2012. aug 01.

10. Cassini-Huygens II. - A berendezés

írta: _Maverick
10. Cassini-Huygens II. - A berendezés

Adjatok egy szilárd pontot, hol lábamat megvethetem és kimozdítom helyéből a Földet.”

-Arkhimédész-

logo.jpgAz első bevezető cikk után ma egy kicsit közelebbről vesszük szemügyre a Cassini-Huygens küldetés szondáját, bemutatván néhány általánosan használt berendezést és technikai megoldást. Azért is időszerű mindez, mert ezen a héten az űrben ragadunk, lévén hétfő hajnalban minden idők legkomplikáltabb – és legelképesztőbb – leszállási manővere keretében az eddigi legnagyobb rover teszi le kerekeit a Mars felszínére. Utóbbiról a hét valamelyik hátralevő napján lesz szó, most vigyázó szemeinket a Szaturnusz felé irányítjuk!

Azt gondolhatjuk, hogy a végtelen űrben viszonylag könnyű dolgunk van, ha már sikerül a helyes irányba elindítani egy szondát, hiszen ha ráállítottuk a kiszámított pályagörbére, onnantól semmi el nem térítheti céljától. Ez nagyjából igaz is, de miként a Föld is forog tengelye körül, nem csak kering a Nap körül, úgy az űrszonda is végez más jellegű mozgásokat. Ez az elvégzendő tudományos feladatok és a kommunikáció miatt egy megoldandó probléma elé állítja a fejlesztőket, hiszen mindennemű helyzetváltoztató mozgás ellenére a távközlési antennáknak mindig a megfelelő irányba kell állniuk, miként bizonyos műszereknek is. Az űrszondát ezért stabilizálni kell, ami nem könnyű feladat, hiszen az arkhimédeszi szilárd pont nem áll rendelkezésre sem a világ kifordítására, sem az űrszonda rögzítésére. Azt is mondhatjuk, hogy az űrszonda csak „magára támaszkodhat” a szó legszorosabb értelmében. A Cassini esetében egyébként a maga nemében hatalmas berendezésről beszélhetünk 2,4 tonnás súlyával (üzemanyaggal együtt 5,6 tonna kilövéskor), 6,8 méteres magasságával és 4 méteres szélességével.

DI172G1.jpgJellemzően két megoldást lehet alkalmazni: az első a forgással történő stabilizálás. Lényegében a bolygók, holdak, egyéb égitestek lemásolásával a szonda folyamatosan forog saját tengelye körül, mely ellenállóvá teszi a kis zavaró hatásokkal szemben. Ez a legegyszerűbb megoldás, mely azonban értelemszerűen lehetetlenné teszi a napelemek alkalmazását, így viszonylag sok energia tárolására van szükség a szükségszerűen hengeres alakú műszer életben tartásához. Ezen felül gondoskodni kell az antennák forgásának kompenzációjáról, hogy azok mindig visszanézzenek a Földre. A forgási sebességben történő apró változásokat apró fúvókákkal lehet helyreállítani minimális üzemanyagfelhasználással.

400px-Cassini-Huygens_is_installed_to_the_payload_adapter.jpg

A másik megoldás technikailag bravúrosabb, de sokkal kényelmesebbé és egyszerűbbé – vagy egyáltalán lehetségessé – teszi a tudományos munkát végző műszerek dolgát. A szondát 3 tengely mentén stabilizálják, tulajdonképpen a 3, egymásra merőleges tengely körüli forgását együttesen akadályozzák meg, vagy tartják a kívánt értéken. Ezt megtehetik apró fúvókák rendszerével, de nem ez a bevett eljárás, mert a hajtóművek által kibocsátott anyag sok esetben zavaró lehet a szenzorok számára (pl: Hubble űrteleszkóp, senki nem akar kibocsátott port fényképezni egy több milliárdos eszközzel). Helyette lendkerekeket alkalmaznak, melyek felpörgetésével vagy lassításával a szonda impulzusmomentuma a kívánt értéken tartható. Leegyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy a nem kívánt „forgásmennyiséget” átadjuk a kerekeknek a szonda törzséről.

