A MaSat-1 pikoműhold fejlesztése 2007-ben kezdődött a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Karán. A munkában az Elektronikus Eszközök Tanszéke és a Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék oktatói koordinálásával főként hallgatókból és mérnökökből álló mérnök csapat vett részt. A megvalósítást a Magyar Űrkutatási Iroda mellett magyar és külföldi ipari cégek, vállalatok segítették. A fejlesztés során az elkészült műszaki berendezésen kívül (műhold), nem csak kézzel fogható termékek keletkeztek. Ilyen például a szakmai együttműködés során kialakult jó kapcsolat az egyetem és az ipari tervezőirodák, gyártással foglalkozó cégek és a Központi Fizikai Kutató Intézet között. Ezzel párhuzamosan a BME-n megjelentek az űrkutatással kapcsolatos újabb, szabadon választható tantárgyak, amik nagy érdeklődésre tartanak számot a mérnökhallgatók körében.

Célkitűzések

A projekt legelején megfogalmazott célkitűzések arra összpontosultak, hogy bebizonyítsuk és igazoljuk, hogy Magyarországon belül is képesek vagyunk a rendelkezésre álló eszközök (tudásbázis, infrastruktúra, szakmai felkészültség) felhasználásával megtervezni és elkészíteni egy űreszközt, ami minden alapfunkciót megvalósít, ami egy modern űreszköztől elvárható. Az elektromos tervezést és kivitelezést villamosmérnök és informatikushallgatók végezték, a gépészeti tervezésben a CADTerv Mérnöki Kft. vállalt óriási szerepet. Az első, és talán legfontosabb célkitűzés, ami meg is valósult, hogy a műholdat itthon tervezzük meg, itthon kerüljön legyártásra a hazai kapacitást kihasználva és a tesztelése is országhatárunkon belül menjen végbe. Vagyis megtudjuk, képesek vagyunk-e egy ilyen volumenű, vagy akár nagyobb léptékű űreszköz elkészítésére saját erőből. Ehhez kapcsolódott a műhold vezérlésére és vételére alkalmas földi vevő és vezérlő állomás elkészítése is. Az állomás építése folyamatos, az első sikeres tesztek elvégzésében a magyar származású Charles Simonyi űrturista is felajánlotta segítségét, amikor a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén tartózkodott.

A projekt sikerének mérésére különböző szinteket definiáltunk és ezekhez elérendő célokat rendeltünk:

- Minimális siker: Repülő példány elkészítése és kvalifikálás egy hordozórakétára. A földi állomás megbízhatóan működjön 24 órában a hét 7 napján

- Közepes siker: A műhold telemetriai jeleinek vétele, dekódolása; a műhold vezérlése földi állomásról

- Teljes siker: Fél-aktív mágneses szabályozás működésének igazolása

A MaSat-1 kvalifikációs tesztjei a 2010-es nyár végére fejeződtek be. Azaz a kezünk közül kikerült egy olyan űreszköz, ami feltehető teljes nyugalommal egy hordozórakétára. Ugyanis felbocsátás körülményeihez képest kétszer szigorúbb teszteknek kellett alávetni, a repülő példánnyal teljesen egyező kvalifikációs modellt. A tesztek között vibrációs (rázópados), termikus és vákuumkamrás mérések voltak. A közepes siker elérésére 2010. decembere után lesz lehetőségünk, mikor is megtörténik a pályára állítás egy indiai PSLV rakéta segítségével 800km magasságú napszinkron pályára. A teljes siker eléréséhez pedig igazolnunk kell, hogy az általunk tervezett elektromágneses stabilizáló rendszer segítségével a MaSat-1 műhold mozgásparaméterei mérhetők és módosíthatók. Vagyis a műhold nem magatehetetlenül "bukdácsol" a pályáján, hanem az általunk meghatározott irányba néz, és meghatározott sebességgel pörög az egyik saját tengelye körül, hogy a hőháztartása kiegyensúlyozott legyen. A cél, hogy egyenletesen tudjuk tartani a fedélzeti elektronika hőmérsékletét.

