Egy hónapja kering a Föld körül a magyar űripar és űrtechnológiai fejlesztés két új büszkesége, a SMOG-P és az ATL-1 műhold. A magyar űrkutatás történetének második és harmadik műholdját 2019. december 6-án pénteken vitte az űrbe a Rocket Lab amerikai magáncég Electron rakétája, egy kisebb japán műhold, valamint négy másik zsebműhold társaságában.
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) diákjai és oktatói által fejlesztett SMOG-P egy kicsi, egy PocketQube (1PQ) egység méretű, azaz 5×5×5 centiméteres pikoműhold (avagy zsebműhold), míg a SMOG-P-n dolgozó csapat bevonásával kifejlesztett, de magánfinanszírozású ATL-1 kétszer akkora, mérete 5×5×10 centiméter (2 PQ). Arról, hogy miért fontos mérföldkő a két aprócska műhold hazánk űripara és mérnökképzése szempontjából, milyen nehézségekkel kellett és kell megküzdeniük a fejlesztőknek, Gschwindt András egyetemi docens, a SMOG-1 fejlesztői csoport projektvezetője, Dudás Levente, a SMOG-1 egyik vezető fejlesztője és Nagy András az ATL Kft. ügyvezetője beszélt az Indexnek, a műegyetem műholdvezérlő központjában (azaz az BME E épületének legtetején lévő kissé puritán szobában, ahonnan a tetőn lévő két antennával követik a két szatellitet.)
Talán a legfontosabb hír, hogy a műholdak jól érzik magukat, december 6. óta keringenek az űrben, beálltak az üzemi állapotok odafönt, nem fenyeget az a veszély, hogy valami nagy, kellemetlen meglepetéssel kellene szembesülniük a fejlesztőknek. Mint az Dudás Levente elmondta, a telemetriai adatok szerint 7 és 54 Celsius-fok között van mindkét műhold esetében a külső és belső rendszerek hőmérséklete. Az akkumulátorok melegebbek ennél, de ezt rendben is van, a fejlesztők eleve így tervezték, hogy az akkuk ne fázzanak. "Energetikailag is minden rendben, erősen pozitív az energiamérlegünk, jelenleg nem fogyasztanak annyit egy Föld körüli kör alatt a műholdak, mint amennyit megtermelnek a napelemeik. A SMOG-P átlagos bejövő teljesítménye 200 milliwatt, az ATL-1-é 450-800 milliwatt, ebből jól tudunk gazdálkodni" - számolt be Dudás Levente a működés szempontjából egyik legfontosabb paraméterről. "Mindkét műhold esetében, mind a fedélzeti számítógép, mind a kommunikáció, mind az energiaellátás egészséges, üzemmódot tekintve és méréstechnikailag is minden fedélzeti rendszer működőképes, tehát a felbocsátás során sem történt olyan jelenség, anomália, deformáció, degradáció, alrendszer tönkremenetel, ami mostanáig kimutatható lett volna. Kijelenthető, hogy üzemszerűen, műholdként működik a SMOG-P és az ATL-1, és teljesítik küldetésüket."
A SMOG-P tehát a világon az első és egyetlen ilyen kis méretű működő műhold, míg az ATL-1 a fedélzetén zajló szigeteléstechnikai anyagkísérlet miatt úttörő (erről később még lesz szó). Ráadásul mindketten megkapták rádióamatőr besorolásukat is: hivatalosan Magyar-OSCAR 105 (MO-105) és Magyar-OSCAR 106 (MO-106) néven is lehet említeni a két magyar műholdat. Az OSCAR annyit tesz, hogy "Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio", azaz olyan űreszköz, ami bizonyíthatóan működik és rádióamatőr berendezés van a fedélzetén.
