A BME VIK űrkutatói a Philae leszállóegység tervezésének kulcsszereplői

A Rosetta-űrszonda kutatóegysége szerdán landol a Csurjumov-Geraszimenko üstökösön. Az űrben működő eszköz energiaellátó rendszerét műegyetemi kutatók tervezték és építették.

„Rengeteg ember munkájának sikere múlhat azon a néhány órán, amikor a Philae leszállóegység az üstökös felszínén landol” – hangsúlyozta Szabó József, a Villamosmérnöki és Informatikai Kar Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék tudományos munkatársa. „Húsz éve várunk az izgalmas napra, amikor kiderül, hogy jól működik-e az ötszázmillió kilométerre lévő eszközünk.”

A Philae leszállóegység (lander) a Rosetta űrszonda (orbiter) azon része, amely az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) történetének egyik legnagyobb tudományos vállalkozásaként a 67/P Csurjumov-Geraszimenko üstököst kutatja. A Rosetta hosszú ideje követi az égitestet pályáján, és a landerrel elsőként juttat mérőeszközöket a felszínére. (Az üstökös nevében – a felfedezők nevei mellett – a „P” az jelzi, hogy keringési ideje kétszáz évnél rövidebb, a szám pedig azt, hogy az ilyen típusú égitestből ez a hatvanhetedik, amelyet a tudomány eddig megismert.)

Az egymilliárd eurós költségű Rosetta-program a kilencvenes évek elején indult széleskörű nemzetközi összefogással, és eredetileg a 46P/Wirtanen üstökös vizsgálatát tűzte ki célul. A hordozórakéta problémái miatt a 2000-es évek elejére tervezett indítás csúszott, a tervet a kutatók némileg módosították és új célként a 67/P Csurjumov-Geraszimenko üstököst jelölték ki. A vezérlőközpont Darmstadtban található, és a szonda által elvégzendő tudományos programok nagy részét német tudósok koordinálják.

Magyar kutatók 1994 óta vesznek részt a projektben. „Az ESA tudósait az idő sürgette, ezért kerestek külső szakembereket is egyes munkák elvégzéséhez” – ecsetelte Csurgai-Horváth László docens, a BME Űrkutató Csoportjának vezetője. „Szerencse is kellett ahhoz, hogy az akkor már jó referenciákkal rendelkező, de nem ESA-tag Magyarország kutatóműhelyeit is kiválasszák a nem mindennapi feladatra.”

A Rosetta-szonda körülbelül 3 tonna tömegű, kiterjesztett napelemtábláinak felülete 64 m². Tizenkét távmérő műszert hordoz. Philae elnevezésű leszállóegységének tömege közel 100 kg és tizenegy kísérletnek ad helyet, amelyek célja az üstökös jobb megismerése. A 2004-ben útnak indított Rosetta bonyolult pályán – a Föld lendítőerejét három, a Marsét egy alkalommal használva ki – 2014 januárjában közelítette meg végcélját, amellyel az óta együtt repül. Útjának nagy részét passzívan, hibernált állapotban töltötte, de a Lutetia és a Steins kisbolygókat megközelítve „felébresztették”, hogy fényképeket készítsen róluk.

A Rosetta-program két fő összetevője a tudományos célú kísérletek, megfigyelések lebonyolítása, valamint az ezek zavartalanságát biztosító űreszköz és kiszolgáló rendszereinek elkészítése. A magyar kutatók – elsősorban az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, az MTA Energiatudományi Kutatóközpont, az SGF Kft., valamint a BME Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék munkatársai – mindkét területen kaptak megbízást, de meghatározó a részvételük a Philae leszállóegység felműszerezésében és szolgálati rendszereinek megalkotásában volt. A BME kutatói a leszállóegység ’vegetatív szerve’, az energiaellátó rendszer tervezésében és megépítésében vettek részt. „Ez kulcsfontosságú mechanizmus, és amíg nem kapcsol be, más rendszer sem működhet” – emelte ki Csurgai-Horváth László. „Kezeli az összes energiát, az akkumulátorokat és a napelemeket. Kiszolgálja az egész űreszközt, ezért az elkészítését célzó megbízás az ESA döntéshozóinak nagyfokú bizalmát is jelzi irántunk.”

„Diákjaimnak azt tanítom, hogy egy űrszonda olyan, mint egy ember: vegetál, gondolkodik, kommunikál és orientál, azaz egyenesen, céltudatosan halad és nem dülöngél” – hangsúlyozta Szabó József, aki a kezdetektől vett részt a munkában. „Az űreszköz fő rendszerei – a fedélzeti számítógép, az energiaellátó és a kommunikációs rendszer – az emberi szervekhez hasonlóan működnek.”

A Philae – hasonlóan a Rosettához – útjának nagy részét passzív állapotban tölti, és „fel kell ébreszteni” az üstökösön történő leszálláshoz. A felébredéskor a rendszer méri a hőmérsékletet és az akkumulátorok töltöttségét. Mivel az eszköz alkatrészei körülbelül mínusz 45 és plusz 70 Celsius fok között működnek optimálisan, létfontosságú a szükséges hőmérséklet biztosítása. Az akkukat különösen védeni kell a túlzott lehűléstől, mert e nélkül bekapcsolásuk katasztrofális következményekkel járhat. Ha az energiaellátó mechanizmus mindent rendben talál, elkezdi feléleszteni a fedélzeti számítógépet, amely megfelelő sorrendben bekapcsolja a többi rendszert. Az üstökös magját megközelítő Philae lander horgonyszerű eszközzel rögzíti magát a szilárd felszínhez, ami a rendkívül gyenge gravitáció miatt várható visszapattanás kivédésére szükséges. „A folyamatnak automatikusan kell működnie, mert a rádióhullámok útján küldött utasítások huszonnégy percig utaznak a szondáig, ezért a Földről csak nagyon korlátozottan lehet beavatkozni egy már elindult műveletbe” – tette hozzá a kutató. „Ha a Rosetta ’kilökte’ magából a Philae-t hogy az leszálljon, ez utóbbi már csak ’önmagára’ számíthat.”

A szonda 2004-es startja után a BME kutatóinak hardverfejlesztő munkája nagyrészt befejeződött.  Az energiaellátó rendszer működésébe utólag nem lehet beavatkozni, nincs benne távolról programozható elem. Ugyanakkor a szonda bizonyos egységeit lehet tökéletesíteni a hosszú út alatt is: a Philae fedélzeti számítógépének programját évekig csiszolta a KFKI egyik szakértője, és a végleges szoftverváltozatot idén áprilisban töltötték fel a szondára. A fedélzeti számítógép többféle módon kezelheti a többi berendezést, például az eredetileg tervezetthez képes más sorrendben kapcsolja be az egyes egységeket, így közvetett módon lehet befolyásolni az energiaellátó-rendszer működését is. A kutatók a hosszú út közben kísérleteztek ki újszerű, energiatakarékos üzemmódokat is. Ezek kimunkálásában nagy szükség volt a különféle rendszerek alkotóinak összehangolt munkájára, akik elképzeléseiket az eszköz Földön megépített másolatán próbálták ki.

„Az űreszközök készítése mindig kockázatos vállalkozás: általában mindenből egy példány készül, és annak az egynek kell jól működnie” – emelte ki Csurgai-Horváth László. „Egy több százezer példányban gyártott számítógéphez például a gyártók folyamatosan adhatnak javításokat, tökéletesített hardvereket és szoftvereket. Az űrkutatás máshogyan működik: először készítünk egy ún. deszkamodellt, majd egy vagy két ún. kvalifikációs modellt, amely  már ugyanolyan elektromos paraméterekkel rendelkezik, mint az űrbe kikerülő példány. Mindezek után már a világűrben repülő eszköz elkészítése következik az űrminősítésű alkatrészek felhasználásával.”

Az űreszközökhöz használt alkatrészeknek rendkívüli minőségi követelményeknek kell megfelelniük, ezért áruk akár az ezerszerese is lehet az iparban használt, hasonló rendeltetésű változatuknak.  Egyes berendezésekhez sugárzásálló alkatrészek szükségesek, amelyeket hadászati célú rakétákban, orvosi műszerekben, atomreaktorokban használnak. „A hatóságok szigorúan nyomon követik ezen alkatrészeknek útját, egyesek az országhatáron kívülre sem kerülhetnek, nehogy avatatlan kezekbe jussanak” – hangsúlyozta Rieger István, a BME Űrkutató Csoport tudományos munkatársa. „A méregdrága alkatrészek ellenére az ilyen tudományos projektek és alapkutatások jól illeszkednek az egyetemi illetve kutatóintézeti tudásközpontokhoz. Ezért is érdemes az ilyen típusú nemzetközi programokhoz kapcsolódnunk.”

Rieger István, Csurgai-Horváth László, Bánfalvi Antal, Szimler András, Kertész József, Szabó József

E lehetőségeket nagymértékben kiszélesítheti Magyarország küszöbön álló felvétele az Európai Űrügynökség tagjainak sorába. A BME Űrkutató Csoportja az utóbbi években a Rosetta-programon kívül több más megbízást is kapott az ESA-tól, amelynek 2003 óta vagyunk társult tagjai. A magyar tudósok nagy reményeket táplálnak a küszöbön álló teljes jogú tagságunkkal kapcsolatosan. Az utóbbival járó éves tagdíjat pályázatok útján vissza lehetne forgatni a magyar űrkutatásba. „Amíg nem vagyunk tagok, a legtöbb programra nem pályázhatunk és így nagyon sok kutatási és űripari fejlesztési lehetőségből eleve kiszorulunk” – figyelmeztetett Csurgai-Horváth László. „Bizakodóak vagyunk: a Rosetta-program valódi, nagyszabású tudományos vállalkozás, részvételünk benne nagyon komoly referencia nemcsak az ESA-tagság elnyeréséhez, hanem a további tekintélyes megbízásokhoz is.”

(November 12-én a budapesti Planetáriumban Rosetta-napot tartanak, amelyen előadásokat hallgathatnak a misszióról - a szerk.)

- HA -

Fotó: esa.int, Philip János