Alvó műholdak ébresztése

Öregedő akkumulátoraik miatt a Cluster holdakat egyre furfangosabb módszerekkel lehet csak működésben tartani.

Az ESA Cluster programjának négy holdja 2000-ben indult, hogy a Nap és a Föld mágneses terének kölcsönhatást vizsgálja. Eredetileg 3 évre tervezték őket, de most már 2009 végéig hivatalosan is meghosszabbították a programot. (A tudományos munkában hazai kutatók, a KFKI RMKI munkatársai is részt vesznek. - A szerk.)

A legkritikusabb fedélzeti berendezések az akkumulátorok, amelyek szintén jóval túl vannak a tervezett élettartamukon, s egyre kisebb teljesítményre képesek csak. A csökkenő elektromos teljesítmény problémája először 2006 szeptemberében vált kritikussá, amikor a műholdak olyan pályán keringrek, amikor a szokásosnál is hosszabban tartózkodtak a Föld árnyékában. Az ilyen „napfogyatkozások” alkalmával a napelemek természetesen nem használhatók, a fedélzeti műszerek csak az akkumulátorokban tárolt energiára hagyatkozhatnak.

A Cluster holdakon 5-5 ezüst-kadmium akkumulátort helyeztek el. Már 2004 óta olyan intézkedéseket vezettek be, amelyekkel növelni igyekeztek az élettartamukat: lejjebb szállították a hőmérsékletüket, és egy-egy akkumulátort teljesen lemerítettek, majd hónapokig nem működtettek. 2006 elejére a húszból 16 akkumulátor maradt életképes, de azok teljesítménye is a felére csökkent. A legkritikusabb az 1. számú műhold helyzete volt: az ötből három akkumulátor mondta fel a szolgálatot. A további részletes vizsgálatok alapján közülük kettőt még nem teljesen „írtak le”, de a helyzet így is aggasztónak tűnt.

Mire kell az energia a műholdak fedélzetén? Egyrészt a mérőműszerek és adatátviteli berendezések működtetésére, másrészt a műhold hőmérsékletének elfogadható szinten tartására (melegítésre). A hőmérsékletre legérzékenyebb berendezések a fedélzeti rádióadó erősítője (minimum -30 °C-ra van szüksége) és a hajtómű fúvókái (legalább -12 °C, különben a hajtóanyag befagy). Az 1. hold esetében a Föld árnyékán való biztonságos átjutáshoz általában 92 W teljesítmény volt szükséges, de az akkumulátorok nem ígértek többen 45 W-nál – még akkor sem, ha a nem létfontosságú műszereket lekapcsolják. A műhold életben tartására tehát valami új módszert kellett kidolgozni. (2000-ben az ESA nyilvános pályázaton keresett nevet a formációban repülő négy Cluster műholdnak. A győztes ötlet négy latin-amerikai tánc nyomán a Salsa, Samba, Tango és Rumba lett.)

Az 57 órás keringési periódusból kb. 54 óra esik a napos szakaszra. Napfényben a napelemek a szükségesnél több elektromos teljesítményt szolgáltatnak. Rendes körülmények közt a plusz energiát a műszereket tartalmazó platform melegítésére használják. Ez elegendő 15 °C eléréséhez. Az árnyékba jutva, a kritikus berendezéseket melegíteni kell, ami 80 W teljesítményt emész fel. Ezt úgy lehetett csökkenteni, ha még a napos szakaszon 20 °C-ra melegítették a rendszert. Egy idő után azonban már ez is kevés volt, az akkumulátorok nem tudtak már kellőképpen feltöltődni a rendelkezésre álló idő alatt...

A szakemberek azt találták ki, hogy ha már nem tudnak elegendő napenergiát elektromos energiává alakítva az akkumulátorokban tárolni, akkor használják a hajtóanyagtartályt hőtárolónak! A Cluster holdak 6 tartályának mindegyike 6 kg tömegű, s összesen 50 kg oxidáló anyagot és üzemanyagot tartalmaznak a manőverezéshez. Modellszámítások, majd később a gyakorlati próbák azt mutatták, hogy a felmelegített tartályok az árnyékos szakaszon lassítják az egész műhold testének hűlését is. Az elektromos fűtést így sokkal később kell bekapcsolni, és esély van a műholdak élettartamának növelésére. (ESA Bulletin, 2007. február)

Kapcsolódó cikkek:
Az ESA elismerése magyar kutatóknak