"Ez nekünk azért érdekes, mert többek között rádióamatőrök veszik a műholdak jeleit, egy elsődlegesen rádióamatőröknek fenntartott publikusan vehető sávban. Amúgy nem kell ahhoz rádióamatőrnek lenni, hogy valaki venni tudja a műholdak jeleit, elég egy megfelelő antenna hozzá, R-1-es forgatóval. Sima USB-csatlakozóval számítógépre kötve, a jeleket demodulátor szoftverrel dekódolva akár a kert végében állva, hadonászva el tudja bárki csípni a műholdjainkat" - magyarázta Dudás Levente. (Ez persze nyilván nem jelenti azt, hogy bárki parancsokat is tud adni nekik, de a lejövő telemetriai adatok publikusak, mindenki által láthatóak.)
A telemetriai adatokon kívül már jönnek adatok a kísérletekről is. Mint arról korábban részletesen írtunk, a SMOG-P-nek az elsődleges hasznos terhe a spektrummonitorozó rendszer a digitális földfelszíni tévéadók frekvenciasávjában, ami azt térképezi fel, hogy mekkora mennyiségű rádiófrekvenciás szennyezettséget produkálnak a földi adók ebben a tartományban. "Vannak már spektrumméréseink, de még az elején tartunk az adatgyűjtésnek" - mondta ezzel kapcsolatban Dudás Levente.
Nyilván megkerülhetetlen a magyar űrsikerekkel kapcsolatban az első magyar műhold, a Masat-1 megemlítése. "Kettős kihívás állt előttünk. Amikor a Masat-1-et megcsináltuk, az volt a cél, hogy bizonyítsuk, valamilyen műholdat képesek vagyunk építeni, ami működik is. Nem is raktunk rá semmit, csak ellenőrző pontokat, meg egy kamerát. Most ugyanezt meg kellett ismételni, hogy a SMOG műhold működőképes legyen, maradjon életben, ráadásul jóval kisebb (nyolcad térfogatnyi) méretben, és most még egy konkrét kísérletet is beleraktunk. És duplán világelső is lett ezzel a SMOG-P, mert nemcsak hogy a világ legkisebb működő műholdja, de a világon elsőként térképezi föl a Földet körülvevő elektroszmogot. Az ATL-1 is abszolút kiemelkedő teljesítmények számít hazánkban, soha magyar cég még nem végzett ilyen jellegű anyagvizsgálati kísérletet, tesztelést, minősítést az űrben, mint ami az ATL-1 fedélzetén zajlik, és aminek várhatóan komoly gyártástechnológiai visszahatása lesz a földön" – méltatta Gschwindt András a két műhold érdemeit.
Az egyetem részéről persze továbbra is nagyon fontos az oktatáshoz való kapcsolódás, a most induló űrmérnök képzésben az eddig szerzett tapasztalatokat rendkívül jól tudják majd használni. Hogy teljesül-e maximálisan a küldetés, hogy össze tudnak-e hozni egy teljes elektroszmog Földtérképet, még nem tudni, lehet, hogy csak részleges eredmények lesznek, de már az is elég lehet hozzá, hogy ezzel a kísérlettel egy nagyobb műholdra fel tudjanak egyszer a közeljövőben kerülni.
Bár a két műhold a fejlesztők szerint stabilan, megbízhatóan működik, az elején nem ment minden könnyen. Kezdetben az volt a kritikus helyzet, hogy a műholdakat a küldetések elején radarokkal mérik be, hogy konkrétan hol keringenek. Az első 4-5 napban annyira bizonytalanok voltak ezek az úgynevezett Kepler-adatok, a műholdak pályaadatai, hogy lehetetlen volt automata üzemmódban követni őket és úgy venni a jeleiket. Tehát valakinek mindig ott kellett lenni gép előtt, a rádió mellett, és várni az áthaladást, korrigálni a vételi sáv esetleges elcsúszását. Pár nap kellett hozzá, hogy a műholdak gazdái pontos képet kapjanak a műholdak keringési pályájáról, és átállhassanak az automatikus kapcsolattartásra, de végül rendeződött minden, most már nem kell, hogy állandóan legyen valaki a BME műholdas állomásán, elég otthonról bejelentkezve szemmel tartani a műholdakat, távvezérlésben letölteni a telemetriai adatokat és föltölteni a parancsokat.