CubeSat műholdak

1999-ben létrehoztak egy olyan szabványt, ami elősegíti, hogy az egyre jobban elterjedő oktatási célú pikoműholdak egységes interfésszel rendelkezzenek. Így a felbocsátó cégek egységesen tudják kezelni a műholdakat, a definiált méret és tömeg korlátok pedig leegyszerűsítik, felgyorsítják a fejlesztés menetét és csökkentik a fejlesztési költségeket. A szabvány csak a fő fizikai paramétereket rögzíti, azaz 10x10x10 cm él hosszúságú kocka alakú lehet egy 1U-s CubeSat. Tömegét tekintve kezdetben 1kg-ban volt maximálva, 2010 óta pedig ez 1,33kg lett. A tömeg és dimenzió korlátok miatt a felbocsátásra szolgáló rakéta adapter (POD) is szabványosított lett. A MaSat-1 egy 1 egység nagyságú CubeSat, azaz 1 Unit-os. A felbocsájtás során egy 3U nagyságú ISIPOD-ban kerül majd fel a világűrbe további két műholddal együtt.

Műszaki paraméterek

A MaSat-1 öt fő rendszerből tevődik össze, amik közül az alaprendszerek redundánsak, a kísérleti stabilizáló rendszer pedig nem tartalékolt. A fő egységek:

- Energiaellátó rendszer (Electrical Power System, EPS): Ez az alrendszer felel azért, hogy műholdon mindig legyen kellő mennyiségű energia a berendezések üzemeltetésére. Az elsődleges energiaforrás a műhold felületén elhelyezett űrminősített napelem. Földárnyék esetén pedig Li-Ion akkumulátor szolgáltatja az energiát. Az alrendszer feladata a két energiaforrás kezelése, védelme, továbbá az energia szétosztása.

- Fedélzeti számítógép (On-Board Computer, OBC): Egy olyan beágyazott mikroszámítógép, ami a műhold működését koordinálja. Képes az egyes alegységeknek parancsokat adni, azokat működésbe hozni, a fedélzeten mért adatokat tárolni és minden adat mellé egy időbélyeget is készít, hogy tudjuk mikor keletkeztek a mérési adatok. A számítógép felel ezen kívül még a földről érkező parancsok dekódolásáért és végrehajtásáért, illetve a műholdon keletkezett telemetria adatok rendszerezéséért a földre történő lesugárzás megelőzöen.

- Kommunikációs rendszer (Communication System, COM): A rendszer feladata, hogy a műholdon keletkezett digitális adatokat rádiófrekvenciás jelekké alakítva az antennán keresztül kisugározza, a földi állomás számára. A visszafelé kommunikáció is természetes biztosított ezen a rendszeren keresztül, azaz a rádión kapott jeleket digitális formában szolgáltatja a számítógépnek, ami ezeket fogadja értelmezi és végrehajtja. A műhold rádióamatőr sávban ad. A vételhez szükséges berendezés nem túl bonyolult, így a rádióamatőrök az egész világon képesek lesznek venni a MaSat-1 telelmetria adását.

- Adatgyűjtő alrendszer (Housekeeping subsystem, HK): Több mikroszámítógép került elhelyezésre, amik azért felelősek, hogy a műhold működési és környezeti paramétereit megmérjék. A mérési eredményeket pedig folyamatosan szolgáltassa a fedélzeti számítógép részére. A rendszer különlegessége, hogy nem csak aktuális értéket tud szolgáltatni, hanem képes hosszabb idejű mérések elvégzésére, a mérési eredmények tárolására tömörített adatfolyam formájában. Így annak ellenére, hogy korlátozott ideig látjuk csak a műholdat Magyarországról, viszonylag hosszabb mérések eredményeit, trendeket is képesek leszünk összegyűjteni. Ilyen funkció talán először kerül alkalmazásra hasonló méretű műholdon.

