakat, akkor megeshet, hogy a rakéta nem a feljuttatni kívánt eszköz tömegére lett optimalizálva. Ekkor a fennmaradó helyet „krumpliszsákkal” töltötték fel, hogy meglegyen az előre meghatározott önsúly. Ezekre a „krumplihelyekre” pakolgatják be ma a CubeSatokat. Természetesen az nem megengedett, hogy mindenki olyan tömegű és méretű holdat épít, amilyen éppen sikerül, ezért specifikált a méret, hogy az indító interface általánosítható legyen. Ez az állomás (P-POD: Poly Pico-Satellite Orbital Deployer) egy hurkatöltőhöz hasonlít, melybe három ilyen 10x10x10-es kockát helyezhetnek el (egy hold lehet egy kockányi (1U) vagy kettő (2U), esetleg három (3U) – ilyenkor csak egy darab fér be a P-POD-ba). A legtöbb európai és a világ minden jelentősebb rakétája már fel van készítve ilyen interface-szel, szóval a fejlesztésben ez nem lehet akadály.

Ha valaki ilyen műhold fejlesztésébe fog, vannak bizonyos kiindulási pontok, szabályok, melyeket be kell tartani. Mindenekelőtt frekvenciaengedélyt kell szerezni, mivel a kommunikáció a rádióamatőr sávban zajlik. Az is meghatározott, hogy a rakétáról való leválás után mennyi idővel (15 vagy 30 perc) lehet a kommunikációt feléleszteni, az antennát kinyitni. A későbbi problémák elkerülése végett a tervezést is komplex rálátással kell kezelni, nem elég működő nyákokat tervezni, annak a teljes rendszerben is működnie kell, bele kell illenie egy nagy egészbe. A műhold elkészülte után is át kell esni egy kvalifikációs teszten, nyomás, páratartalom, rázkódás és sok egyéb paraméter extrém szélsőértékét el kell viselnie.

Egy CubeSat élettartamát sok paraméter befolyásolja. Az űridőjárás, mely kurrens kutatási terület, gyakorlatilag előre nem tervezhető kockázati tényező. Egy kis napszél teljesen tönkreteheti az elektronikát, valamint a becsapódó mikrometeoridok is teljesen megsemmisíthetik. Ha egyéb okból hibásodik meg a műhold, akkor a legnagyobb kihívás természetesen az, hogy a földi központ kiderítse a hiba okát. Ennek tükrében a kommunikáció lényeges szempont, egy külön alrendszer folyamatosan monitorozza a működési és külső paramétereket, majd továbbítja ezeket a földi egységnek. Tény, hogy a múltban voltak kudarcok, apró tervezési hibák és még millió egyéb komponens, melyek a hold teljes működésképtelenségét eredményezték. De az nem akkora kudarc, ha a felbocsátás után meg lehet határozni az okokat, mint az, ha semmi információ nem áll rendelkezésre. Például a kvalifikációs rázkódásteszten átment a szerkezet, de a második rázást már nem bírta ki. Ezeknél a jelenségeknél nem lehet statisztikai alapon a tesztelést kibővíteni, nyilván senki nem épít azért 100 műholdat, hogy a rázóteszten nem megfelelés relatív gyakoriságát felmérhesse, meg kell húzni egy ésszerű határt kockázat és biztonság között. Előfordulhatnak olyan balesetek, melyeket földi újrakonfigurálással orvosolni lehet (volt olyan német műhold, mely egy szoftverhiba miatt minden energiáját az akkumulátor fűtésére használta el, de egy frissítés felküldésével sikerült a hőmérsékleti tűréstartományokat átállítani).

Az eddig pályára állított CubeSatok körülbelül 200-800 km-es magasságban, alacsony Föld körüli, poláris napszinkron pályán keringenek az ionoszféra alatt (napóra szerint mindig ugyanakkor jelenik meg). Ez jóval a GPS műholdak pályája alatt található, a Masat is ide kerül majd. Ha a kapcsolat megszűnik, a CubeSat irányíthatatlanná válik, akkor lassan bespirálozik a légkörbe. Ezt gyorsítja, hogy ezen a magasságon még nem teljesen szűnik meg a légkör súrlódási/lassító hatása. Vannak kísérletek pikoműhold Hold körüli pályára állításával, a projekt jelenleg áll az anyaműhold (ESMO) elkészülésének csúszása miatt. Ebben benne van a Műegyetem is tápellátó rendszer tervezéssel, a fedélzeti számítógép megépítésére pedig jelenleg is pályáznak. A kísérő kanadai holdat (Lunette) egyébként szintén diákok készítik. Tervek szintjén lehet majd számolni egy Mars körül keringő CubeSattal is. Itt már jóval több a nehézség, mint egy földközeli műhold esetében, de egy 3U-s egység esetén már lehet akkora napenergiát nyerni a plusz felületből, hogy a működés biztosított legyen.

(Folytatjuk!)

Bodó Zsófia, Perlaky Zoltán, Szabó Ádám, Zovits Ádám

Az írás az Impulzusban, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Hallgatói Képviseletének lapjában jelent meg a 2008/2009-es tanév tavaszi félévében.