A műholdakról jövő, oda fölsugárzott adatok forgalmáról annyit mindenképp érdemes tudni, hogy ezeket a telekommand utasításokat a fedélzeti rendszerek végrehajtják, mérési eredmények keletkeznek, elmentődnek fájlokba, és ha földi állomás fölött haladnak a műholdak, akkor le is töltődnek. A SMOG-P fedélzetén 8 megabájt memória van, ez sok száz környi telemetriai adat gyűjtéséhez elegendő. A műholdak 365 kilométer magas pályán keringenek, naponta 4-5-ször érnek a földi állomásunk fölé, egy áthaladás időtartama 2-10 perc között van - ez idő alatt összességében szépen le lehet tölteni ezeket az adatokat, úgy hogy névlegesen 1250 bit/s, 2500 bit/s, 5 kilobit/s és 12,5 kilobit/s adatátviteli sebességeket tudnak használni üzemszerűen.
Ami a SMOG-P – és "elődutódja", a SMOG-1 űrbe juttatását illeti, voltak ott is nehézségek. Amikor a kis műholdgyártók belekapaszkodnak egy nagy műhold startjába, akkor nem nagyon tudnak ugrálni, kompromisszumot kell kötni a Föld körüli pályával és a start idejével kapcsolatban is. Most is a nyolcvan kilós japán műhold volt a fő rakomány, mellette a kétszáz grammos magyar zsebműholdak és a pénzek, amiket a fölvitelért fizettek, elhanyagolhatók. A magyarok tehát csak úgy kaptak startlehetőséget, hogy a nagy határozta meg a dolgokat és azt a kicsiknek el kellett fogadni, részben ez volt az oka is, hogy olyan sokat csúszott a start: a főteherre kellett várni. "Másfelől ennek a csúszásnak köszönhetően két dobásunk is lett. Hosszú évek után úgy alakult, hogy az elsőként elkészült SMOG-1 2020 nyarán megy az űrbe egy Szojuz rakétán, és amikor jött a lehetőség, hogy hamarabb felküldhetnénk az Electron rakétán egy másik műholdat, felkészítettük a másodpéldányt, a prekurzort, az előfutárt, ami a SMOG-P lett. Jól járunk azzal is, hogy a SMOG-P üzemeltetésével szerzett tapasztalatok alapján sok mindent tovább tudunk fejleszteni a SMOG-1-en" – magyarázta Gschwindt András.
Ilyen fontos tapasztalat, amit már most látni, hogy a SMOG-P energiamérlege kellően pozitív, a tervezés során kalkuláltnál több energiát tudnak szolgáltatni a napelemek. Egyes pályaszakaszokon, amikor a napos oldalról átlép az éjszakába a műhold, a vezérlő szoftver biztonsági okokból visszaveheti a műhold adóteljesítményét és leválasztja az akkut (eddig 3-szor történt ilyen). Ez a földi fejlesztés során alapul vett kalkulációk szerint történik, és most már látják, hogy igazából semmi szükség rá, működhetne folyamatosan teljes kapacitással a műhold összes rendszere, az akku bőven bírná az árnyékos áthaladások alatt is az energiaellátást, nem szükséges még biztonsági okból sem spórolni az árammal. Ezt a tapasztalatot biztosan felhasználják a SMOG-1 továbbfejlesztésénél.
"Ez a nehézség egyébként a dologban, hogy mi földi körülmények között tesztelünk. A háromrétegű napelemcelláink vonatkozásában nem tudjuk elérni a 28-30 százalék körüli hatásfokot itt a Földön, az csak Föld körüli pályán, a légkör, az ózonréteg, az ionoszféra fölött, 300-400 kilométeres tartományban érvényesül, ahol más a fény spektruma, más a bejövő energia mennyisége. Az volt a biztonsági megfontolás, hogy bár tudjuk, hogy fönt az űrben több energiát kapunk a napelemektől, földi körülmények közt is legyen pozitív a műhold energiamérlege. Ebből adódott, hogy átlagosan egy föld körüli kör során nem használnak el a műholdak annyi energiát, mint amit a napelemek megtermelnek" - mondta Dudás Levente.
"Pontosan ezek azok a minden apró részletre kiterjedő tervezési szempontok, amik miatt sikeresnek mondható mindkét magyar műholdküldetés. És ez különösen annak fényében figyelemreméltó teljesítmény, hogy a velünk együtt fölvitt többi zsebműhold nem mutat kielégítő életjeleket. A mi adataink viszont biztatóak, szépen gyűlnek, értékelésük mostanában fog kezdődni" - tette hozzá Nagy András. Azt a magyarok persze nem tudják, hogy a többi zsebműhold miért nem működik, vagy miért nem úgy, ahogy eltervezték, de ami számunkra a lényeg: a SMOG-P és az ATL-1 gyakorlatilag megkapta az űrminősítést. És hogy milyen egyszerű mechanikák tudnak fönt a világűrben működni: "Űrminősített bicikli-fékbowdenek az antennák - a Masat-1-nél alkalmazott fém mérőszalagot le kellett cserélni, mert egyszerűen nem fért bele" - avatott be Dudás Levente a tervezés titkaiba.
A műszaki dolgok mellett volt még egy nagyon fontos rész, amit össze kellett rakni: az anyagi támogatást, amiből meg kellett venni az alkatrészeket és megvásárolni a helyet a rakétán. A támogatások megszerzése a Masat-1-nél sem volt egyszerű, de annyival könnyebb volt, hogy minden tehetősebb magyar állampolgár potenciális támogatóként jöhetett szóba, és körülbelül ötven magánszemély adott is kisebb-nagyobb összeget az első magyar műholdra. De a Masat-1 sikere után újfent odamenni pénzes emberekhez, csak ezúttal ilyen apró műholdakkal, hogy megépítenék a második és harmadik magyar műholdat, szinte reménytelen volt. "Csináljátok, sok sikert – mondta mindenki. Ezért jobban rászorultunk a szakma segítségére, meg kellett értetni velük, hogy mit is akarunk, mire is jó az elektroszmog kísérlet. És ez nem volt egyszerű" - elevenítette fel a pénzgyűjtés keserveit Gschwindt András.
"Hárman voltak, akiknek elmondtuk, hogy mit szeretnénk csinálni, és szó nélkül a zsebükbe nyúltak. Egyikük Lukács Pál, magyar származású nyugdíjas NASA-mérnök, aki 1956-ban emigrált Amerikába – neki annyira tetszett az ötlet, annyira fontosnak találta a kijelölt célt, hogy rögtön négymillió forintot adott. Talán el lehet mondani, hogy épp egy költségvetésileg kritikus pillanatban kaptuk a négymilliót, ezért eljátszottunk a gondolattal, hogy SMOG-Pali-nak hívjuk a műholdunkat. Végül persze az "előfutár", avagy "prekurzor" miatt lett csak a nemzetközileg is könnyen értelmezhető SMOG-P, de még így is ott bujkál a név P betűjének hátterében a Pál."
Különös módon az Európai Űrügynökségtől nem kapott támogatást a projekt, pedig hazánk már évek óta tagja az európai országok űrkutatási erőfeszítéseit összefogó szervezetnek. "Természetesen nyomultunk, hogy olyan földérzékelési méréseket akarunk csinálni, amiket még soha eddig senki, de csak annyit mondtak, hogy rendben, csináljátok, majd megvárjuk mi lesz az eredménye. Aztán amikor elkészültünk a műholdakkal, és kértük, hogy engedjenek fel az ESA egyik Vega rakétájára, csodálkoztak, hogy ilyen kis műholdat nem is lehet csinálni, ergo ilyet nem visznek föl" - mondta Gschwindt András.
"Igen, az ESA mereven elzárkózott, és még mindig ez az álláspontja, hogy 1 PQ méretben nem lehet működő műholdat csinálni. Ezt azzal indokolják, hogy ezért nem lehet, mert a földi radarok nem látják. Namármost nekünk jelenleg fönt van két ilyen méretkategóriájú zsebműholdunk, mindkettő működőképes, nagyon jól látják őket a műholdkövető radarok. A radarosok által visszaigazolt mérettartomány eleve 10 köbcentiméter, a SMOG-P pedig 125 köbcenti, az ATL-1 meg a duplája – tehát bőven láthatóak a radarok számára. Az ESA hozzáállását, hogy ilyen kis méretű műholdak működtetése nem lehetséges, megcáfoltuk, bizonyítékunk van az ellenkezőjére" - tette hozzá Dudás Levente.
A BME műholdfejlesztői mindezek után két vonalon próbálnak továbblépni, és komoly anyagi támogatást szerezni. Egyrészt tovább próbálkoznak az ESA-nál, a szervezetnek ugyanis van egy Föld-távérzékeléssel foglalkozó munkacsoportja, ami az ESA földfelszínt monitorozó műholdjait felügyeli - ezen műholdak tudják megmondani, hogy mennyire szennyezettek a vizek, a légkör, a talaj. "Mi meg azt mondjuk, hogy nézzük meg az elektromágneses szennyezettséget, segítsenek nekünk abban, hogy ezeket a méréseket továbbfejlesszük" - mondta Gschwindt András. A másik vonal a Nemzetközi Távközlési Egyesület, számukra is fontos lehet a Földet körülvevő elektroszmog feltérképezése, hiszen a távközlési rendszerek működését egyre jobban zavarják a földi digitális adások űr felé elpazarolt sugárzása. "Mostanáig mindig az volt a válasz, hogy lássuk az eredményeket, addig senki egy fillért nem adott, amíg nem tudtunk eredményt felmutatni. Na most majd tudunk. Azon dolgozunk tehát, hogy a mérési adatokból használható térkép szülessen, és azt publikálhassuk, bemutathassuk a hivatalos csatornákon is, bizonyítva, hogy igen, ez egy létező problémakör, amin érdemes dolgozni, továbblépni."
Ha ezek a támogatókereső tapogatózások még nem is értek be, de legalább az egyetem hozzáállásában máris nagy változást tapasztaltak a fejlesztők. Eddig az egyetem, mint támogató úgy szerepelt, hogy a laborjait, műszereit használhatták, de pénzügyi segítséget nem kapták, szponzoraik kívülről jöttek. Most változott meg a helyzet, már a SMOG-P rakétastartjának 25 ezer eurós költségeibe is besegített az egyetem (a BME állta az egyik felét, míg a startköltség másik felét a Külgazdasági és Külügyminisztérium Űrkutatásért és Űrtevékenységért Felelős Főosztálya biztosította), majd a sikeres start után dékáni dicséret mellé egy ötmillió forintos csekket is kaptak, hogy tovább tudják folytatni a munkát – és ezzel szinkronban megindul remélhetőleg már jövőre az űrmérnök képzés az egyetemen.
Mindez olyan hátteret adhat, ami lehetővé teszi a legkorszerűbb oktatási módszerek bevezetését. Ugyanis mint a Masat-1 esetében, a SMOG fejlesztésén is ugyanis egyetemi hallgatók dolgoztak a kezdetektől fogva, szakdolgozatok, diplomatervek készültek belőle, önálló labortevékenységnek, nyári gyakorlatnak elfogadták az általuk végzett fejlesztési tevékenységet, tervezést, mérést, minősítést, tesztelést. A fejlesztésben részt vevő társaság tagjai szinte mind végzett informatikus, villamos- vagy gépészmérnökök már, közülük jónéhányan részt vettek az ATL-1 fejlesztésében is, így az ezt az oktatási tevékenységet összefogó és fókuszáló űrmérnökképzéshez elég nagy reményeket fűznek. "Azzal nekünk is meg kell küzdeni, hogy általában a világban az űraktivitással, űrtechnológiákkal kapcsolatos mérnöki tevékenység nem elég vonzó. Az autóipar, az önvezető technológiák, az informatika, a számítástechnika túl nagy elszívóerő. Ahhoz, hogy valakit megcsapjon a rakéták füstje, az kell, hogy olyan közel kerüljön a űrtevékenységhez, hogy érezze magáénak. Egyetemi szinten az ilyen zsebműholdas projektek tökéletesen alkalmasak erre" – mondta Gschwindt András.
