hirdetés
hirdetés

Műhold

1061 nap a Föld körül

Az első magyar műhold, a Masat–1 igazi sikertörténet, hiszen az űreszköz a tervezett 3 hónap helyett közel 3 évig működött. A Műegyetemen már készen vannak a tervek a folytatásra.

hirdetés

Jóllehet „csak” 2012 februárjában juttatták Föld körüli pályára a Masat–1-et, a magyar műhold ötlete már a 80-as évek elején felvetődött. A Műegyetem több kísérletet is tett egy műhold építésére, ám azok – pénz hiányában – sorra kudarcba fulladtak. Ezek után vetődött fel hallgatói kezdeményezésre egy merőben új megközelítés: a méretminimalizálásnak köszönhetően egy CubeSat-szabvány szerinti, költséghatékony műhold megvalósítása. A fejlesztőcsapat gerincét a hallgatók adták, természetesen szakavatott oktatói, kutatói vezetéssel, így nagymértékben növelve az oktatás és mérnökképzés színvonalát. A hallgatók munkájával jócskán lecsökkentett költségeket azért szintén elő kellett valahonnan teremteni. Szerencsére bőven voltak cégek, amelyek fantáziát láttak a kezdeményezésben.

Összességében több mint hatvan hazai, valamint egytucatnyi külföldi cég támogatta a projektet, nemcsak anyagi formában, hanem szolgáltatással és gyártókapacitással is. A gépészeti tervezést és számos gyártási, tesztelési feladatot például hazai cégek vállaltak át. A fejlesztés 2007-ben indult, majd 5 éves munkával készült el a Masat–1. Részt vettek benne a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszékének, valamint Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszékének hallgatói, doktoranduszai és oktatói.

Fedélzeti számítógép és stabilizálás

A Masat–1 a CubeSat-szabvány szerint készült 1U méretben. Ennek megfelelően egy 10 cm élhosszúságú, 1 kg össztömegű kockába kellett minden alkotóelemet beépíteni. A műhold négy fő elektronikai részegységből áll. Ezek: fedélzeti számítógép, stabilizáló rendszer, energiaellátó rendszer, kommunikációs rendszer.

A fedélzeti számítógép irányítja a műhold működését. Szerepe kritikus a műhold működőképessége szempontjából, ezért két, teljesen megegyező egységből áll, amelyek hidegtartalék-rendszert alkotnak. Ugyanaz a program fut rajtuk, és azonos módon kapcsolódnak a műhold egyéb egységeihez. A fedélzeti számítógépet egy négyrétegű nyomtatott huzalozású lemezen valósították meg.

A stabilizáló és a fedélzeti adatgyűjtő rendszert tartalmazó kártya a fedélzeti számítógép és a rádiókommunikációs rendszer között helyezkedik el. Tartalmazza az érzékelőket, valamint a mikrovezérlőt, amely összegyűjti és elküldi az adatokat a központi számítógépnek, amely továbbítja azokat a rádiókommunikációs rendszerhez. Ez teszi lehetővé, hogy a telemetriai adatok a fedélzeti rendszerekről eljussanak a földi állomásokhoz, amelyek a kapott adatok alapján beállíthatják a műhold működési módjait és ezek paramétereit. A Masat–1 stabilizáló rendszerét – többek között – háromdimenziós mágnesestérerősség-mérővel felszerelt digitális iránytűvel, valamint háromdimenziós gyorsulásérzékelővel látták el. Háromdimenziós mikro-elektromechanikai szögsebességmérő is került a fedélzetre. A műhold oldalaira szerelt fotodiódák analóg jelét egy külön mikrovezérlő dolgozza fel, amely szintén a stabilizáló rendszer paneljén helyezkedik el.

