Épül az első magyar műhold (5. rész)

Kell egy csapat... Sorozatunk befejező részében megismerkedhetünk azokkal, akik a Műegyetemen a Masat-1 építésén dolgoznak.

A Csapat
A Masat-1 nem az első projektje a társaságnak, ennek kvázi előzménye volt az ESMO (European Student Moon Orbiter) és az ESEO (European Student Earth Orbiter) projektekben való részvétel. Ezek az Európai Űrügynökség különálló projektjei voltak, a magyar csapat 2006-ban alegységekkel pályázott az ezekben való részvételre. Az ESEO-ban egy kísérlettel vesznek részt, a fedélzeti energiaellátó rendszert pedig szintén a tanszéken készíti egy másik társaság.

2007-ben a CubeSat-projekt egyik jelenlegi tagja, Marosy Gábor társaival megpályázta az ESMO – vagyis a Hold körül keringő egység – fedélzeti számítógép hardver és szoftver elemeinek elkészítését. A pályázat sikerrel zárult, a munka jelenleg is folyik. A projekt folytatásához szükség volt résztvevőkre, ezért többek közt előadásokon is hirdették a lehetőséget. Így jött létre a csapat kemény magja. A toborzás során csatlakozott hallgatók első körben egy képzésen vehettek részt, hogy a szükséges ismereteket magukra szedhessék. Ezek után egyfajta pilot projekt keretében összeraktak programozható mikrovezérlős paneleket, kipróbálták különféle perifériákkal, meghajtóprogramokat írtak hozzájuk, mindezt egy öt kredites tárgy keretében, önálló laboratórium-szerűen. Ekkor jött a Masat-1 építésének ötlete, és mivel látszott, hogy van elég lelkes ember, elkezdődött a tervezés.

A tagok szinte mindannyian villamosmérnökök, informatikusok, de a csapathoz tartozik egy gépész hallgató (akinek korábban már ugyancsak volt köze az űrkutatáshoz) és egy matematikus is. Alakult egy négyfős sajtócsapat is, Bacsárdi László vezetésével, ők a Masat-1 médiamegjelenéseit fogják össze, hogy a mérnökök csak a szakmai résszel foglalkozhassanak. A résztvevők nevei megtalálhatók a http://cubesat.bme.hu oldalon.

Földi állomás
A műhold építésével párhuzamosan fontos szerepet kapott a földi állomás kialakítása is. Ennek legfőbb feladatai közé tartozik a szatellitet vezérlő parancsok sugárzása, a műhold pályájának követése, illetve az érkezett jelek fogadása és feldolgozása. Az állomás jelenleg a BME V2 épületében van, és az épület tetején található antennaforgatót illetve a Műegyetemi Rádió Klub rádió-berendezéseit használja. A műholddal való kommunikáció két Yagi antenna segítségével történik, melyek két különböző sávon (400 MHz és 140 MHz) működnek. A földi állomás hálózata egy MHT-MRC nevű routeren keresztül alkot hálózatot, amely egyrészt egy vezérlő számítógépből (Mission Control Computer), és egy szerverből (Ground Station Server) áll, melynek fő feladata az antennák és a rádió vezérlése. Mindezek mellett a hálózatban található még egy adatbázis szerver (Public Database Server) is.

Az irányítási parancsok egy kliensen keresztül érkeznek a központi szerverhez. Ezt a megoldási módot az indokolta, hogy erre a belső hálózatra VPN-en keresztül rá lehessen csatlakozni, és ezáltal a fejlesztők internet segítségével el tudják érni a teljes belső elektronikát, beleértve az antennákat, a rádiókat, illetve a szervert is. Így, ha a földi állomáson be van kapcsolva az erősítő, a végfok, az antennaforgató és a rádió, akkor a műholdirányítás teljes mértékben megvalósulhat távolról is.

A szerver vezérlési feladatai több komponensből állnak, ezek egyik legfőbb része a V2 épület tetején található antennák irányítása. Az ehhez szükséges antennaforgató elektronikát a csapat szintén saját maga készítette, mind a fizikai megvalósítás, mind pedig a vezérlő szoftver tekintetében. Az antennák már korábban fent voltak a V2 tetején, de egy villámcsapás következtében a hozzájuk tartozó elektronika használhatatlanná vált. Az irányítás lényeges eleme az űreszköz aktuális helyzetének megállapítása, ez egy már meglévő program segítségével történik, amely a NORAD adatbázisából előre letöltött és adott időnként frissített pályaadatokból kalkulálja ki, hogy egy adott időpillanatban pontosan hol tartózkodik az objektum, és ekkor a Föld mely pontjaiból látható a horizont felett. A kiszámított koordinátáknak köszönhetően a program megadja azt, hogy a Földön egy adott ponton elhelyezett rádióantenna milyen magásság és azimut értékek mellett néz a megfelelő irányba. Az antennaforgató elektronika számára egy saját fejlesztésű szoftver segítségével dolgozzák fel ezt az információt a működés során. Az így kapott pályaadatokat használja a központi szerver bizonyos kiegészítő számítások (mint például a Doppler-korrekció) kiszámítása után az antennák hangolásához és irányításához.

