Budapest, Miskolc, Szombathely meg a távoli bolygók
Magyar radiátorok a CHEOPS űrtávcsövön
A CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) egy kisméretű műhold, amelynek célja exobolygók tranzitjának a mérése. A CHEOPS az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) első S osztályú (Small) küldetése. (A program 2012 októberében indult https://www.esa.int/About_Us/Ministerial_Council_2012/Small_missions.) A CHEOPS startját eredetileg 2017-re tervezték, azonban időközben 2019-re (december 18.) módosult. A küldetés felelős vezetője az ESA, a fővállalkozó pedig a Berni Egyetem (Universität Bern, UBE).
A küldetés elsődleges tudományos célja fényes csillagok körüli exobolygók csillaguk előtti átvonulásának mérése. A műhold különlegessége, hogy az égbolt szinte minden pontját képes vizsgálni. A CHEOPS megméri a földi spektroszkópos távcsövek által meghatározott tömegű bolygók átmérőjét, továbbá elvégzi az új generációs földi távcsövek által újonnan felfedezett bolygók átmérőjének pontosabb meghatározását. A CHEOPS lényegében egy közepes – 30 cm átmérőjű, 1,2 m hosszú – teleszkóp. Minden platformelőírás a távcső funkcionalitását és ultramagas fotometrikus pontosságának támogatását szolgálja.
Az Admatis Kft. kezdettől fogva részt vett a CHEOPS elkészítésében. Feladata volt a CHEOPS működtetéséhez két műholdradiátor kifejlesztése. A radiátor jelenti a műhold és a környezete közötti egyetlen hőleadó-hőfelvevő felületet. Ez nagy felelősséget jelent, hiszen a küldetés sikerének egyik kulcsa az eszköz hőháztartásának megfelelő szabályozhatósága. Biztosítani kellett a detektorfókuszsík (Focal Plane Array, FPA) és a regisztráló elektronika (Front End Electronics, FEE) hőstabilitását (+/–10 mK, illetve +/–50 mK) –55 és –10 Celsius-fok működési hőmérsékleteken. Az FPA- és FEE-radiátoroknak kell elvezetni az elektronikai eszközökön fejlődő hőt, miközben a műhold működési hőmérséklete a pályán elfoglalt pozíciójától függően –70 és +40 Celsius-fok között mozog. Az Admatisnak el kellett készíteni és le kellett szállítani a radiátorok STM (Structural and Thermal Model), PFM (Proto Flight Model) és a FM (Flight Model) példányait. A radiátorok koncepcionális tervvariációiból mutatunk be néhányat az 1. ábrán.
A szerkezeti és termikus tulajdonságok optimalizálása érdekében a tervezési folyamat leghosszabb része a radiátorok strukturális és termikus végeselemes analízise. A radiátorok alapanyaga célszerűen választott alumíniumötvözet, az elsődleges megmunkálási eljárás a CNC-marás. A radiátorok korrózióvédelmét és a festéshez-ragasztáshoz elengedhetetlen adhéziót környezetbarát, saját fejlesztésű kromát felületi réteg biztosítja (2. ábra). A megfelelő hőleadás segítésére a radiátorok sugárzó felülete további hőszabályozó bevonatot is kapott (optikai fehér festék vagy ún. Second Surface Mirror, SSM). A festékben lévő szerves szennyező- és illóanyagokat vákuumban „bake-out” eljárással távolítottuk el. Az alkatrészek ellenőrzésére mechanikai (3D mérés, rázóteszt, lásd 3. ábra) és termikus teszteket (hőciklálás vákuumban) alkalmaztunk (4. ábra). A tesztek megfelelő végrehajtása érdekében nagyszámú földi kiszolgálóegység (MGSE) is készült, melyeket szintén az Admatis tervezett.
Az alkatrészszintű tesztek után következett az összeszerelés, majd az instrumentumszintű tesztsorozat, ami több évig tartott, hiszen ilyenkor minden elképzelhető meghibásodási lehetőséget ki kell zárni.
Nem titok, hogy sokan reménykednek a Földhöz hasonló méretű, hőmérsékletű és atmoszférájú bolygók felfedezésében. Ha ilyet találnánk, joggal feltételezhetnénk a Földön kívüli élet létezését is. Ez új lendületet és programokat adhatna a jövő űrkutatásának.
Tudomány a CHEOPS mögött: Exobolygónak vagy extraszoláris bolygónak nevezzük az olyan bolygókat, amelyek más csillagok, csillagmaradványok vagy barna törpék körül keringenek. A CHEOPS műhold az exobolygókat ún. tranzit-fotometriával vizsgálja. A módszerrel jó közelítéssel meghatározható egy bolygó mérete. A módszer lényege, hogy amikor egy bolygó elhalad a csillaga előtt (tranzit), akkor a mért fénymennyiség kicsit lecsökken. A fénycsökkenés a csillag és a bolygó relatív méretétől függ. Ha ezt a módszert kombináljuk a csillagok radiális (látóirányú) sebességének változásait mérő módszerrel (amellyel a bolygó tömegét határozhatjuk meg), kiszámolható a bolygó sűrűsége, amiből következtetni tudunk a szerkezetére. A tranzitos módszerrel a bolygók atmoszféráját is vizsgálhatjuk.