- Pálya és orientációt meghatározó és szabályozó rendszer (Attitude Determination and Control System, ADCS): A fő műszaki kísérletünk, azaz a műhold egyik hasznos terhe. Ez az alrendszer egy állandó mágnesből és két vezérelhető elektromágnesből áll. Feladata, hogy a műholdat olyan pozícióba állítsa, hogy az antennánk optimálisan álljon a földi kommunikációhoz, azaz kövesse a föld mágneses vonalait és ennek megfelelően pozícionálja magát. Ehhez segítségére van a fedélzeten elhelyezett 3-tengelyes gyorsulásérzékelő, 3-tengelyes gyroszkóp szenzor, illetve a szintén 3-tengelyes mágneses teret érzékelő szenzor. Sőt, egy szintén kísérleti szenzor, a nap-irány szenzor. A 6 oldalon elhelyezett érzékelők segítségével megpróbálja megállapítani, hogy a műholdhoz képest merre van a Nap és milyen irányban van a Föld. Ez a későbbiekben különösen fontos, mivel ezek az adatok szükségesek ahhoz, hogy a napelemeket egy nagyobb műholdon a nap felé tudjuk fordítani, és ha szükséges szintén a jövőben a fedélzeti kamerát pedig a Föld irányába.

Miben különleges a MaSat-1

- Az első olyan komplett műhold, ami Magyarországon került megtervezésre, legyártásra és tesztelésre
- A kommunikációs rendszer chip szinten is magyar mérnökök munkája (Integration Hungary)
- Képes a Földről paraméterezhetően adatgyűjtésre, akár egy a Föld körül megtett teljes kör (Whole Orbit Data, WOD) szenzor adatait képes tömörítve tárolni és továbbítani a Földre
- Saját fejlesztésű napszenzorok kaptak helyet az eszközön
- Pályastabilizációs algoritmusát a BME-n fejlesztettük ki - A legtöbb CubeSat műhold 10-20 különböző helyen méri a fizikai paramétereit, ezzel szemben a MaSat-1 több, mint 120 helyen végzi ugyanezt, továbbá belső működési jellemzői mérésére is képes - Közel 40 ponton mérünk hőmérsékletet, így később lehetőségünk lesz meghatározni a műhold termikus modelljét - BME-n fejlesztettük ki a napelem munkapont követő és beállító rendszer - Emelte a mérnökök oktatási színvonalát a Műegyetemen és rengetek tapasztalattal gazdagította a hallgatókat - Erősítette az együttműködést az oktatási intézmények, kutatóhelyek és ipari partnerek körében - Növelte Magyarország elismertségét nemzetközi fórumokon, segített kiépíteni külföldi szakmai és tudományos vonalon új kapcsolatokat.

Továbblépés

A MaSat-1 elnevezése is utal arra, hogy egy kisműhold család első tagjaként, technológiai kísérletként úttörő funkciót tölt be. A megszerzett tapasztalatokat összefoglalva beépítettük az oktatásba, így bővítve a kibocsátott mérnökök szakmai ismereteit. A rendelkezésre álló tudást felhasználva szeretnénk egy nemzetközi együttműködés keretein belül megvalósuló műholdas konstellációban részt venni. A QB50 projektben az ESA és NASA mérnökeivel együtt dolgozva magyar készítésű műhold vehetne részt a Föld eddig fel nem térképezett termoszférájának vizsgálatában, ami tudományos és műszaki szempontból is kivételes alkalom lenne! A küldetés alatt megszerzett tapasztalatok pedig elősegíthetik egy nagyobb kategóriás műhold elkészítését, ami Magyarország számára képes lenne földmegfigyelési feladatokat is ellátni.

A MaSat-1 fejlesztői csapata
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem