Kockák az űrben – merre és hogyan tovább?

A világűrbe kerülő berendezések, és azokhoz csatlakozó földi egységek fejlesztése, gyártása egyre több, jól képzett mérnököt igényel.

Az Apollo programot követő visszaesést az előző évszázad végére ismét fellendülés követte. Jól képzett mérnököket csak a követelményekhez illeszkedő oktatás tud biztosítani. Lehetőséget kell adni az egyetemi hallgatóknak, hogy tanulmányaik során közel kerüljenek az űrbeli kihívásokhoz. Ennek megvalósítása a hallgatók bevonásával végezhető, nevesül a világűrbe kerülő berendezések fejlesztésében, létrehozásában kapott feladatokkal. Így működött ez a világ fejlett országaiban és hazánkban is. ESA tagságunk létrejötte után – remélhetően – egyre több, űrtechnológiában járatos mérnökre lesz szükségünk.

Először a Moreheadi Egyetemen (USA) dolgozó Robert Twiggs professzor állt elő a fenti javaslattal az ezredfordulón, melynek megvalósulása nem csak az oktatás módszerébe hozott újat, de a vártnál nagyobb hatása lett a teljes űrtevékenységre – ezt ma már bizonyítottnak vehetjük. Az 1 dm³ térfogatú kockák (CubeSat) lehetővé teszik, hogy oktatási keretben a hallgató az űrbe kerülő berendezés teljes fejlesztési vertikumával megismerkedjen. Nem csak a műholdépítés technológiai szintjén, mint ez a Masat-1 esetében történt, hanem a CubeSatok alkalmazása megnyitja az utat az adott térfogat- és energialehetőség mellett más, űrbeli vizsgálatok számára.

Ma már több száz a Föld körül keringő „kockacsalád” tagjainak száma. 2016-ban ez a szám több mint százzal fog nőni. Mindezt természetesen a technológia fejlődése, a miniatürizálás teszi lehetővé. A professzionális űrkutatás ráérzett a számukra is fontos kockajellemzőkre: gyors megvalósítás, olcsó előállítás és pályára állítás. Ezt segítette a kockák méreteinek szabványosítása is. Ma már a távoli űr vizsgálatára alkalmas kockák előállítása a nagy kihívás. Jelen sorok írásakor startra vár a QB50 műholdcsalád, mely a Föld körüli térség finom struktúráját vizsgálja 50 műhold kötelékes reptetésével.

Amerika és Japán hamar ráérzett a kockák oktatást, műszaki fejlődést segítő szerepére. Különböző támogatásokkal, pályázatokkal igyekeznek a felsőfokú oktatást segíteni, biztatni kockák fejlesztésére, új ötletek űrbeli kipróbálására. Ezek a pályázati lehetőségek csak állampolgáraik számára elérhetőek.

Magyarországon a Masat-1 megalkotása, különösen a pénzügyi fedezetének nagy részben szponzorációval történő biztosítása már jelezte, hogy a kocka túl nagy méretű és drága az oktatásba történő integrálásra. Twiggs professzor is érezte ezt, ezért 2012-ben egy újabb, kisebb, alig 5 cm élhosszú kocka (PocketQube) megvalósítására tett javaslatot. Kis mérete olcsóbb előállítást, pályára állítást tesz lehetővé. Megvalósítása nagyobb technológiai kihívás. Elgondolása a CubeSatokon szerzett tapasztalatának általánosításán alapult. Legyen szabványos a méret, a rakétákból kidobó szerkezet előállítása is legyen egyszerű, sablonszerű. Vonzatként olcsó előállítást, pályára állítást képzelt. Ma már tudjuk, nem jött be az ötlet.

2014-ben, amikor a Masat-1 lehetséges folytatásán gondolkoztunk, a csapat tagjainak véleménye megoszlott. Voltak, akik Masat-2 néven legalább Masat-1, de inkább nagyobb méretű kockában gondolkoztak. A csapat másik fele, jobban érezve a pénzügyi fedezet problémáját, a kisebb kocka irányába kívánt elmozdulni. Nem csak a méret csökkentése, de a technológiai kihívás mellett egy eddig még ismeretlen kutatási célú mérés elvégzése is tervbe került. Kínálkozott a 2000-ben megsemmisült AO-40-es műhold fedélzetén lévő, a szerző által tervezett Monitor kísérlet kissé módosított formában történő megvalósítása, az ember keltette elektroszmog világűrből történő vizsgálata, mérése.

