Magyar szíve van Európa egyik legizgalmasabb űreszközének

A világűr sötét némaságában egy üstökös száguld a Nap felé. Néhány éve egy űrszonda "üldözi", 2014-ben eléri és pályára áll körülötte, majd egy apró leszállóegység ereszkedik le róla az égitest fagyos felszínére. Ez lehet az első landolás egy üstökösmagon az űrkutatás történetében, amelynek előkészítésében több hazai űrkutató műhely is részt vállalt. A leszállóegység zord körülmények közötti hibátlan áramellátásáért a Műegyetem Űrkutató Csoportja  felel.

Ha valaki gyanútlanul bolyong a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem V2 épületének hetedik emeletén, talán fel sem merül benne, hogy az itt született berendezések majdnem egymilliárd kilométerre távolodnak majd bolygónktól. Belépve a Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék Űrkutató Csoportjának ajtaján egy elektronikai labor szokásos látványa tárul elénk, ahol első látásra nehéz elhinni, hogy űrszondák alkatrészei készülnek. Pedig az itt dolgozó szakemberek az elmúlt évtizedek során közel húsz műhold fejlesztésében vettek részt. Az egyik legutóbbi nagy munkaként ők készítették az európai Rosetta-űrszonda leszállóegységének teljes energiaellátó rendszerét is - másként fogalmazva az európai üstökösvadász felszíni kutatóberendezésének "szívét".

A Rosetta-küldetés az Európai Űrügynökség (ESA) egyik legizgalmasabb programja. Az üstökösök a Naprendszer "ősanyagát" őrzik, kutatásuk tehát közelebb vihet minket a Nap és a bolygók keletkezésének megértéséhez. A Rosetta leszállóegysége, a Philae - amely az űrkutatás történetében először próbál landolni egy üstökös felszínén - jelentős magyar hozzájárulással készült.

"A rendszerváltozás idején már jó munkakapcsolatunk volt a németországi Max Planck Kutatóintézettel, s tulajdonképpen egy ott dolgozó magyar kolléga javasolt minket a programba. Mivel a labor elsődlegesen tápellátással foglalkozik, a Rosetta leszállóegységénél is ezt vállaltuk el" - mondja dr. Bánfalvi Antal mérnök, a csapat egyik legtapasztaltabb tagja.

A Philae-leszállóegység közös elektronikai dobozának tesztpéldánya

"Az elvégzendő munka egyre nőtt, mert a Philae először egy kis, 65 kilogrammos leszállóegység volt, amely aztán 85-100 kilogrammosra bővült. Tulajdonképpen a teljes energiaellátását mi oldottuk meg" - mondja Szimler András mérnök, a csoport egy generációval fiatalabb tagja.

Az elektronikai doboz térfogatának körülbelül a harmadát magyar készítésű berendezések töltik ki

A nemzetközi együttműködésben a hazai és a németországi csoport egyenrangú partnerek voltak. "Ha szükség volt rá, a németek a kezünk alá dolgoztak. Volt olyan időszak, hogy a Max Planck Intézetből ideküldtek egy technikust, mert a nyomtatott áramköri lapok gyártása itt történt, Magyarországon. Viszont mivel nálunk nem volt tisztaszoba (űrtechnológiai összeszerelő munkák végzésénél használt steril helyiség - a szerkesztő megjegyzése), a világűrbe küldött végleges példányok összeállításához és beméréséhez négy-öt magyar mérnök kint dolgozott egy-egy hónapig a németországi intézetben" - meséli közel évtizedes emlékeit Bánfalvi.

A Philae-leszállóegység makettje a németországi tesztelés közben

Eredetileg két leszállóegységet terveztek: egy közös amerikai-francia egységet és egy európait, német vezetéssel. A francia rendszeren nem lett volna napelem és akkumulátor sem, mert csak néhány napos mérést szerettek volna végezni vele, ezért csak egy nagy megbízhatóságú litium-elemet raktak volna a szerkezetre.

A németek viszont hosszabb mérés-sorozatot szerettek volna megvalósítani, hogy vizsgálni tudják az üstökös felszínének változásait, mialatt az közeledik a Naphoz. Ehhez viszont napelemek és akkumulátorok kellettek volna, hogy az elhasznált energiát pótolni (tárolni) lehessen. "Az amerikaiak végül kiléptek, így a két tervből egy küldetést gyúrtak, amibe belekerült a franciák eleme és a németek akkumulátora is. Ez némileg a mi életünket keserítette meg, mert több energiatárolót kellett az energiaellátó rendszerre rácsatlakoztatni" - mondja Szimler.

A Rosetta és a Philae összeszerelt állapotban

Az utolsó lökés a kozmikus biliárdjátszmában

A Rosetta-küldetés elsődleges célpontja, a Csurjumov-Geraszimenko-üstökös óriási sebességgel száguld a Naprendszer belső része felé. Így megközelítése csak többszöri gyorsítással, igen bonyolult útvonalon lehetséges - ez leginkább egy kozmikus biliárdjátszmára emlékeztet, amelyben egy apró pontatlanság is a várt találkozás elmaradását idézheti elő. A Mars mellett egyszer, a Föld mellett pedig már kétszer is kapott lendületet az úgynevezett gravitációs hintamanőverek során, s közben 2008-ban a Steins-kisbolygót is megközelítette.

