A SMOG és az ATL-1
(Rovat: Vélemények, Hazai kutatóhelyek és űripar , Korszerű oktatás - 2020.10.11 07:15.)

Tények és tanulságok (2014–2020) – első kézből, a SMOG projekt vezetőjének szemszögéből.

Jelen sorok írásakor már a SMOG-P, a világ első, legkisebb működő műholdja és az ATL-1, az első hazai kereskedelmi célú műhold is befejezte Föld körüli pályafutását, elégtek a légkörben. Itt az ideje a projektek áttekintésének, a tanulságok leszűrésének és az esetleges folytatáshoz indító gondolatok felvetésének.

Sokak kérdeztek, nem értették, hogy kerül egy hobbi, a rádióamatőr mozgalom, a kockák „birodalmába”. Idézem a klasszikus, a Nemzetközi Rádiószabályzatból vett definíciót: „A rádióamatőr a rádióamatőr szolgálatok munkájában csak személyes érdeklődésből, anyagi érdek nélkül vesz részt, tevékenysége az önképzésre, műszaki fejlődésre és szakmai információcserére irányul. Továbbá megfelel a rádióamatőr tevékenység folytatásához szükséges követelményeknek.”

Talán sokak számára nem világos, hogy a rádióamatőr környezetben készülő műholdak világűrbe juttatásához ugyanolyan engedélyezési procedúrákon kell keresztülmenni, mint a professzionálisaknak. Bonyolítja a helyzetet, hogy először is a Nemzetközi Rádióamatőr Szövetség (IARU) illetékes munkacsoportját kell meggyőzni arról, hogy a műhold működése megfelel a rádióamatőr szolgálat célkitűzésének. Ezzel párhuzamosan a Nemzetközi Távközlési Egyesületen (ITU) keresztül a Nemzeti Média- és Hírközlési Hatóság (NMHH) segítségével valamennyi tagország beleegyezését kell kérni, hogy a szóban forgó műhold, felettük átrohanva, használhassa adott teljesítménnyel, az IARU által ajánlott frekvencián az űrt. Ehhez a procedúrához közel egy év szükséges. Megjegyzendő, hogy a rádióamatőr célú műholdak regisztrálása ingyenes. Hasonló méretű professzionálisért néhányszor tízezer USD-t kell fizetni.

Esetünkben ezután kellett még beviteli engedélyt kérni az új-zélandi kormánytól, nyilatkozva arról, hogy a fedélzeten nem lesz haditechnikai eszköz és/vagy kamera, amellyel a rakéta orrában lévő szomszédok megfigyelése lehetséges. Kilenc hónap kellett az engedély megkapásához.

A Műegyetemi Rádió Club (MRC) szerepe

Nem lehetett volna egyik műholdunkat sem elkészíteni rádióamatőr háttér nélkül. Ezzel nem volt gond, hiszen a több mint kilencven éves MRC a hazai rádióamatőr mozgalom műszaki bázisa. Nemzetközi szintű ismertsége, a műholdak területén kifejtett eddigi munkája alkalmassá tette a BME és az MRC közötti szoros együttműködés kialakítását. Az MRC keretein belül zajlott az IARU-n keresztüli frekvenciakijelölés. Ennek birtokában, az NMHH közvetítésével, nemzetközi szinten ismertté vált az engedélyezett frekvenciasáv. Az MRC-ben, megkerülve az egyetemi bürokráciát, a BME-nél sokkal gyorsabban lehetett anyagbeszerzéseket intézni. A SMOG projektet támogatók egy része is a klubon keresztül nyújtott segítséget. A Masat-1 esetében kialakított jó kapcsolat, jó módszer (természetben kapott támogatás) folytatódott. Elődeink előtt tisztelegve a 96 éves MRC első rádióamatőr hívójeléből, HAF4C-ből született SMOG-P-nek a jelenlegi hívójelrendszerbe illeszkedő azonosítója: HA4C.

A Masat-1 utáni hangulat

Természetesen a nagy sikerre támaszkodó folytatás csak egy újabb műhold lehetett. A környezet nem változott. Alapnak maradt a Műegyetem oktatási és laborháttere, szoros kapcsolatban az MRC-vel. A szponzoraink zsebe, akár szakmabeli vagy attól távoli, könnyebben nyílt, amíg az első magyar műholdról volt szó. A Masat-1 csapat tagjai természetesen még nagyobb (méretben és funkcióban) sikerre vágytak. Az ehhez szükséges több százmilliónyi összeget irreálisnak tűnt szponzoroktól remélni. Az ismételt technológiai kísérlet sem hozott volna elegendő támogatást. Tehát új célt kellett találni. Olyat, ami az újonnan szerveződő, hallgatókból, oktatókból álló csapatot is képes volt ösztönözni. Oktató és hallgató együtt tanulhat. Önmagában az a gondolat, hogy a kisebb műholdak irányába mozduljunk, nem hozott volna eredményt. A technológiai kísérlet mellé kellett bele valami többlet, ami eddig még nem volt. Le kellett porolnunk, és módosítanunk kellett a Masat-1 fejlesztésének indulásakor elvetett ötletet. Az ötletet akkor a bonyolultságtól való félelem miatt vettük le napirendről. Ez a Föld környezetének elektromágneses tartománybeli vizsgálata volt, ami már akkor izgalmas témának ígérkezett: milyen jeleket küldünk az űrbe, mivel szennyezzük környezetünket, ott fenn? Így született meg az immár programmal is bíró BME-1 ötlete, a lehető legkisebb műhold, 5 cm-es kocka változatban. Mindjárt lett beceneve is: Zsebi, a népszerű regényből, A. A. Milne Micimackójából Zsebibabára gondolva.

Baj lett a névvel

Az újjászervezett, hallgatókkal feltöltött csapat a Műegyetem iránti tiszteletből a BME-1 hivatalos nevet adta Zsebinek. Ezt sugározta volna az egész világnak a HA5BME hívójelével. A legtöbb egyetem örömmel adja nevét a hallgatói által készített műholdnak. Nem tett így a BME. Az akkori rektorunkkal, aki támogatta a nevet, még formális keresztelőt is tartottunk az E épület tetején. Nem sokáig élhetett a név. A VIK akkori dékánja vezetésével erős egyetemi ellenzék lendült támadásba, és perrel fenyegetve követelte a BME -1 név megváltoztatását. Nehéz volt ezt a hallgatóinknak megmagyarázni, de nem volt választásunk, új nevet kellett találni. Akkor már elszántak voltunk, hogy ha kell „cipőkanállal is”, de a fedélzetre teszünk egy, a Föld környezetében lévő elektroszmogot vizsgáló műszert. A név szinte magától adódott: SMOG-1. Egyszer majd talán lesz alkalmam megköszönni az akkori dékánunk támadását. A SMOG név sokkal népszerűbbé, érthetőbbé vált az egész világon, hiszen jól tükrözi fedélzeti méréseink célját. A 2021-ben pályára kerülő SMOG-1 et azonosító hívójel HA5BME lesz.

Örömmel írhatom le, hogy az egyetem hozzáállása, a fejlesztésünk eredményeinket látva, teljesen megváltozott. Nemcsak a kari, de az egész BME vezetése részéről is élvezzük a támogatást.

A csapat

A környezet nem változott. A Masat-1 fejlesztésből, a cikk írójával együtt, összesen hárman maradtunk egyetemi környezetben: Dudás Levente és Hödl Emil. A kihívás nagy volt: megcsinálni a világ legkisebb műholdját, rajta az elektroszmogot mérő műszerrel, melynek segítségével megrajzolhatjuk az első elektroszmog-térképet. Az indulásnál látszott, hogy a nyomtatott áramköri lapokból álló konstrukció nem kíván fémmunkát. Ez könnyebbé tette a Masat-1-nél alkalmazott megoldást. Döntően villamos és kisebb létszámban gépész hallgatókból állt össze a csapat. Sajnos vegyészeket nem sikerült bevonni, pedig az akkumulátorok területén jól jött volna. Több oktató is besegített, és jó, használható ötleteik voltak a nyugdíjas mérnököknek is. Gondolok itt Tarkovács Sándor (HA7WM) kerékpárbowden ötletére, mely bizonyítottan jól szolgált mindkét szerkezet (SMOG-P, ATL-1) antennájaként. Általában a kéthetenkénti munkaegyeztető összejöveteleinken a hallgatók, gyakran előadás formájában, beszámoltak munkájukról. A fejlesztések hozzájuk kapcsolódó része oktatási keretbe illeszkedett (önálló labor, diplomaterv, TDK dolgozat). Az összejövetelek teljesen nyitottak voltak. Nem volt titkolózás, mindenki tanulhatott a másiktól. Mint minden csapatmunkában, itt is voltak az alkotás hevében keletkezett nézeteltérések. Ezeket sikerült lecsillapítani. A közel négy éves fejlesztés során a hallgatók cserélődtek. Többen akkor is visszajártak, amikor már végzett mérnökök voltak.

Az igazi, nem remélt, csodálatra méltó csapatmunkát a start utáni, vételt segítő szoftverjavítások, finomítások hozták. Időnként 15-20 személy is próbált segíteni, ötleteket adni a „magnak”. Életem legjobb csapatmunkájában vehettem részt. A honlapunkon láthatók a csapatunk tagjai az általuk végzett munka ismertetésével. A Horváth Péter és Maróti Miklós által vezetett „kórus” kiváló, nemzetközi szinten is jelentős munkát végzett. Remélem, rövidesen publikációk születnek belőle.

Félelem a kudarctól, a SMOG-P és az ATL-1 születése

Amikor a SMOG-1 fejlesztése indult, mindenki tudta: ilyet még senki nem csinált. Ebben a méretben nem volt még az űrben is jól működő szerkezet. Ez volt az igazi kihívás. Sokat lehetett volna veszíteni. Az egyetem nehezen viselte volna el a kudarcot (és nekünk sem hiányzott). Szponzoraink zsebe is nehezebben nyílt volna meg egy kudarcos eset után a következő fejlesztésünkre. A megoldást a nagyoktól kellett ellesni. Ha nagy a rizikó, csinálj egy előfutárt, kövesd működését a világűrben! Szűrd le a tanulságokat, erre alapozva módosítsd az őt követő „igazit”. A pénz, mint sokszor a projektben, meghatározó volt a döntésben. Honnan tudunk plusz hétmillió forintot kapni az előfutárra? Józsa János rektorunkból – bemutatva neki, hogy mit csináltunk, és remélve azt, hogy ő sem szereti a kudarcot – sikerült „kihúzni” a prekurzorra a pénzt. Igaz, a gyakorlati megvalósuláshoz Charaf Hassannak, a VIK dékánjának segítsége is kellett. Mindkettejük támogatását azóta is élvezzük.

Egy héttel a start előtt sikerült a pályára állítás költségét kifizetnünk, így … nem vették ki SMOG-P-t a rakétából.

Az ATL (Advanced Technology of Laser) cég vezetője, Nagy András, volt kedves diákom keresett meg azzal az ötlettel, hogy meg tudnánk-e vizsgálni az általuk fejlesztett szigetelőanyagot a világűrben. Akkumulátorokat lehetne borítani vele, és mérni a hőelvezetést. Első lépésben csak az 5 cm-es kockában gondolkoztunk. SMOG-1-gyel kapcsolatos pénzügyi küzdelmeinkre (startköltség!) gondoltunk. Később, látva a plusz akkuigényt, felmerült a térfogat növelése, a 2PQ méret (5 × 5 × 10 cm) alkalmazása. Megszületett ATL-1. Átfutattuk a nemzetközi regisztráción, és ezzel háromra nőtt a fejlesztés alatt levő műholdak száma.

Kis kitérőt kell tennem, és foglalkoznom a fejlesztők anyagi helyzetével. Addig, amíg a Masat-1-nél a lendület és a sikerre törekvés elfedte a tényt, hogy munkájukért a fejlesztők semmilyen plusz juttatásban nem részesültek, addig ezt a SMOG-oknál már nem lehetett megismételni. Nehéz lett volna fizetés nélkül fejlesztésre bírni olyan, a projektek szempontjából kulcsembereket, akik a hétvégeken villanyt szerelni mennek, hogy megéljenek. A szponzoraink nem adtak volna olyan támogatást, amiből személyi bért lehetett volna fizetni. Ekkor jött az ATL segítsége. A velük kötött megbízásokkal lehetett a csapatot egyben tartani. Sikerült Széchenyi bölcsességének érvényt szerezni: „Egyedül minden nehéz, soknak semmi sem lehetetlen”.

Élet a pályán

A puding próbája. A rakétát láttuk felemelkedni, majd az első jeleket egy japán megfigyelőtől kaptuk. Mindkét magyar jól működött, csak nagyon pörögtek. Az adatok jöttek, és elkezdődött az analizálásuk. A Masat-1-től eltérően, az emberi erő hiánya miatt az E épület tetején lévő vezérlőállomást teljes egészében emberi felügyelet nélküli üzemre kellett beállítani. A napszinkron pálya kedvező volt, hiszen a Budapestről „látható” átvonulások csak reggel és este voltak. Dudás Levente és Hödl Emil felváltva, otthonról figyelte/vezérelte a műholdakat. Később, a COVID támadásakor is, ez a felállás jól bevált. SMOG-P és ATL-1 is jó partner volt, szinte hibátlanul vették, és teljesítették a földi parancsokat életük végéig. Igaz, a felsugárzott teljesítmény lényegesen nagyobb volt a Masat-1-nél alkalmazottnál.

A Herman Tibor által létrehozott, interneten elérhető műszerfalakon (dashboard) bárki követhette a fedélzeti rendszerek állapotát. A megfigyelőktől interneten érkező adatokkal automatikusan frissített a rendszer. Nyitottságunk a szponzorok miatt is fontos volt.

Köszönet illeti a lelkes megfigyelőket, akik nem csak a vett adatokkal segítettek, de sokszor aggódó megjegyzéseikkel a „műholdasok” levelezési listáján figyelmeztettek egy-egy vélt vagy valóságos hibára. A külföldiek lényegesen kevesebben voltak, mint Masat-1 esetében. Azonban így is elegendő adatot kaptunk. Hegedüs Tamás (HA6NAB) végig tartotta a legtöbb adatot vevő helyet, Illés József (OM3BC) Szlovákiából alig maradt el mögötte. Munkájukat ezúton is köszönjük. Érdekes vételi elrendezés volt Rieger István (HA5OK) antennarendszere. Az önálló antennákkal megvalósított vétel meglepően jó eredményt adott. Lényegesen olcsóbban volt megvalósítható, mint egy klasszikus követő rendszer. Köszönhető ez az egyre fejlettebb SDR (Software Defined Radio) vevőknek.

Rieger István ház körüli, a SMOG-P vételére optimalizált antennaparkja

Az adatok vétele, továbbítása még a rutinos embertől is sok időt kíván. Hosszabb időn keresztül irreális teljesen önkéntes alapon elvárni. Sajnos, az alacsony pályából és a műhold kis méretből következően, a központi állomás önmagában nem tud 6-8 perc alatt adattömeget lehozni a fedélzetről. Ráadásul a műhold bukdácsol, ezzel csökkentve a jó vételi időt. Nagy sebességű átvitelhez több energia kellene a fedélzeten. A műhold stabil helyzete, földre irányított antennája is előnyös lenne. Reméljük, a következő műholdunk tudni fogja ezt. Jól jött a Műegyetemi Kozmosz Kör segítsége is. Takács Donát vezetésével látványossá tették az elektroszmog adatok megjelenítését.

Megjegyzés: szerettünk volna az ESA Vega rakétájával pályára állni. Megkeresésemre a válasz: ilyen kis műhold üzemképtelen a világűrben és a földi követő rendszerek által nem érzékelhető. Szerencsére egyik jóslatuk se vált igazzá, azonban a kérésünk elutasítása valósággá vált.

Szponzorok az élvonalban

Nélkülük nem lettek volna magyar műholdak. A Masat-1 esetében a szakképzési hozzájárulás volt a kulcs, és mellette az első magyar műhold jelző. A SMOG család támogatói döntően a szakmából kerültek ki. Az NMHH meghatározó támogatása mellett örömmel vettük észre, hogy az ESA-tagságunkkal feléledő, a Külgazdasági és Külügyminisztériumban elhelyezett, a hazai űrtevékenységet koordináló főosztály is beállt támogatóink sorába. Meglepő volt a négy magánszemélytől kapott közel hétmillió forintnyi adomány. A BME szerepe, érdeklődése a fejlesztéseink haladásával egyre jobban nőtt. Igaz, oktatásba illesztett feladatokkal és eredményeinkkel viszonozni is tudtuk ezt az időnként túlzott bürokráciával nehezített támogatást. A támogatók logóit a honlapunkon láthatják.

Hogyan tovább? – tanulságok

Három műhold konstrukciós/üzemeltetési tapasztalata gyűlt össze. Talán nem tűnik túlzásnak, ha azt mondjuk, hogy ezekből kihoztuk a maximumot. A SMOG-1 csak egy permalloy lemezekkel bélelt hab lehet a tortán. Megmutattuk, hogy a PQ méretet meg lehet csinálni. Ráadásul lényegesen kevesebb pénzből, mint a nagyobbakat. Ennek nemzetközi szinten is hangot adunk, és reméljük, ezzel a kisebb támogatással rendelkező egyetemek (ezek vannak többségben) is lehetőséget kapnak az űrtechnológiával történő közelebbi megismerkedésre. A fedélzetre kerülő berendezések konstrukciójában az eddigi nyomtatott áramköri technológia (PCB) mellett egyre nagyobb szerepet kapnak a 3D nyomtatással készülő alkatrészek. Meggondolandó, érdemes lenne a villamosmérnök hallgatóknak is anyagtechnológiával kombinált gépészeti alapismereteket oktatni. A helyzetstabilizálási megoldások közül a mágneses tűnik a legegyszerűbbnek, de bármelyik más megoldás fejlesztéséhez is komoly, eddig meg nem lévő laboratóriumi hátteret kell biztosítani. Megindult a kinyitható napelemes PQ változat fejlesztése is. Reméljük, egy következő már nyitni fogja szárnyit.

A vezérlőállomás fejlesztésének a környezete szab határt. A saját műholdmegfigyelések, -üzemeltetések közötti időszakban is hasznosítani kell az állomás biztosította lehetőséget. Arra gondolva, hogy az állomás felépítését, bővítését az NMHH biztosította, meggondolandó egy együttműködési szerződés létrehozása. Erre alapozva a BME oktatást és monitorozási feladatokat látna el. Viszonzásként az állomás műszaki szintjének naprakészen tartását garantálná az NMHH. Ne feledjük, jelenleg Közép-Európa legkorszerűbb vezérlőállomása van a BME E épületének tetején.

Tanulmányozni kellene az USA-ban több műholddal már széles körben kipróbált, klasszikus földi állomást nem alkalmazó műhold–műhold kapcsolatra épített kommunikációs rendszert.

Meg kell említeni a publikációk szerepét. A „jó bornak is kell a cégér” elvet alkalmazva, sok aktivitásunkat bemutató, követő hír jelent meg a BME és a VIK honlapjain, az Űrvilág oldalain. Köszönet a PR-os kollégáknak. Több konferencián is szerepeltek SMOG témájú előadások. A rádió és televízió is többször tájékoztatott munkánkról. Erre nagy szükségünk is volt, hiszen ezzel bizonyítottuk, hogy jól hasznosítjuk támogatásukat, nyertünk újabb támogatókat.

A jövőben induló űrmérnökképzés jól képzett oktatói bázisra támaszkodhat. Reméljük, anyagi elismerésük is hamarosan megvalósul. Megfelelő laborkörnyezet megteremtése, és az oktatással szinkronban fejlesztendő műhold a siker kulcsa.

Nagyon jó hír, hogy a Műegyetem műholdfejlesztő aktivitásából, az ott tanultakra támaszkodva két cég is alakult, a C3S és a 27G.

Köszönet

Mindenkinek, aki meghatározó adománnyal segített, vagy csak annyival, hogy eltolt egy szalmaszálat az utunkból.

Dr. Gschwindt András
(A SMOG projekt vezetője)