A pénz előteremtésén kívül volt még egy nagy harc: mindkét műholdnál végig kellett vinni az engedélyezési procedúrát. "Új-Zélandra exportenedélyt kellett kérni, hogy kivihessük mindkét portékát - és ez volt a könnyebb, a magyar hatóságok támogattak minket ebben, annak ellenére, hogy a hazai kereskedelmi jogban nincs olyan paragrafus, ami műholdakról szólna. A nagyobb gond az volt, hogy Új-Zéland nagyon komolyan veszi a beviteli engedélyeket, elvégre az ő területükről indul a rakéta, ők a felelősek, hogy mit visz föl" – mondta Gschwindt András. "Több lépésben nyilatkozni kellett, hogy nem, nincs benne haditechnikai eszköz, sem robbanóeszköz, se vegyi fegyver - és mivel ilyenre hazánkban nem volt még precedens, eleve kihívás volt megtalálni azt a hazai hatóságot, amelyik ezt pecsétes hivatalos dokumentumban kinyilatkoztatta. Mindez tíz hónapnyi papírmunka volt, és két héttel a start előtt kaptuk meg a végső engedélyeket, kis híján ezen bukott el a küldetésünk."
Mindenképp érdemes szót ejteni a két műhold várható sorsáról. Emlékezetes, hogy a MASAT-1 a tervezettnél jóval tovább működött, a 3-4 hónapos becsült élettartam helyett csaknem három évig működött. A műholdépítők egy és három hónap közé lőtték be a két műhold várható élettartamát, a már letelt egy hónap a legkisebb időtartam volt, ami alatt lényegében meg lehetett csinálni az összes mérést és részben elkészülhetett egy adott területet lefedő elektroszmog-szennyezettség térkép. "A cél persze az, hogy minél tovább működjenek, de azt befolyásolja majd a napfolt-tevékenység, a napszél-részecskesugárzás, hogy az adott Föld körüli pályán mennyit bír majd az elektronika, át kell-e kapcsolnunk redundáns alrendszerekre, mert mondjuk jön egy nagy energiájú részecskesugárzás és egyfajta tirisztorhatást produkál az egyik GPIO-lábban a mikrokontrollernél, ezzel tápzárlatot okozva, és nekünk át kell váltani a hidegtartalékolt rendszerre. Tehát hogy meddig működik a műhold, ezek miatt eléggé jósolhatatlan" - magyarázta Dudás Levente. "A 365 km magas pályából adódóan 4 és 6 hónap között várható a fizikai élettartam, ezután visszatér a légkörbe és elég. Annyit tudok mondani, hogy szeretnénk a fizikai megsemmisülésig működni. Az alacsony föld körüli pályának megvan az az előnye, hogy ha ténylegesen 4-5 hónap múlva befejezi működését a két műhold, akkor maguktól visszatérnek a légkörbe és ott elégnek. Büszkén mondhatjuk majd, hogy nem csináltunk űrszemetet."