Ám a gondosan megtervezett bolygóközi útvonal folytatásához még szükség volt egy végső nekirugaszkodásra, ismét bolygónk térségében, amire 2009. november 13-án, pénteken, közép-európai idő szerint reggel 8.45-kor került sor. A küldetés európai irányítóközpontjából megerősítették, hogy a manőver az előzetes tervek szerint történt és sikeres volt: a szerkezet nagyjából 2500 kilométeres távolságban haladt el bolygónk mellett (pályájának legközelebbi pontja Jáva térsége "felett" volt), s körülbelül 50 000 km/órás sebességre gyorsult fel, így délután 16.41-kor már el is száguld Holdunk mellett - az események részletes követéséhez a Rosetta angol nyelvű blogját javasoljuk.

A Rosetta-űrszonda tervezett haladási pályája a fontosabb események Naptól mért távolságával és időpontjával

A hintamanőver napjainkban már szinte rutinfeladat a bolygókutatásban, Bánfalvi Antal sem igazán aggódott a mostani esemény előtt: "Ez már a harmadik, eddig minden ment rendben, úgyhogy nem hiszem, hogy nagy kockázatot jelentene."

Landolás az üstökösmagon, "ablaktörlő" nélkül

A küldetés legizgalmasabb pillanatai 2014 novemberében várhatók, amikor a nagyjából mosógép méretű, háromlábú Philae-leszállóegység helyzetstabilizáló rendszerének önszabályozó fúvókáival megpróbál leereszkedni az üstökösmag teljesen ismeretlen felszínére - amihez a rendkívül kis gravitáció miatt majd egy szigonnyal (horgonnyal) rögzíti magát.

"Igazából éppen az a lényege az egésznek, hogy nem sokat tudunk az üstökösökről. Még az űrkutatók se nagyon tudják, hogy mi vár a leszállóegységre. Nagyon sokáig például azt sem tudták eldönteni, hogy a leszállás következtében az üstökösmag felületén lévő por - ha egyáltalán van - felkeveredik-e, s így eltakarja-e a napelemtáblákat vagy sem. Ezért kitaláltak egy ablaktörlőhöz hasonló rendszert, de a súlykorlát miatt végül lemondtak róla" - mondja Szimler András.

Leszállás az üskökösmag felszínére (illusztráció)

A kutatók szeretnék minél hosszabb időn keresztül megfigyelni a felszíni változásokat, például a gázkitörések gyakoriságát és összetételét, miközben az üstökös egyre közelebb ér a Naphoz. A Philae leszállásakor azonban, a Naptól mintegy 3 csillagászati egységnyire (a közepes Nap-Föld távolság háromszorosa) a felhasználható napenergia alig tizede a Föld közelében mérhető értéknek. Mivel a napelemek hatásfoka nem jobb 15%-nál, a bejövő energia nem lesz több 5-6 Watt-nál, ami talán egy PDA teljesítményéhez hasonlítható. Ebből kell működnie az egész leszállóegységnek, ráadásul az energia nagy része ekkor még fűtésre megy el. "Persze borzasztóan leszigetelik az egészet, de ahogy jövünk befelé, egyre melegebb lesz. Akkor már lesz napenergiánk, csak az a probléma, hogy a működésnél keletkezett hő mellett a külső hő is emelkedik, így akár túl is melegedhet a szerkezet. Erre kitalálták, hogy majd le fogják robbantani a külső hőszigetelést, de végül ez sem valósult meg" - magyarázzák a magyar szakemberek.

Masszív tápellátó rendszer

Hogy a leszállóegység milyen hosszú ideig működhet a felszínen, azt lehetetlen előre megmondani. Ezért a landolás után szinte azonnal megkezdi majd tudományos feladatainak végrehajtását, felvételeket közvetít a földi irányítóközpontba, és fúróberendezésével mintát vesz körülbelül 20 centiméteres mélységből, hogy közvetlen módszerekkel vizsgálhassa meg az apró égitest anyagát.

A felszíni vizsgálatok sikeres végrehajtása érdekében a leszállóegység tápellátó rendszerének folyamatosan és megbízható módon kell működnie a világűr zord környezetében: el kell viselnie a vákuumot, a magas sugárzási szintet, a rendkívül alacsony és később a rendkívül magas hőmérsékleti értékeket, valamint a küldetés során felmerülő mechanikai terheléseket is.
A szélsőséges működési feltételek figyelembe vétele mellett az űrkutató csoport szakemberei úgy alakították ki a rendszert, hogy abban az esetben is képes legyen ellátni minden funkcióját, ha bármely részében meghibásodás következne be - vagyis többszörös tartalékolást alkalmaztak, ami az űrkutatásban az egyik legfontosabb tervezési alapelvnek számít.

Magyar részvétel az európai üstökösvadász programban

A Rosetta-küldetés kiemelkedő jelentőségű Magyarország számára, mert az űrszonda elkészítésében több hazai űrkutató műhely is részt vállalt. A KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetének munkatársai meghatározó szerepet játszottak a keringőegység plazmaérzékelő műszerének és fedélzeti adatgyűjtő berendezésének, valamint a leszállóegység központi számítógépének elkészítésében. A felszínen dolgozó szerkezet egyik tudományos műszerét, a poranyag mennyiségét és fizikai tulajdonságait elemző detektort a KFKI Atomenergia Kutatóintézetének Űrdozimetriai Csoportja fejlesztette, energiakezelő alrendszerét pedig a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszékének Űrkutató Csoportja készítette. 2014 novemberében tehát egy jelentős részben magyar szerkezet próbál majd leszállni egy távoli üstökös felszínére, először az űrkutatás történetében.

Sik András