RADMAG: új megoldás az ESA-nak

RADMAG: űridőjárási célú hazai technológiafejlesztés
az Európai Űrügynökség számára

Zábori Balázs

Az űridőjárás a hétköznapokban

A 21. század elejére az emberiség eljutott oda, hogy gyakorlatilag nem létezik a Földön olyan tevékenységi terület, amely kisebb vagy nagyobb mértékben, közvetlenül vagy közvetve ne támaszkodna a különféle globális műholdas rendszerekre. Az ipari infrastruktúrák és az egész földi technikai civilizáció védelme érdekében így nem elegendő a közvetlenül földi eredetű veszélyekre, kockázatokra gondolnunk, hanem a világűrből közvetlenül vagy közvetve származó káros hatásokkal is számolnunk kell. A Föld körüli térség – a plazmakörnyezet és a kozmikus sugárzási tér összetétele, a földi magnetoszféra és a légkör – állapota jelentős mértékben függ a Nap időben nagymértékben változó és sokszor megjósolhatatlan aktivitásától. A Földről, esetenként a sztratoszférában repülő ballonok és repülőgépek fedélzetéről végzett megfigyelések, mérések mellett központi csillagunkat számos napszonda és műhold vizsgálja a nap 24 órájában, hogy minél részletesebb és valós idejű információnk legyen az aktuális állapotáról.

Meglehetősen összetett, mérési adatokon és csatolt matematikai modelleken alapuló előre jelző rendszerek szükségesek ahhoz, hogy a Napon megfigyelt változásokból a kutatók a Föld körüli térség rövid távú változásaira, valamint abból az űrbéli és a nagyobb földi infrastruktúrákra (nagyfeszültségű elektromos hálózatokra, olaj-, illetve gázvezeték-hálózatokra) gyakorolt hatásokra következtethessenek. E modellek validálásához, pontosításához elengedhetetlenek a folyamatos, a Föld körüli térség különböző pontjaiban végzett folyamatos mérések. E mérések segítségével különféle elektronikai alkatrészek és egységek közvetlenül a világűrben való sugárzásállósági vizsgálatára is lehetőség nyílik. A Földön rendszerint csak adott energiájú protonokkal vagy nehezebb töltött részecskékkel lehet ilyen teszteket végezni. Mivel nincs mód a valódi sugárzási tér reprodukálására, általában jelentős mérnöki tartalékokkal kell számolni.

Űridőjárás és az Európai Űrügynökség

Magyarország 2015-ben csatlakozott az Európai Űrügynökséghez (ESA), 2019 óta pedig az ESA űrbiztonsági önkéntes programjának is tagjai vagyunk, mely program egyik kiemelt területe az űridőjárás mérése és előrejelzése annak érdekében, hogy az európai kontinens önálló előre jelző és védőhálózatot üzemeltethessen (a jelenlegi hálózat nagyrészt amerikai műholdak méréseire támaszkodik). Az ESA kidolgozott egy hosszú távú, jövőbe mutató koncepciót annak érdekében, hogy a szükséges és jelenleg hiányzó, valós idejű űridőjárási méréseket megvalósíthassa. Gondoljunk csak a hagyományos időjárás-előrejelzés esetére, melyhez szintén számos ponton mérjük a Föld felszínén (és a világűrből) bolygónk meteorológiai paramétereit. Az űridőjárás előrejelzése hasonlóan történhet, azonban ehhez még több mérési pontot kell felvennünk a Nap és a Föld közötti térségben és a bolygónk környezetében egyaránt. Ez pedig meglehetősen költséges lenne, ugyan ki fizetne ennyi tudományos műholdért? Ezért vetődött fel az ESA részéről a „potyautas” koncepció, mely szerint használjunk fel minden szóba jövő ESA-műholdat, hogy egy megfelelően kis erőforrás-igényű, „potyautas” űridőjárási műszert elhelyezzünk rajta. Így, ha lassan is, idővel a bolygónk környezetében összegyűlnének a szükséges mérési pontok, és szolgáltatnák az adatokat az előre jelző hálózathoz. Azonban napjainkban nem léteznek olyan műszerek, melyek képesek megmérni az űridőjárási paramétereket az előírt pontossággal, miközben minimális az erőforrásigényük, és megfelelnek a kisműholdas, de akár a nagyműholdas adaptáció követelményeinek is. Az Energiatudományi Kutatóközpont (EK) Űrkutatási Laboratóriuma éppen egy ilyen koncepcióval és fejlesztéssel állt elő.

A RADMAG mérőműszer

A ESA űrbiztonsági programja keretében az EK Űrkutatási Laboratóriuma egy olyan új műszercsalád fejlesztésére vállalkozott (RADMAG), amellyel a kozmikus sugárzási tér összetételének, spektrumának mérésével párhuzamosan a mágneses tér változásait is nyomon lehet követni, sőt egyéb, külső műszerek koordinálására is alkalmas, így pedig lehetőség nyílik egy összetett, az űridőjárás-mérést megvalósító műszercsalád összeállítására, melyet az ESA modulárisan kezelhet az éppen aktuális küldetés igényeinek megfelelően. Az egyik legfontosabb szempont az volt, hogy a műszernek lehetőség szerint minimális legyen az erőforrás- és költségigénye, miközben megfelel akár a nagyműholdas adaptáció követelményeinek is, hogy minél több ESA-küldetésben repülhessen egyfajta „potyautasként” vagy akár a fedélzeti rendszer teljes jogú részeként. Végeredményben egy olyan műszer-koncepció született, amely a minimális konfigurációban akár egy mikroműholdszabványnak megfelelő, egy-másfél egységnyi térfogatba és tömegbe is beleférhet (egy mikroműholdegység 10 × 10 × 10 cm³ térfogatnak és 1,33 kg tömegnek felel meg), így a későbbiekben akár mikroműholdakból álló flottán és űridőjárási célú nagyműholdakon is használható lehet, vagyis a felhasználási köre a lehető legszélesebb.

A kozmikus sugárzás mérését egy nagy érzékenységű szilíciumdetektoros teleszkóp méri, melynek segítségével a beérkező protonok (1 MeV – 1 GeV), elektronok (100 keV – 8 MeV) és nehezebb töltött részecskék (100 MeV/n – 1 GeV/n) energiaspektrumát regisztráljuk, ezzel párhuzamosan pedig a sugárzás dózisát apró félvezető detektorokkal mérhetjük. A mágneses teret a tervek szerint háromtengelyű magnetométerek segítségével a műhold belsejében, valamint a műhold testétől egy méter távolságban, egy nyitható árbóc végén vizsgáljuk majd. További lehetséges külső, magyar fejlesztésű mérőegységek: Langmuir szonda az elektronsűrűség mérésére, SAS mérőműszer az elektromágneses tér mérésére.

Kitekintés

A RADMAG műszer fejlesztése jelenleg a mérnöki modell gyártási fázisában jár, melynek keretében egy mérnöki tesztmodell készülhet. Ezt alapos tesztelésnek vetjük alá az ESA űripari szabványának megfelelően. A tesztek között környezeti vizsgálatokat (vibrációs, termo-vákuum és elektromágneses kompatibilitás tesztek) és méréstechnikai ellenőrzéseket (besugárzásos tesztek nagyenergiás részecskegyorsítókban) végzünk. A RADMAG műszer első demonstrációs küldetésére 2021–2023 között kerülhet sor az ESA általános technológiafejlesztési programja keretében a RADCUBE háromegységes magyar CubeSat fedélzetén vagy az ESA űrbiztonsági programja keretében egy nagyobb műhold fedélzetén.