Az 5cm-es kocka pályára juttatásánál jöttek a problémák. A 200 g tömeg és a kis méret a technológia oldaláról nagy kihívás – ez ideig egyetlen azonos méretű műhold került az űrbe, azt sem sikerült megszólalásra bírni –, a pályára állító kereskedelmi oldal viszont túl kicsinek, kevésnek találja. A cikk szerzője hét lehetséges startoltatónál próbálkozott. A válasz tartalma mindig azonos volt: SMOG-1 (ez a Műegyetemen készülő 5 × 5 × 5 cm-es kocka neve) túl kicsi, nem kereskedelmi mennyiség. A készülő Unisat-7 műhold fedélzetén történő elhelyezése, majd onnan pályára állítása látszik járható útnak.

Műhold vázak. A legnagyobb a csehszlovák Magion műholdé. Ez lett volna az 1980-as és a 90-es évek műegyetemi műholdjainak alapja. A legkisebbek a SMOG-1-hez kapcsolódnak. A közbenső méret Masat-1.

Közben Twiggs professzor újabb ötlettel állt elő: a kisebb műholdak méretét úgy kell megválasztani, hogy illeszthető legyen az eredeti, nagy sikert hozó kockákba. A végleges tervek még nem ismertek. Az elképzelés, hogy a kicsiket a nagyok belsejébe helyezve, pályára állás után a szabványméretű nagyból, egy előfeszített rugó segítségével kirepítenék azokat. Valószínűleg ez lesz az a mód, mely tömegessé növelheti a kis méretű kockák elterjedését. Építő blokkok előállításán is gondolkoznak: minek az alaprendszereket (energia, telemetria, számítógép) újra és újra tervezni? Koncentráljanak, akár az általános iskolás tanulók is, a kísérletekre. Az űrkutatás, űrtechnológia sok-sok új ötletet vár.

Az alacsony pályán (LEO) keringő kockákról érkező adatok vételéhez sok földi állomásra van szükség. Az indulásnál és napjainkban is az önképzést hatásosan művelő rádióamatőrök bevonása a földi vételbe rendkívül sikeresnek bizonyult. A professzionális űrtevékenység azonban megbízhatóbb hátteret kíván. Feltehetően a SMOG-1-gyel pályára áll egy kis kocka (az angol Unicorn-1), melynek feladata a geostacionárius adatgyűjtő műholdakra támaszkodó adatátvitel vizsgálata lesz.

A SMOG-1-re várva. Elkészült és tesztüzemben működik a Műegyetem E épületénak tetején a 4,5 méter átmérőjű, paraboloid reflektorú antenna.

A növekvő számú kis műhold felgyorsítja a Föld körül keringő űrszemét számának növekedését. A jelenleg érvényes nemzetközi ajánlások 25 évnél rövidebb életkor-garanciát kérnek. Speciális fékező megoldás nélkül ez 500–550 km-nél magasabb pályát nem tesz lehetővé. Előnyösek lehetnek a néhány hetet, esetleg hónapot biztosító 300–400 km-es magasságok. Egyre gyakoribbak a Nemzetközi Űrállomásról (ISS) történő, 8–10 hónap élettartamot jelentő CubeSat startok. A következő néhány év megmutatja, milyen irányba mozdulnak a „nagy kockák” (a Hold, esetleg a Mars köré), míg a másik véglet, a kicsik, fogják-e az oktatást hatásosan segíteni, a mérnökképzés minőségi, mennyiségi jellemzőit javítani. A szerző szerint igen!

Dr. Gschwindt András
a SMOG-1 projekt vezetője

Kapcsolódó cikkek:
Légkörkutató CubeSatok
CubeSat indítások – ingyen
Az űrállomás, mint pikoműhold-starthely
Űrszemét-gyarapító kisműholdak
Szabályszegő CubeSatok
A Masat-1 végnapjai
A Masat–1 visszatért a Föld légkörébe
Az első CubeSatok egy idegen világhoz
Interplanetáris CubeSat
Űrkutatás Napja 2014

Kapcsolódó linkek:
A SMOG-1 honlapja (BME)