A témáról részletesebb információk találhatók az Admatis Kft. honlapján: http://www.admatis.com
Kovács Zsolt, Bárczy Pál
Admatis Kft.
Rendteremtés az exobolygók világában
Az elmúlt évtizedben több ezer, a mi Naprendszerünkön kívüli, azaz távoli csillagok körül keringő bolygót, úgynevezett exobolygót fedeztek fel a csillagászok – többségüket űrtávcsövek segítségével. A felfedezés azonban csak az első lépés a megismerésükben, ezen túlmenően kíváncsiak vagyunk fizikai tulajdonságaikra, legfőbbképpen arra, van-e légkörük, és ha igen, milyen kémiai összetételű. Ezután lesz lehetséges tulajdonságaik alapján rendszerezni, csoportosítani az idegen bolygókat, és esetleg felderíteni keletkezésük és fejlődésük közös vonásait.
E kérdések tisztázása az Európai Űrügynökség (ESA) ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) űrszondájának tudományos célja. Az ARIEL mintegy 1000 exobolygót fog részletesen megvizsgálni, elsősorban a csillagukhoz közel keringő meleg, sőt forró (300 °C-nál melegebb) égitesteket. A vizsgálandó minta nagysága már lehetővé teszi a statisztikai következtetéseket. Célpontként olyan bolygókat választanak, amelyek sokféle méretű, hőmérsékletű és színképtípusú csillag körül keringenek, így esetleg sikerülhet összefüggéseket találni a csillagok és bolygóik jellemzői között. Az 1000 bolygó mindegyike a Földről (illetve az űrszondáról) nézve szabályos időközönként elhalad csillaga korongja előtt, ilyenkor a csillag fénye keresztülvilágít a bolygó légkörén (ha van), lehetővé téve, hogy színképi vizsgálatokkal a légkör összetételét is megállapítsák.
A csillagászok három alapvető kérdésre keresik a választ. Miből állnak az exobolygók? Hogyan keletkeznek a bolygók és bolygórendszerek? Hogyan fejlődnek időben a bolygók és légkörük? A kérdések megválaszolásához a bolygólégkörök összetételén kívül lehetőség szerint vizsgálni fogják a légkörök struktúráját, energiaháztartását, napi és évszakos változását, termokémiai és fotokémiai folyamatait, illetve a csillag és a bolygó környezetének hatását a bolygók tulajdonságaira.
Az űrtávcső lelke a világűrben közepes méretűnek számító, különleges technikai megoldású, ferde tengelyű Cassegrain-távcső lesz, amelynek elliptikus főtükre 1,1 × 0,7 méter átmérőjű lesz. Főműszere az 55 K (–218 °C) hőmérsékleten, az 1,95–7,80 μm hullámhossz-tartományban dolgozó, közepes felbontású, infravörös spektrométer (AIRS), melynek egyik detektorcsatornáját még alacsonyabb hőmérsékletre (42 K) hűtik. A színképi észleléseket fényességmérésekkel is kiegészítik, amihez a távcső irányzását biztosító érzékelőket is felhasználják.
Az űrtávcsövet a Földtől a Nappal ellentétes irányban mintegy 1,5 millió kilométerre lévő Lagrange-pont (L2) körüli pályára állítják, a fél évig tartó beszabályozás után a tényleges tudományos megfigyelések időtartamát 3,5 évre tervezik, ami megfelelő működés esetén további 2 évvel meghosszabbítható.
Az 1,3 tonna tömegű ARIEL-t a tervek szerint 2028-ban az ESA ma még csak készülő, de addigra már nem is olyan új Ariane–6 hordozórakétájával tervezik pályára állítani. Útitársa a Comet Interceptor nevű, szintén az L2 Lagrange-pont felé tartó, üstököskutató űrszonda lesz. A két űreszközben nemcsak a hordozórakétájuk közös, hanem az is, hogy mindkettőnek az elkészítésében magyar mérnökök is részt vesznek.
Az ARIEL-t 17 ország 50 vállalata építi, a munkában a miskolci Admatis Kft. is részt vesz. Az Admatis az űrtávcső egyik legkritikusabb része, a passzív hűtő és hőmérséklet-stabilizáló rendszer építésébe a szonda hűtőradiátorának és több hővezető szalagjának elkészítésével kapcsolódik be. Emellett az Admatis feladata lesz több földi kiszolgáló eszköz, például a szállító konténer, és különféle emelő szerkezetek tervezése és gyártása.
Az ARIEL tudományos munkája szorosan kapcsolódik a CHEOPS, a Gaia, a PLATO, a TESS és a James Webb-űrtávcső észleléseihez, de azokkal ellentétben először végez spektroszkópiai exobolygó-megfigyeléseket.
Források:
