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.

2, ábra: CHEOPS radiátorok a kromátozófürdőben (Admatis Kft.).

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.

3. ábra: Vibrációs teszt (Admatis Kft.).

Az alkatrészszintű tesztek után következett az összeszerelés, majd az instrumentumszintű tesztsorozat, ami több évig tartott, hiszen ilyenkor minden elképzelhető meghibásodási lehetőséget ki kell zárni.

4. ábra: CHEOPS radiátorok és teszt lapkák a TVC (Thermal Vacuum Chamber) kamrában (Admatis Kft.).

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: