Oktatás az űrkutatásban

Az elmúlt évszázadban az emberiség a technológiai fejlődésnek köszönhetően meghódította bolygónk utolsó érintetlen vidékeit is, miközben mindennapi életünk alapvetően átalakult egy új, technikai civilizáció születésének köszönhetően. A felfedezésre váró határok kitágultak, és immáron a jövőbe tekintünk, ami a világűr meghódítása! Az űrkutatás azonban egészen idegen világba kalauzol el bennünket, ahol a hétköznapokban megszokott megoldások, módszerek és technológia nem elegendő. Az ehhez szükséges tudás elsajátítása különleges oktatási programokat igényel, amelyek a legtöbb európai egyetemen nem érhetők el, hiszen egy-egy űrkutatási gyakorlati kurzus vagy éppen laboratórium felszerelése nagyon költséges vállalkozás. Ennek eredményeképpen hiány mutatkozik a területen képzett szakemberekből, miközben az űrkutatás egyre komolyabb szerephez jut az innovációban és az iparban is. Ezt a hiányt igyekszik az Európai Űrügynökség a saját oktatási programjaival kitölteni, melyek során a valós időben zajló űrkutatási programokba vonja be a tagállamok egyetemeinek legtehetségesebb hallgatóit, hogy fokozatosan és testközelből ismerkedhessenek meg az űrkutatás tudományával. Ezáltal pedig kinevelik a jövő űrkutató mérnök és tudós generációját, akik majd folytatják azt a munkát, amelyet történelmi léptékben mérve éppen csak elkezdtünk.

Az Európai Űrügynökség számos oktatási programot hirdet meg minden évben az általános iskolás korosztálytól kezdve az egyetemistákig, doktorandusz hallgatókig. A legfiatalabb generációk számára ezek a programok inkább csak az érdeklődés felkeltésére irányulnak, az igazi űrkutatásban való részvétel az egyetemisták előtt nyílik meg. A programokban való részvétel minden esetben többlépcsős pályázattal indul, amelyet egy szakértőkből álló bizottság bírál el, és a legtöbb esetben hallgatókból álló csapatok jelentkezését várják el egy közös kísérlet, tudományos cél megvalósítása érdekében. Ennek keretében meg kell tanulniuk a legfontosabbat: mérnöki csapatban közösen kell tudjanak együttműködni és dolgozni, hiszen szükség van fizikusra, mérnökre, informatikusra, sőt még projektmenedzserre is egy sikeres projekt lebonyolításához. A kiválasztott csapatoknak pedig pontosan úgy kell végezni a munkájukat, úgy kell mindent dokumentálniuk, úgy kell a követelményeknek megfelelniük, ahogyan az egy hivatalos űrkutatási programban is zajlik, így tanulhatják meg a legjobban, miként zajlik az űrkutatás tevékenysége a valóságban.

Az Európai Űrügynökség
oktatási programjainak rövid áttekintése

Érdemes röviden megemlíteni, milyen űrkutatási célú oktatási programokra van lehetőségük a magyar egyetemistáknak a jövőben pályázni. A kísérletépítési programoknak számos változata érhető el, amelyek esetében egy releváns kísérleti elképzeléssel kell előállni, amely tudományos szempontból is megállja a helyét, és a diákoknak kell megvalósítaniuk. Ilyen lehetőség a „Drop your thesis!”, ahol a németországi Brémában található közel 120 méter magas ejtőtoronyból ejtenek le egy kapszulában kísérleteket, a zuhanás során pedig mikrogravitációs kísérletek elvégzésére van lehetőség. Ehhez nagyon hasonló program a „Fly your thesis!”, ahol egy különlegesen, erre a célra átalakított A300 ZERO-G repülőgéppel van lehetőség parabolapályán repüléseket végezni. Ez annyit jelent, hogy a repülőgép meredeken felfelé, majd lefelé repül egy parabolát követve, mely során aránylag hosszabb időre szintén közel mikrogravitációs környezet alakul ki. Mindezek ellentéte a „Spin your thesis!” program, ahol a Hollandiában található európai technológiai és tesztközpontban végezhetőek nagy gravitációs kísérletek egy hatalmas centrifugaberendezés segítségével, amely a földi gravitáció sokszorosát képes előállítani. Külön említést érdemel az egyetlen műholdépítési diákprogram, az ESEO (European Student Earth Orbiter). Ebben az esetben a műhold egyes alrendszereinek az építésébe folyhatnak bele a diákok, az egész programot pedig egy olasz űripari cég, az ALMASpace fogja össze és koordinálja. A magyar részvétel igencsak jelentős, hiszen a műhold tudományos műszerei és energiaellátó rendszerének fejlesztésében is részt vesznek a magyar fiatalok. Jelenleg éppen elkezdődött a műhold első, tesztelési célokra szánt verziójának építése a jóváhagyott, végleges tervek alapján. Várhatóan 2016 során kerül felbocsátásra mintegy 500–600 km-es pályamagasságba. A tervezett működési ideje minimálisan fél év lesz, ami azonban további két évvel kiterjeszthető (1. kép).

1. kép • Az ESEO diákműhold fantáziaképe

(Forrás: ALMASpace/ESA)

Magyar részvétel a REXUS/BEXUS
rakéta- és ballonkísérletekben

A legsikeresebb és legnépszerűbb kísérletépítési program a REXUS/BEXUS, amely rövidítés angolul rakéta- és ballonkísérleteket jelent egyetemista diákok számára, s keretében BEXUS sztratoszférikus kutatóballonok és REXUS ballisztikus geofizikai rakéták fedélzetére lehetséges kísérleteket adaptálni. A program svéd-német együttműködésben valósul meg, az Európai Űrügynökség támogatásával. A BEXUS ballonok mintegy 30 km-es magasságig emelkednek, ahol 4–8 órát töltenek el. Ebbe a magasságba a legkorszerűbb repülőgépek sem képesek eljutni (az utasszállító repülőgépek utazási magassága mintegy 10 km), így a régió kutatása szinte csak ballonok segítségével történhet. A REXUS rakéták tulajdonképpen továbbfejlesztett Orion rakétatechnológiát alkalmaznak, mely hajtómű közel 95 kg hasznos terhet képes megközelítőleg 90 km magasságba juttatni. Egy ilyen repülés teljes időtartama nagyjából öt perc. A felbocsátásokra minden évben az Észak-Svédországban található ESRANGE-űrbázison kerül sor, amely a sarkkörön túl fekszik, és Európa legaktívabban működő, ilyen jellegű felbocsátásokra képes űrbázisa (2. kép).

2. kép • BEXUS ballon felbocsátása

(Forrás: ESA)

Hazánk részvétele a REXUS/BEXUS-felbocsátásokban kiemelkedő, nem csupán a puszta számát tekintve (az összes részt vevő diák 6%-a magyar [Callens, 2013]), hanem az eredmények tekintetében is. Habár csupán idén leszünk az Európai Űrügynökség hivatalos tagállama, mégis együttműködési megállapodás keretében 2011 óta töretlenül van hazai résztvevő a programban. Elsőként a CoCoRAD csapat nyerte el a részvétel jogát a Műegyetemről az MTA Energiatudományi Kutatóközpont (MTA EK) és a

Magyar Űrkutatási Iroda (MŰI) támogatásával (Zábori, 2012). A kísérlet célja a kozmikus sugárzás monitorozása volt a magasság függvényében, amelyhez az MTA EK-ban kifejlesztett TRITEL  szilíciumdetektoros mérőrendszert (Pázmándi, 2006) és a szintén itt készült Pille termolumineszcens kristályon alapuló, passzív mérőrendszert használták fel (Fehér, 1981). A Pille jelenleg is a Nemzetközi Űrállomás kiszolgálórendszerének része, feladata az űrhajósok kozmikus sugárzásból származó dózisának vizsgálata, ellenőrzése. A kísérlet nagy sikerrel zárult, az eredményekre támaszkodva a TRITEL a rákövetkező évben felkerülhetett a Nemzetközi Űrállomásra, ahol azóta számos alkalommal mérést végezhetett. A technológiát kicsit továbbfejlesztve, további műszerekkel kibővítve (például a semleges töltésű neutronok mérésére alkalmas nyomdetektorokkal) a kísérlet TECHDOSE néven a rákövetkező évben ismét bejutott a programba, és újra repülhetett egy BEXUS-ballon fedélzetén (Zábori, 2013a). A mért kozmikus sugárzási adatok tudományos szempontból kiemelkedően izgalmasnak bizonyultak (Zábori, 2013b), mivel a sugárzási tér számos, ebben a magasságban jellemző, eddig kevéssé vizsgált tulajdonságára mutattak rá. Az eredmények publikálása jelenleg folyamatban van. 2012-ben a BioDos csapat is elnyerte hazánkból a részvétel jogát a Műegyetemi Űrkutató Csoport és a Semmelweis Egyetem támogatásával. Kísérletükben az ibolyántúli sugárzás biológiai mintákra gyakorolt hatásait vizsgálták folyamatosan, a repülés teljes időtartama alatt (Grósz, 2013). Az eredményeik között azonban találtak ellentmondásokat is, amelyek a mérési módszer esetleges hibáira utaltak, így átgondolva és változtatva az eredeti elképzelésen 2013-ban ismét lehetőséget kaptak a repülésre, immár Daemon néven. A változtatásoknak köszönhetően lényegesen részletesebb eredményeket kaptak, azonban a mérési koncepciót illetően számos kérdőjel a második repülés után is megmaradt. 2013-ban első magyar résztvevőként a Gekko csapat jutott be a Műegyetemről a REXUS-rakétaprogramba a Műegyetemi Űrkutató Csoport gondozásában. A kísérlet célja a rakéta repülése során mérhető ionok mobilitásának vizsgálata volt. Sajnos a felbocsátás pillanatában elveszett a kísérlettel a kommunikációs kapcsolat, ami a mechanikai tervezésben elkövetett hiba által okozott rövidzárlat miatt következett be, így a kísérlet a repülés során nem működött (Váradi, 2013). A CoCoRAD és TECHDOSE első magyar BEXUS-kísérletek sikerén felbuzdulva egy újabb műegyetemi magyar diákcsapat szerveződött REM-RED néven ismét az MTA EK tudományos és technológiai támogatásában (3. kép). A kísérleti

3. kép • A REXUS–17 rakéta fedélzetén

a REM-RED-kísérlettel (Forrás: ESA)

elképzelés a kozmikus sugárzási tér további vizsgálatára irányult egészen a REXUS rakéták maximális, 90 km-es pályamagasságáig, ezáltal mintegy kiegészítve az első magyar BEXUS-repülések során nyert adatsorokat. A REM-RED-kísérlet 2015 tavaszán repülhetett, és a programban egyedülállóként teljesen hibátlanul működött, minden technológiai paramétere az előre várt tartományban volt, és az összes adat veszteség nélkül beérkezett. Az eredményről az ESA szakértői is elismerően nyilatkoztak (4. kép). Az adatok értelmezése és

4. kép • REXUS rakéta felbocsátása

(Forrás: ESA)

összehasonlítása a BEXUS-eredményekkel jelenleg is folyik, azt azonban már most sikerült megállapítani, hogy első alkalommal szolgáltatott információt a sugárzási tér eddig részleteiben nem tanulmányozott irányfüggéséről. Az eredmények különlegességét fokozza, hogy a repülésre az elmúlt tíz év legerősebb geomágneses vihara idején került sor, amely számos napkitörés következményeként alakult ki, és ezáltal elsőként szolgáltatott adatokat a sugárzási térről mágneses vihar idején ebben a magasságban. Ennek köszönhetően a kísérlet jelentős mértékben hozzájárul az űridőjárás mindennapi életünkre gyakorolt hatásainak jobb megértéséhez. Az eredmények részletes publikálására egy nívós nemzetközi geofizikai folyóiratban kerül majd sor a nyár folyamán (5. kép).
 

5. kép • Földünk megközelítőleg 25 km magasságból a BEXUS–14 fedélzetéről

(Forrás: TECHDOSE)

A szerző köszönetét fejezi ki mindazok munkájáért, akik nélkül a cikk nem valósulhatott volna meg. Elsősorban azon hallgatóknak, akik a felsorolt projektekben a csapatok tagjaiként munkájukkal hozzájárultak a sikerekhez, és mindazon támogató intézményeknek és egyetemeknek, melyek folyamatos segítséget, tudományos és technikai hátteret biztosítottak. Külön köszönet illeti a Magyar Űrkutatási Irodát, amelynek a támogatása nélkül a hazai diákok elképzelései nem valósulhattak volna meg. Továbbá a szerző külön köszönetét fejezi ki az Európai Űrügynökség szakértőinek és az Oktatási Iroda mindazon munkatársainak, akik a munkájukkal, tanácsaikkal folyamatosan segítik a hazai diákok részvételét, és a jelen cikk megszületéséhez is számos anyaggal járultak hozzá.
 

Kulcsszavak: REXUS/BEXUS-program, Európai Űrügynökség, rakéta- és ballonkísérletek, magyar egyetemista diákok
 

IRODALOM

Callens, Natacha et al. (2013): REXUS/BEXUS Rocket and Balloon Experiments for University Students. ESA Special Publication, SP-721, 561–568.

Fehér István et al. (1981): A New Thermoluminescent Dosimeter System for Space Research. Advanced Space Research. 1, 61–66. DOI:10.1016/0273-1177(81)90244-1

Grósz Veronika (2013): BioDos – Egyetemi hallgatók asztrobiológiai kísérlete sztratoszférikus ballon platformon. ISSN 1788-7771, 31–35.

Pázmándi Tamás et al. (2006): Space Dosimetry with the Application of a 3D Silicon Detector Telescope: Response Function and Inverse Algorithm. Radiation Protection Dosimetry. 120, 401–404. DOI: 10.1093/rpd/nci539

Váradi Zsolt et al. (2013): Rocket-borne experiment for the measurement of the variation in electric conductivity with altitude (Gekko experiment – REXUS14), ESA Special Publication, SP-721, 519–525.

Zábori Balázs (2012): CoCoRAD kísérlet az Európai Űrügynökség BEXUS programjában. (Űrtan Évkönyv 2010–2011) 41–51. • WEBCÍM

Zábori Balázs (2013a): Ballon technológiai platform fejlesztése a kozmikus sugárzás monitorozására az Európai Űrügynökség BEXUS programja keretében. (Űrtan Évkönyv 2012) 24–30. • WEBCÍM

Zábori Balázs et al. (2013b): CoCoRAD an TECHDOSE Cosmic Radiation Experiments on Board BEXUS Stratospheric Research Balloons, ESA Special Publication, SP-721, 315–319.