A SMOG-1 esetében más időtartammal kell majd számolni. A második SMOG műhold jövő júliusban kerül körülbelül 600 km magas pályára, aminek jóval nagyobb a várható élettartama, 15-25 évig is keringhet majd. Ennyi ideig biztosan nem fog működni az elektronika, ilyen kicsi műholdnál nem is lehet ennyire tartós, az űrbéli viszonyoknak ellenálló rendszereket beépíteni, a működési élettartam néhány hónap, legfeljebb egy-másfél év lesz az ő esetében is. Arról, hogy a maradék 14-24 évet ne űrszemétként keringve töltse, egy elektromágneses mechanika gondoskodik majd, ami a műhold pozícióját megváltoztatva lelöki azt a pályájáról, így az visszatérhet a légkörbe, hogy ott megsemmisülhessen.
Mint már említettük, a két műhold alakja különböző, a SMOG-P egy 5*5*5 centiméteres kocka, az ATL-1 egy 5*5*10 centiméteres hasáb. Ez azért érdekes, mert a műholdak méretezését úgy kellett megoldani, hogy a tömegközéppont egybeessen a kocka és a hasáb geometriai középpontjával – a cél ezzel az volt, hogy kidobódásnál a lehető legkisebb mértékben kezdjenek pörögni. Emiatt viszont a belső felépítésben egész más szempontokat kellett figyelembe venni a kocka és a hasáb esetében. "A SMOG-ban egy akkumulátor van, míg az ATL-ben négy: egy referencia és három kísérleti, amik a cégünk által fejlesztett hőszigetelő anyagokkal vannak körbetekerve. Ezek elhelyezése megszabta a többi panel elhelyezését" – mondta Nagy András.
A SMOG-műholdakról elég részletesen írtunk már eddig, de az ATL-1-ről mostanáig nem tudtunk sokat, pedig ez az első magyar magánműhold: két magyar cég, az ATL Kft. és a H-ION Kft. közös munkája, amely az Európai Unió és a magyar állam társfinanszírozása mellett valósult meg. A műhold kifejlesztésének konkrét célja az volt, hogy fedélzetén valós világűri környezetben tesztelhessenek egy új hőszigetelőanyag-családot – így nyugodtan mondhatjuk, hogy épp egy úttörő magyar anyagtudományi kísérlet zajlik fejünk fölött.
Nagyon sok munka előzte meg anyagtudományi oldalról az eddigieket. Az ELTE munkatársa, Dr. Sinkó Katalin több mint 12 éve kezdte ennek az anyagcsaládnak és anyagszerkezetnek a kutatását. Ehhez a kutatáshoz csatlakozott 2012-ben a H-ION Kft., majd 2013-ban az ATL Kft. Ennek eredménye a kifejlesztett új struktúrájú hőszigetelő pórusos 100% alumínium-oxid anyagcsalád, illetve annak különböző változatai különböző alkalmazásokhoz.
A pórusok mérete nano- és mikrométeres tartományba esik, a gyártás során külön be lehet állítani, hogy a képződő hőszigetelő rendszerben melyik nagyságrend legyen a domináns. Az új anyagcsalád és annak gyártástechnológiai fejlesztése jelenleg is folyamatban van, a folyamatnak rendkívül fontos részét képezi a műholdas anyagtesztelés, amivel űrminősítést szerezhetnek a fejlesztő cégek, kiterjesztve ezzel a leendő alkalmazási kört az űrkutatás és űripar területére is.
A hőterjedés három formája a hővezetés, a hőáramlás és a hősugárzás és alkalmazási területtől függően ezek aránya eltérő lehet. Az új, alumínium-oxidból készült, vékonyréteg-struktúrájú hőszigetelő-család mindhárom folyamatot gátolja. A hővezetést (amikor az anyag belsejében terjed a hő) a nanostrukturált anyagszerkezetnek köszönhetően gátolják a hagyományos anyagokhoz képest. A hőáramlást (amikor egy zárt anyagban elsősorban a pórusokban található gázmolekulák közvetítésével terjed a hő) szintén gátolják, mivel a pórusméret nagyon kicsi (nanométeres), így a vékony alumínium-oxid réteg pórusaiban lévő gázmolekulák nem rendelkeznek elegendő szabad úthosszal a rezgési energia átadására. A hősugárzás (amikor a hő két felület közt a fényhez hasonló módon terjed, akár közvetítő közeg nélkül is) gátlásának mértékét a tokozás kialakításával lehet befolyásolni.