RTG.jpgA Cassini esetében az utóbbi megoldást választották. Meg van tehát az irány, de kell még energia (az eszközön 1630 különböző elektromos berendezés, 22000 csatlakoztatás és 14 km vezetékelés található). A Szaturnusz távolságában a Nap már csak egy halványan pislákoló labdacs az égen a földi körülményekhez képest, így a napelem nem járható út. Helyette az életet adó Joule-okat RTG (radioizotrópos termoelektromos generátor) egységek szolgáltatják. A roppant hangzatos név mögött egy tulajdonképpen egyszerű elveken alapuló eszköz rejlik. Üzemanyagként radioaktív izotópokat használ, melyek természetes módon bomlásnak indulnak. A bomlás hőt termel, amelyet elektromos árammá alakítanak. Ehhez a Seebeck-effektust hívják segítségül, amely szerencsére általános érvényű fizikai törvényként mindenütt rendelkezésre áll. Lényege, hogy ha két különböző anyagú fémlapot összekötünk egy elektromos áramkörben, és az egyiket melegen a másikat hidegen tartjuk, akkor a körben áram indul (ahogy nagy melegben az emberek megindulnak a hűvösebb strand felé, hogy egy semmilyen szempontból sem korrekt analógiával éljünk). A fedélzeten 3 RTG található, melyek együtt 6-800 watt energiát szolgáltatnak. Érdemes ezen a ponton elgondolkozni kicsit, és ránézni a lakberendezési tárgyainkra. Ez az energiamennyiség egy átlagos konyhagépet éppen csak életben tartana, ha minden más ki van kapcsolva. Ennek fényében elég figyelemreméltó teljesítményt villamosmérnöki szempontból, hogy a szonda eljut a Szaturnuszig és ott évtizedeken át működőképes marad... Utóbbi miatt a megbízhatóság kulcskérdés, mert viszonylag nehéz lenne akkumulátort cserélni. Az RTG hatalmas pozitívuma, hogy nem rendelkezik mozgó alkatrésszel, jelentősen redukálva a hibalehetőségek számát (nézzük meg, hogy hányszor romlik el egy kapa, és hányszor rotációs társa). Persze mondanunk sem kell, hogy a fedélzetre rakott hasadóanyag miatt élénk tiltakozások folytak annak idején a kilövést megelőzendő időkben.

59916main_8_1.jpgMire használják az előállított elektromos áramot? Temérdek különböző mérőműszer üzemeltetésére. A fedélzeten rengeteg különböző spektroszkóp, fényképező, por analizáló, stb. berendezés található, melyek részletes taglalásától itt eltekintenénk, hiszen nagyszerű leírások találhatóak róluk máshol, köztük a küldetés hivatalos honlapján. Egy dolgot kell még mindenképpen kiemelnünk: a Huygens szondát, melyet a Titánt 1655-ben felfedező holland csillagász tiszteletére neveztek el. Nem véletlenül esett rá a választás, hiszen a Huygens küldetése nem más volt, mint a Titán felszínén való landolás. Itt is érdemes egy pillanatra belegondolni, micsoda teljesítményről beszélünk: 7 év út után a Cassini a Szaturnusz körül áll pályára, és innen bocsát le szondát egy távoli holdra, először a történelem során. Mindezt lényegében automatikusan, hiszen a kommunikáció a nagy távolság miatt csak nagy késéssel lehetséges. A 319 kilós berendezést az Európai Űrügynökség fejlesztette és 7 év utazás után 2004 decemberében vált le „anyahajójáról”, hogy megkezdje 22 napos útját a misztikus Titán felé.

Hogy mit talált? Arról legközelebb lesz szó.  

Források

Wikipedia

NASA Mission Pages

US Department of Energy

US Centennial of Flight Comission

Szólj hozzá

energia fókuszpont Cassini-Huygens ESA Szaturnusz Titán RTG űrmissziók