A földi állomás éles tesztje is lezajlott már, egyrészt a Nemzetközi Űrállomáson tartózkodó Charles Simonyival kommunikáltak többször is, másrészt nemrég a Masat-1 rádióját is kipróbálták. Egy hőlégballonra erősítve felvitték jó magasra és vették a jeleit.

Tesztek
Mint minden rendszert, a Masat-ot is tesztelni kell indulás előtt, méghozzá az űrbeli körülményekhez. Korábban már írtunk róla, milyen kellemetlen odafent az „időjárás”, ezt idelent egy termálvákuumnak nevezett teszt képviseli. Az általános ajánlások három órát írnak elő, amit az űrnél is ritkább vákuumban kell eltöltenie az eszköznek, miközben a hőmérséklet felfut 70°C-ra, egy óra múlva lehűl szobahőmérsékletre, majd vissza 70°C-ra. Ha ezalatt a vákuumkamra belső nyomása nem emelkedett meg 25%-nál jobban (a műhold anyagának kigőzölgései miatt), akkor stabilnak tekinthető a szerkezet, és ezzel egy tesztet máris letudott a csapat. Persze ez csak egy ajánlat, ahhoz, hogy huzamosabb időn át működjön az eszköz, ennél jóval többet kell kibírnia.

Aztán vannak a mechanikai vizsgálatok. A rakéta belsejében komoly igénybevételnek van kitéve a szállítmány, kezdve a néhány g-s gyorsulástól a rázkódáson át a hirtelen erőhatásokig. Ezekre is tesztelni kell az előírások szerint, tudományos kifejezéssel élve a kvázistatikus gyorsulásteszt képviseli a felbocsátást (ahhoz hasonló, mint amit a filmekben láthattunk az űrhajósok kiképzésekor, bár egy ilyen rakéta sokkal erősebben, sokkal nagyobb erőhatásokat keltve indul). Van ezen kívül a véletlenszerű és a szinuszos rázkódás, melynek során meghatározott amplitúdóval, frekvenciával és ideig való rázást kell kibírnia az összeállított rendszernek. Ha nem szenved tartós alakváltozást, valamint az alkatrészek sem hullanak alá, újabb pipa kerülhet a tesztelési jegyzőkönyvbe. Az utolsó kötelező teszt a sokkhatásokat vizsgálja, ez körülbelül annak felel meg, mintha a műholdat alulról ütnék meg, nagy erővel és hirtelen. Ez hivatott szimulálni a rakéta egyes fokozatainak begyújtásakor tapasztalható erős, de rövid ideig tartó lökést.

A specifikáció ezeket a teszteléseket írja elő konkrétan, de a vizsgálatok paramétereit csak ajánlásként fogalmazza meg, amiken a startot szervező cég tetszőlegesen szigoríthat. Ami viszont soha nem változik, azok a méretek, amik a CubeSat szabványban kerültek rögzítésre. Ezek tized milliméterre megszabják a műhold kiterjedését, emellett a rendszer tömege és a tömegközéppont elhelyezkedése is kötött (ezeknek a paramétereknek hőtágulás esetén sem szabad lényegesen megváltozniuk). Vannak további megkötések is, a legváltozatosabb területeken, mint például a vezetősínek anyagára, az élek lekerekítésére, rugók elhelyezésére, vagy akár az akkumulátorok töltöttségére vonatkozóan. Amennyiben ezeknek a feltételeknek nem felel meg az űreszköz, akkor szó sem lehet pályára állításról.

A felbocsátás
A Masat-1 építői a holland ISIS nevű szervezeten (International Subrack Interface Standard) keresztül szervezik a hordozórakétára való felkerülést. Erre több országban is lehetőség nyílik, a lehetséges választások: az Orosz Űrügynökség, egy kínai kísérleti rakéta, az ESA programjai, az indiaiak űrprojektje, valamint az amerikai NASA. Ezeket kellett számba vennie a fejlesztőknek. A Masat-1 esetében a választás az indiai lehetőségre esett. Az indítást intéző cégnek is lehetnek egyedi elvárásai az Acceptance Test-tel (Elfogadási, végső teszt, mely már a repülő példány paramétereit vizsgálja) kapcsolatban, hiszen a rakétájuk is egyedi. Ezzel kapcsolatban mindent részletesen leírnak a szerződésben, mely rögzíti, hogy a rakéta indulási dátumáig szállítani kell a műhold repülő példányát (vagy azzal egyenértékű, azonos súlyú, méretű, úgynevezett dummy modellt, mely egy üres fémkocka), valamint a kiegészítő földi csomagot (Ground Support Equipment). Erre például azért is van szükség, mert a becsomagolt műholdakat egy bizonyos ideig tárolják, a startkor a felélesztéshez szükséges energiaigény miatt az akkumulátort fel kell tölteni. A rakéta pályára állásakor először a hasznos teher, a fő műhold indul el, majd ezek után indítják a P-POD-ban sorban ülő CubeSatokat (úgy lehet elképzelni, mint tyúkanyót a kiscsibéivel). A holdak közti induló távolságot rugós indítókkal biztosítják, ez a távolság az idő előrehaladtával egyre nő. Ha letelt az előre rögzített, rakétáról leválás óta eltelt időintervallum, a műhold feléledhet, kinyithatja az antennáját és megkezdheti a sugárzást. Ha minden jól megy, a kommunikáció három hétig fenn is marad (a csapat ezt tűzte ki célul, a szimulációk alapján ennyit biztosan bírnia is kell), de az élettartam ennél több is lehet, leginkább a felhasznált alkatrészek minőségétől függ.

A jövő
A csapat tagjai már most is tele vannak ötletekkel és tapasztalatokkal, mely egy Masat-2-t már meg tudna tölteni. A projekt célja, mivel hallgatók végzik, egy minőségigényes és bonyolult rendszer megtervezése és építése. Éppen ezért az első lépés, a Masat-1 csak egy ugródeszka, egy pilot projekt, melynek folytatódnia kell. Az Európai Űrügynökség is szeretné, ha folytatódna, hiszen ezen a területen országunkban úttörő a tevékenység.

Magyarország egyelőre csak az ESA együttműködő tagja. A teljes jogú tagországok nagyobb tagsági díjat fizetnek, amelynek nagy részét ugyanakkor „visszapályázhatják”. Ebben a hazai ipar is részt vehet, ami gazdasági szempontból is óriási lehetőség lenne országunknak.

Tervek szintjén létezik egy Constellation program is, melyben több ország együttműködve építene több kisműholdat, ezek aztán formációban repülve monitoroznák az űridőjárást. Ehhez már az ügynökség pályázati pénzeit is igénybe lehetne venni, de mindenképpen jó lenne előzménynek egy sikeres Masat-1.

A későbbiekben megnyílhat az út az 1U-s CubeSatoknál nagyobb műholdak építési lehetősége előtt is, egy 3U-s, vagy esetleg egy 6U-s műholdon már sokkal több a napelemekből kinyerhető energia. Ha a Masat-1 kísérlete sikeres lesz, vagyis az ADCS (Attitude Determination and Control Subsystem – a stabilizációért felelős alrendszer), mely egy normál műhold esetében az alaprendszer része, tud stabilizálni, akkor irányított antenna telepítése is lehetővé válik. Ebben az esetben értelemszerűen megnő az adatsebesség, szóval egy optika, egy kamera által készített képet is le lehetne hozni, így a jelenleg meteorológiai, vagy mezőgazdasági célú fényképezésre fordított súlyos összegek is határainkon belül maradhatnának.

Cikkeink nyomán remélhetőleg mindenkinek nyilvánvalóvá vált, hogy műholdat építeni nem kis feladat, ennek ellenére a megfelelő szaktudás, kreativitás és elhivatottság házasításával számunkra sem elérhetetlen egy ilyen projekt. Mint ahogy olvashatták, az élet nem állhat meg a Masat-1 után. Amennyiben támogatni szeretnék, vagy esetleg csatlakozni kívánnak a folyamathoz, a lehetőség adott, keressék fel az illetékeseket.

Bodó Zsófia, Perlaky Zoltán, Szabó Ádám, Zovits Ádám

A segítségért köszönet Bükkfejes Andrásnak és Marosy Gábornak

Az írás az Impulzusban, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Hallgatói Képviseletének lapjában jelent meg a 2008/2009-es tanév tavaszi félévében.

Kapcsolódó cikkek:
Épül az első magyar műhold (1. rész)
Épül az első magyar műhold (2. rész)
Épül az első magyar műhold (3. rész)
Épül az első magyar műhold (4. rész)

Kapcsolódó linkek:
Masat-1 honlap