A most zajló műholdas tesztelés lényege, hogy az ATL-1-be négy fedélzeti akkumulátort építettek be, amikből hármat három különböző rétegkialakítással vékony alumínium-oxid réteggel vontak be, és azt vizsgálják, hogy melyik változat bír jobb hőszigetelő tulajdonságokkal (a negyedik akkumulátor a referencia, amely Kapton fólia réteget kapott). Az ATL-1 alacsony Föld körüli pályán (Low Earth Orbit, LEO) kering, és benne nagy ingadozó hőterhelésnek van kitéve minden alkatrész, hiszen gyakran váltakoznak a hideg (árnyékos) és meleg (napos) pályaszakaszok, jelentős hőmérséklet-különbséget idézve elő. Ráadásul kis méretéből következően nagyon kicsi a műhold egészének hőtehetetlensége is, ezért ideális környezetet nyújt a világűri szélsőséges hőmérsékleti viszonyok és nagy vákuum mellett a magyar fejlesztésű hőszigetelő anyagok tesztelésre. A négy fedélzeti akkumulátor azonos üzemi körülmények közötti működik, állapotukat folyamatosan ellenőrzik: felületükön, a hőszigetelő réteg alatt több ponton is mérik a hőmérsékletüket. Az adatokat rádión küldi a műhold a Földre a teljes repülési élettartam alatt, a kapott adatok kiértékelését hamarosan el is kezdik, és összevetik a földi tesztekkel.
Maga az akkumulátor szigetelés-temperálás egy aktuális – mondhatni elég forró – gyakorlati problémakör, amelyre megoldás lehet a magyar fejlesztésű pórusos alumínium-oxid alapú hőszigetelő vékonyréteg, ugyanis nagyon fontos szerepe van az akkumulátorok élettartamában annak, hogy milyen üzemi hőmérsékleti viszonyok közt kell működniük. Mind magasabb (több mint 40 °C), mind alacsonyabb (kevesebb mint 5 °C) hőmérséklet esetén az akkumulátor élettartama és kapacitása jelentősen csökken. Mivel a műhold kicsi (két PQ, 50mm x 50mm x 100mm méretű), a belsejében rendelkezésre álló tér is rendkívül korlátos, ezért komoly anyagtudományi és műszaki kutatás-fejlesztés előzte meg a megvalósítást. (Csak a szigetelő burkolat kialakítására rendelkezésre álló hely átlag 1 mm volt.)
Ezen anyagcsaládból létrehozott rétegek jelenlegi vizsgálata és tesztelése valós világűri környezetben túlmutat a jelenlegi funkcióján. Ugyanis az új struktúrájú, pórusos 100% alumínium-oxid anyagcsalád egyik nagy előnye a nagyon magas hőmérsékleten (akár 1800 °C-on) történő alkalmazás lehetősége. A másik pedig a nagy porozitásból adódó kis tömeg és egyben jó hőszigetelő képesség, így e három tulajdonság ideálissá teheti az űrbéli felhasználásra.
Az ATL-1 műhold műszaki fejlesztése Gschwindt András vezetése mellett valósult meg, és olyan a BME-n jelenleg dolgozó, oktató, illetve ott végzett kutatók, mérnökök, űripari szakemberek vettek részt a munkában, akik korábban a Masat-1 projektben már bizonyították, hogy kis méretekben is lehetséges jól működő műholdat építeni.
(Borítókép: Nagy András az ATL Kft. ügyvezetője, Gschwindt András egyetemi docens, a SMOG-1 fejlesztői csoport projektvezetője és Dudás Levente, a SMOG-1 egyik vezető fejlesztője a BME E épület tetején. Fotó: Nagy Attila Károl/Index)