Kommunikáció és energiaellátás

A kommunikációs rendszerben nincs beépített intelligens eszköz, minden szükséges belső vezérlőfunkciót kapuszinten oldottak meg. A rádiófrekvenciás adóteljesítmény alacsony fogyasztású üzemmódban 100 mW, „nagy teljesítményű” módban 400 mW. A felhasznált egychipes adó-vevő áramkör a 240 és 960 MHz közötti tartományban tud működni. Mivel az IC-t kis és középtávú alkalmazásokra tervezték, a maximális adóteljesítménye kisebb, mint 16 dBm. Ez nem elegendő a kívánt táv leküzdésére (maximum 4500 km), ezért egy RF teljesítményerősítőt is be kellett építeni. A fogyasztás minimalizálása érdekében mindig csak a szükséges egységek vannak bekapcsolva. További komoly feladatot jelentett az előírt redundancia. Minden egységet duplikálni kellett, és meg kellett oldani a redundáns egységek közötti hibamentes átváltást.

A Masat–1 a 437 MHz-es rádióamatőr frekvenciasávban működött, hívójelét (HA5MASAT) minden egyperces adásperiódus elején meg kellett ismételni. A hívójelén kívül a főbb fedélzeti paramétereket (akkumulátortöltöttség és hőmérséklet) morzekódban is sugározta a műhold.

Mivel a műhold tervezésekor alapvető szempont a megbízhatóság, az energiaellátó rendszer is redundáns felépítésű, egypont-meghibásodás ellen védett. A Masat–1 elsődleges energiaforrását a kocka hat oldalán elhelyezett napelemek alkotják, amelyek a műholdpálya napos szakaszán biztosítják a működéshez szükséges energiát. A műholdpálya árnyékos szakaszán – napenergia hiányában – másodlagos energiaforrásra van szükség. Ennek szerepét egy egycellás Li-ion akkumulátor töltötte be. A fedélzeti energia szétosztását, stabilizált 3,3 V-os feszültségszinten, a fedélzeti számítógép vezérli.

Szerkezeti elemek

Az elektronikai részegységeken kívül a műhold fő rendszere még maga a szerkezet, amelynek feladata, hogy az egyes komponensek számára megfelelő rögzítést és védelmet biztosítson a külső hatások ellen. Az elsődleges szerkezeti elemek biztosítják a szerkezet mechanikai stabilitását, adják meg a műhold vázát, míg a másodlagos szerkezeti elemek gondoskodnak az egyes villamos alkatrészek, panelek megfelelő rögzítéséről. A szerkezet anyaga repülőgép-ipari alumínium. A szerkezetnek ellen kell állnia a felbocsátással járó extrém gyorsulásoknak, illetve a vibráció okozta stresszhatásoknak, továbbá megfelelő védelmet kell nyújtania a világűri környezet hatásai (például sugárzás, extrém hőterhelés) ellen.

Projektzárás helyett folytatás

A Masat–1 mozgási energiája – az űreszközt ért természetes hatások (részecskékkel történő ütközések stb.) következtében – fokozatosan csökkent, így pályája egyre közelebb került a Földhöz. A számítások azt jelezték előre, hogy helyi idő szerint 2015. január 9-én pénteken 23 óra 15 perc és 2015. január 10-én szombaton 0 óra 45 perc között volt várható a visszatérés, ahol a megnövekedett hőterhelés először csak a műhold működését bénította meg, majd a teljes műhold elpárolgott a légkörben.

Az utolsó beérkező online adatcsomagról helyi idő szerint január 9-én 21 óra 21 perc 43 másodperckor adtak hírt Argentínából. A Masat–1 legközelebb olyan terület fölé, ahol földi vevőállomások, valamint a műhold vezérlését végző automatizált és távvezérelt földi állomások (BME és Érd) észlelhették volna a jeleit, szombat hajnali 2 óra 27-kor került, ám a műhold néma maradt. Így a visszatérés és egyúttal a mintegy 15-20 perces megsemmisülés vélhetően a fent említett másfél órás időtartamban történt meg.

A műhold osztálya

1U CubeSat

Méretek

10 cm×10 cm×10 cm

Tömeg

998,5 g

Bemeneti teljesítmény

1,2–2,2 W

A kommunikáció típusa

félduplex

Frekvencia

437,345 MHz

Adatsebesség

625/1250/5000 bps

Moduláció

2-GFSK

Adóteljesítmény

100/400 mW

Digitális kamera

VGA érzékelőlap, 640×480 pixel

Indítás

2012. február 13.

