A Twiggs professzor ötleteként, a mérnökképzés oktatási segédeszközeként induló 10 cm-es élhosszúságú kockák (1U) az elmúlt tizenöt évben nagy változásokon mentek át.
Megjelentek a professzionális felhasználók, akiknek több pénz volt a zsebében, ez a kockák növekedését eredményezte (2–12U, vagyis 2-től 12 egységből álló CubeSatok). A Föld körüli térségben való használatuk után lehetőséget láttak alkalmazásukra a távoli űr, valamint bolygók kutatásában is. A másik fejlesztési irány a kisméretű olcsó, rövid élettartamú műholdak létrehozása. Jelen cikkben az utóbbiakról esik szó.
A fenntartható érdeklődés, mint az oktatás kihívása
Az 1U méret fejlesztése, pályára juttatása a mérnökoktatás idejéhez viszonyítva hosszú idő. A felmerülő költségek, beleértve a pályára juttatást is, egyetemi keretek között még a gazdagabb országokban is nehezen teremthetők elő. A szponzorok zsebe sem terhelhető sűrű periodikussággal. A költségek csökkentésére született meg az 5 cm-es élhosszúságú kocka (1PQ), amelyből még egyet sem sikerült életben tartani a világűrben. A Műegyetemen készülő, 1PQ méretű SMOG-1 megalkotása éppen ezért nagy kihívás készítői számára. A kis méret magával hozta a pályára juttatás problémáját: kis kereskedelmi mennyiség. Az olasz Unisat-7 segít megoldani a gondot, feltéve, hogy az orosz–ukrán viszály miatt a Dnyepr rakéta elindul.
Bár az 1PQ méret költségei közel egy nagyságrenddel kisebbek, mint az 1U-é, mégis irreális elképzelni, hogy egyetemi költségvetésből – 2–3 éves ismétlődéssel – előállítható legyen. A SMOG-1 is megvalósíthatatlan lett volna szponzorok támogatása nélkül. Ebből eredően sem tartható fenn az oktatás folyamatossága. Az 1PQ méret komoly energetikai és hőtechnikai problémákat is felvet. Kicsi az energiagyűjtő felület és kicsi a hőkapacitás. A konstrukció igazi mérnöki kihívás.
Az űrszemét problémája
Kis műhold, kis üzlet a rakéta tulajdonosának. Növelhető a hasznos teher és a haszon is, ha többet visznek fel egyszerre. Ma már 80 kis műholdat is igyekeznek egyszerre pályára tenni. A QB50 ötven műholdjának évek óta keresnek hordozót. Sajnos a pálya magasságát az elsődleges, vagyis a legnagyobb tömeget képviselő műholdak „igényének” megfelelően határozzák meg. A kicsik ráadásként kerülnek olyan magas pályákra, ahová alkotói nem szánták, így a légkörbe való visszatérésükig évtizedek telhetnek el, miközben a hasznos élettartamuk néhány hónapra tervezett, több működési idő nem várható (nem űrminősített alkotóelemekből készülnek).
A SMOG-1 esetében a műhold tömegének jelentős részét a fékezésre fordított anyag képviseli. A Nemzetközi Űrállomásról (ISS) történő kidobás jelenleg a legjobb megoldás lenne. Azonban a kis műhold nem kerülhet be az űrállomás ember lakta terébe, mivel a felhasznált, beépített anyag nem űrminősített. A fenti esetben az elégésig 8–12 hónapos élettartam lenne elérhető, ami optimális az összes kísérlet, mérés elvégzésére. Több országban (Dánia, Spanyolország) folynak fejlesztések olyan kis rakéták előállítására, amelyekkel kb. 300 km magasságú pályára lehetne felvinni 50–100 kg-os terhet.
A sikerélmény időtartama
Valamikor a második évezred elején beszélgettem ESA szakértőkkel az egyetemi hallgatók által fejlesztett, űrbe kerülő berendezések sorsáról. Megszületik a berendezés (akkor még részegységekről és nem komplett műholdról volt szó), pályára áll, ömlik a telemetriai adat, jól követhető, mi történik a műholdban. Az ESA akkori véleménye szerint a hallgatók érdeklődése kb. 1 hónapig tartható fenn. Ez engem akkor nagyon felháborított – mondván, a magyar diákok biztosan évekig figyelnék munkájuk eredményét. Nagyot tévedtem. A Masat-1 sikeres megszólalása után a csapat tagjainak érdeklődése rövidesen más felé fordult, és a műhold közel három éves élete során kevesen követték napi rendszerességgel a működését*. Hasonló a helyzet más országokban is. A statisztikák szerint a legaktívabb figyelés időszaka 5–10 nap! Igaz, azt is mondják, aki egyszer űrbe kerülő műholdat készített, az egész életében „ragad” az űrhöz (analógia: „akit a mozdony füstje megcsapott...”).
A „befolyásolhatóság” korhatára
Bármennyire is rosszul esik, be kell vallanunk, hogy az űr iránti érdeklődés az utóbbi évtizedekben csökkent. Egyetemi környezetben egyre nehezebb „életre szóló” űrtevékenység iránt érdeklődő hallgatót találni. Még rosszabb a helyzet a középiskolás korban lévő diákokkal. Humán orientált érdeklődésű a többség. Az irreális követelményeket támasztó, ugyanakkor megfelelő szintű tanárgondokkal küzdő fizikaoktatás minősége is elriasztó. A Masat-1 bemutatóink során közel 400-an jöttek megnézni a jelek vételét, közöttük sok közép- és általános iskolás. A kérdés-felelet játék során szignifikáns volt az általános iskolások nagyobb érdeklődése. 10–14 éves gyerekek. A középiskolások mintha szégyelltek volna kérdezni.
Mások véleményét is figyelve, a 14 évet lehet felső határként megjelölni. Hol van az alsó határ? A Mezőberényi Csiri-biri Óvoda hívott meg a nagycsoportos óvodásokhoz, hogy meséljek a Masat-1 ről, a rakétákról, a műholdakról, bolygókról. Sok előadást tartottam életemben, de ez volt a legnagyobb kihívás. Köszönet feleségemnek és az óvónéniknek, akik nálam sokkal jobban beszélnek „gyerekül” – a délelőtt jól sikerült. Nagy aktivitással elkészült a Masat-1 mása – vagy 15 példányban papírból kivágva, hajtogatva –, volt vetítés, volt Nap-, Föld- és Hold-gyerek, és igen jól keringtek egymás körül az „űrben” – segítségemmel. Ez a délelőtt igazolta Twiggs professzor véleményét, aki az alsó korhatárt négy éves korban jelölte meg. Tehát az űr megszerettetésénél a 4–14 éves korosztályt kell megcéloznunk. A kérdés az: hogyan?
A szerző a mezőberényi óvodások körében.
Gyors siker, olcsón
Ha az oktatás folytonossága fontos, akkor nem hosszabb mint 1-2 éves, periodikusan ismétlődő oktatási programokban kell gondolkodnunk. Napjaink kisműhold-konstrukciós folyamatait látva, ez elképzelhetetlen. A gyors elkészítés csak akkor lehetséges, ha készlet (kit) formájában jutnak a gyerekek a műholdhoz. Ekkor is nagy gond az összerakás, űrminősített formába hozás. Ez nem járható út. A tantervben rendelkezésre álló idő arra elég, hogy a tanuló megtanulja, melyik végén kell megfogni a forrasztópákát.
Tehát próbálkozhat, játékosan ismerkedhet az alkatrészekkel, a műhold alkotóelemeivel, a fedélzetre kerülő egyszerű, számára is érthető mérőeszközökkel. Közben a működőképes példányt a „profik” űrminősített formában elkészítik. A kész műholdat megmutatják a gyerekeknek. Ez a példány azonos azzal, amit gyerekek akartak elkészíteni. Természetesen a műhold mérete a költségek miatt csak kicsi lehet. Tipikusan a 200 g körüli tömeget ajánlott megcélozni. Megfelelő időbeosztással egy ballonos reptetés is lebonyolítható. Twiggs professzor szerint ezek lesznek a ThinSatok, a „sovány” műholdak. Az európai és japán irány nagyobb súlyt helyez a ballonos repülésre vagy a kis, néhány száz méterre emelkedő rakétákra. Fedélzetükön CanSatokkal, melyek elektronikája egy-egy fém üdítős dobozban helyezkedik el.
Pálya és élettartam
A pálya megválasztásánál figyelembe kell venni a tervezett élettartamot. Az előző eszmefuttatásunk alapján ez optimálisan 1–2 hét. 250–300 km magasságú pálya a megfelelő (ELEO, Extra Low Earth Orbit). Ebben a magasságban nehéz megjósolni a várható élettartamot, modellezni a műhold lassulását. Egy biztos: rövid ideig marad az űrben, nem képez űrszemetet. Az árat tovább lehet csökkenteni, ha sok kicsit visznek fel egyszerre. Itt a nagy lehetőség a kis rakéták számára.
Kapcsolat a „soványakkal”
A műholdas rendszerek egyik fontos eleme a földi vezérlőállomás. Ezen keresztül lehet a fedélzeti adatokhoz hozzájutni, beavatkozni a műhold működésébe. Drága részegység, ráadásul az alacsony pálya miatt sok földi állomásra lenne szükség a folyamatos kapcsolattartáshoz. Az ESA a geostacionárius műholdakat tervezi bevonni az adatok gyűjtésébe. Egy-egy műhold a Föld felületének harmadát látva, mindaddig kapcsolatot tarthat a kicsivel, amíg ezen terület felett marad. Nem egyszerű feladat, hiszen az áthidalandó távolság 36–40 ezer km. Az egyszerűbb megoldás az alacsony (LEO) pályán keringő műholdas telefon rendszer használata. Ezek a holdak 1000 km körüli magasságú pályán vannak és a teljes Föld felületét látják. A 300 km körüli pályán keringő kicsik elvileg könnyen létesíthetnek földi kapcsolatot segítségükkel. Akár a Földről felhívhatjuk őket, lekérhetjük az összegyűjtött adatokat.
Összefoglalva: nagy, de nemes feladat a jövő űreszközeihez konstruktőröket és a távoli bolygók megismeréséhez érdeklődő-értő utánpótlást nevelni.
Dr. Gschwindt András
*Cikkünk eredeti változatában tévesen szerepelt, hogy a műhold napi követésében egy diák vett részt. Emiatt az érintettek és olvasóink szíves elnézését kérjük. – A szerk. Kapcsolódó cikkek:
(a SMOG-1 projekt vezetője)
Kockák az űrben – merre és hogyan tovább?
Magántőke a hazai űrtechnológia oktatásában
Aláírták a SMOG-1 startszerződését
ESA motiválta mérnökképzés
Az ESA szeptemberben mind a 22 tagállamában kikérte a laikusok véleményét az űrtevékenység néhány kérdéséről. Nemrég hozták nyilvánosságra az eredményeket.