Hordozórakéta

Vega VV01

Pálya

ellipszis; induláskor 300 km×1450 km

Befektetett munka

több mint 60 ezer mérnökóra

Vett adatmennyiség (3 év alatt)

több 100 MB

Projektköltség

a teljes körű finanszírozás 1 millió euró lett volna

Adatok a Masat–1-ről

Noha az első magyar műhold befejezte pályafutását, nem egy projekt lezárásáról van szó – fogalmazott Vajta László, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Karának dékánja. Egy hosszabb fejlesztési folyamat első stációja zárult csupán le, és egy rövid szünet után jön a folytatás: a Masat következő életciklusa, valamint egy új projekt, a SMOG.

Masat–2 – nyitás a piac felé

A fejlesztők célja a Masat–1 tapasztalataira alapozva egy tudományos és technológiai kísérleteket végző, a kutatási irányokhoz kapcsolódó, akár 2-3U CubeSat-osztályú műhold építése. Az első magyar műholdhoz képest lényeges változtatást terveznek a pályastabilizálásban és a hasznos teherrel kapcsolatban. Mivel az alaprendszerek kiválóan vizsgáztak az első űrküldetésben, az újítások legfőképp a hasznos terhet, a kísérleteket érintik.

A Masat–2-vel elsődlegesen megcélzott területek a következők: háromtengelyes aktív stabilizálás, megnövelt felbontású kamera alkalmazása, RadFET- (radiation sensing field effect transistor) alapú totáldózismérés, nagyobb adatátviteli sebesség a műhold-Föld irányban, opcionálisan elektroszmog mérése LEO- (low earth orbit) pályán, és más erre a méretre optimalizált kísérletek is.

A következő műhold-generáció erőssége, hogy repült technológiára épül. Ez óriási előnyt jelent az űreszközök esetében kritikus megbízhatóság terén – mutat rá {{Horváth Gyula}}, a Masat–2 projekt vezetője. A műhold mérete elérheti akár a 10 cm×10 cm×30 cm-t is. A megnövelt térfogatnak és tömegnek, a továbbfejlesztett helyzetstabilizáló rendszernek, a jelentősen több begyűjthető energiának, valamint a Földre továbbítható, nagyobb adatmennyiségnek köszönhetően a Masat–2 a Masat–1-hez képest az alkalmazások lényegesen szélesebb spektrumát tudja majd kiszolgálni, és így nemcsak egyetemi, hanem akár ipari projektekbe is bekapcsolódhat. A Masat–2 esetében tehát már a piacosítás, a szolgáltatások nyújtása is a valós célok között szerepel.

Smog–1 – újdonságkereső irány

A Smog–1 egy 5 cm×5 cm×5 cm élhosszúságú, a Masat–1-hez hasonlóan kocka alakú űreszköz lesz. Külön érdekesség, hogy a világűrben még nem működik ilyen kis méretű műhold (úgynevezett PocketQube).

A tervek szerint a Smog–1 keretében egy új, magyar fejlesztésű hőszigetelő anyag űrbéli alkalmazhatóságát is vizsgálják. A megfelelő hőszigetelés, a termikus egyensúly megteremtése ugyanis a műholdak egyik legkritikusabb pontja. Komoly feladat annak megoldása, hogy a műhold a napos oldalon haladva ne melegedjen túl, miközben az árnyékos oldalon keringve ne hűljön a megengedett hőfok alá.

A Gschwindt András vezette csapat tudományos célja az ember keltette elektromágneses szennyezés (innen a műhold neve) mérése a Föld körüli térségben a 460–860 MHz-es frekvenciatartományban, ahol a földfelszíni digitális tv-adók sugároznak (jelentős teljesítmény jut ki a világűrbe, amely nem hasznosul). A Smog-program, akárcsak a Masat, fontos eleme a BME-n folyó mérnökképzésnek.

A földi szegmens
A műholdas fejlesztésekkel párhuzamosan a műholdakkal való kapcsolattartás kiszolgálására alkalmas – a Masat–1 projektben létrehozott –, automatizált és távvezérelt földi állomásrendszer üzemeltetése és további fejlesztései is a megoldandó feladatok között szerepelnek.
Mallász Judit
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
Cikk[164437] galéria
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés