Belépés címtáras azonosítással
magyar nyelvű adatlap
Űrkörnyezet
A tantárgy angol neve: Space Environment
Adatlap utolsó módosítása: 2022. augusztus 31.
Űrmérnök mesterszak
Dr. Csurgai-Horváth László
Egyetemi docens,
HVT
Dr. Hurtony Tamás
ETT
Dr. Krafcsik Olga
TTK
Az űrkörnyezet alatt a Föld atmoszféráját elhagyva azt a működési környezetet érjük, ahol a nem földi eredetű energiaforrások hatása válik uralkodóvá. Az űreszközöknek ebben a speciális környezetben kell normál körülmények között, hibamentesen működniük és ezért úgy kell azokat megtervezni, hogy a speciális környezeti hatásokkal szemben ellenállóak, vagy hibatűrőek legyenek. Az űreszközök környezettel történő kölcsönhatása sokszor az űreszközök teljesítőképességének a korlátja. A tantárgy célja a speciális környezetben található jellegzetes fizikai adottságok bemutatása és ezen körülmények űreszközökre gyakorolt hatásának az ismertetése. A külső hatások okozta jellemző hibamechanizmusok megismerésén és megértésén keresztül sajátítható el az űreszközök tervezésének olyan szemléletű alapjai, melyek tekintettel vannak a speciális működési környezetre.
Atmoszféra hiányában az űreszközök fedélzetén csak a hővezetésessel és sugárzással közvetíthető a termikus energia. A környezet felé, pedig a hősugárzás a domináns hőcserélési forma, mely elsősorban felületek elnyelési és emissziós tulajdonságától függenek. Ezen tulajdonságokra pedig komoly hatással van a külső környezet. A tárgy foglalkozik a megváltozott környezetben történő termikus egyensúly eléréshez szükséges technikai megoldások működésének alapjaival.
Az alacsony Fölkörüli pályákon a nem töltött részecskék sűrűsége még elég nagy ahhoz, hogy a több km/s-os orbitális sebességgel közlekedő űreszközökkel történő ütközések komoly hatást fejtsenek ki. A semleges részecskékkel történő ütközés számottevő közegellenállást produkál és porlaszthatja is az űreszközök külső felületét. A mikro meteoritokkal és űrszeméttel történő ütközések ugyanebben a problémakörbe tartoznak, de a nagyobb tömegek miatt még komolyabb következményekkel járhatnak. A semleges részecskék eloszlása és a sűrűsége alapján lehet kategorizálni az ilyen jellegű kölcsönhatásokat és felkészülni az okozott hatásokra, mely szintén a tantárgy célkitűzése.
A világűrben az ionizáló sugárzás hatására folyamatosan keletkeznek töltött részecskék. A töltött részecskék felhalmozódhatnak az eszközök felületén, jelentős potenciálra töltve azokat. Ha nagy potenciál különbségek alakulnak ki, ívképződéssel és egyéb működés nehezítő eseményekkel kell számolni. A szabad töltött részecskékkel ellentétben a sugárzási övekben csapdába ejtett és a kozmikus részecskék energiája sokkal nagyobb (MeV), így hatásuk nem csak az űreszközök felületére korlátozódik, ahogyan az ellenük történő védekezés sem. Az ilyen nagyenergiájú sugárzás az anyagokkal kölcsön hatva ionizálhatja vagy szerkezetileg károsíthatja azokat. Az ilyen jellegű kölcsönhatások ismertetése is a tárgy feladata.
Bevezető Az űrkörnyezet határai. Földközeli és a bolygóközi környezet alapvető sajátosságainak ismertetése. Az űridőjárás fogalmának ismertetése.
Környezeti hatásokra való tervezés követelményei
(Environment Design Requirements - EDR)
Az EDR bemutatása, célja, felépítése, formai elemei.
A gázfázis törvényei, a vákuum fogalma A makroszkopikus gáztörvények összefoglalása. Mikroszkopikus molekuláris törvények. A kinetikus gázelmélet alapfeltevései. A nyomás meghatározása a kinetikus gázelmélet alapján. A Maxwell-Boltzmann sebességeloszlás. Közepes szabad úthossz. Ütközési szám. A vákuum fogalma. A Knudsen szám.
Transzportjelenségek gázokban Meyer formula, gázáram egy vékony fal kis nyílásán, gázok viszkozitása és ennek nyomás és hőmérséklet függése, gázok hővezetése és ennek nyomás és hőmérséklet függése, a diffúzió fenomenológiai leírása, a diffúziós együttható. Az effúzió fogalma. Gázok áramlása, Reynolds szám. Viszkózus és molekuláris áramlás egyenes csőben. Viszkózus áramlás kapillárisban.
Gáznemű és kondenzált anyag kölcsönhatása Fázisok fázis diagramm, párolgás és lecsapódás (kondenzáció), fiziszorpció kemiszorpció deszorpció, telített gőznyomás és hőmérséklet függése. Aktivációs energia. A forrás fogalma, Clausius - Clapeyron egyenlet. Az elpárolgó anyag mennyisége (Langmuir formula), permeáció.
Vákuumérők A McLeod mérő elve, Pirani mérő, termokeresztes mérő, ionizációs mérő, hidegkatódos mérő, parciális nyomás mérők, tömeg spektrométerek, Aston, Wien. Repülési idő, kvadrupol tömegspektrométerek. A lyukkeresés módszerei.
Mikrogravitációs környezet Anyagi tulajdonságok változása és alapvető fizikai folyamatok viselkedése mikrogravitációs környezetben
Elektromágneses sugárzási környezet 1. A Nap elektromágneses sugárzásának jellemzői és hatásai, a Nap elektromágneses aktivitása a napciklus függvényében. Kozmikus sugárzási környezet és a hatásmodellek
Elektromágneses sugárzási környezet 2.
A Föld Elektromágneses sugárzása. Albedo sugárzás és infravörös sugárzásnak forrása és irányfüggése, hatása. Geomágneses aktivitás
ESD kompatibilitás
Fedélzeti berendezések által keltett elektromágneses sugárzás és kompatibilitás
Plazmák Az ionoszféra bemutatása, viselkedése és a hatása a kommunikációra és az anyagokra.
Hőtani folyamatok viselkedése űrkörnyezetben
Hőtranszport folyamatok.
Termikus viszonyok az űrben
Különböző pályákon tapasztalható termikus viszonyok áttekintése. Alacsony földkörüli pálya, geoszinkron, Molniya. Hold körüli, merkúri, vénuszi, marsi környezet, külső bolygók környezete.
Nagyenergiájú részecskék Jellemző részecskék, azok eloszlása és forrása. A részecskékkel való kölcsönhatási formák és azok következményei
Sugárzási övek
Az elektromosan töltött részecskék sugárzási öve (Van Allen sugárzási övek). A töltött részecskék kölcsönhatása az anyagokkal
Ionizáló sugárzás méréstechnikája A dózis fogalmak értelmezése. Az ionizáló sugárzás mérésére leggyakrabban alkalmazott fizikai elvek. Sugárzásmérő berendezések alapvető felépítése és működése.
Szilárdtest részecskék 1. Mikrometeroritok, statisztikai modellek, kockázatbecslés
Szilárdtest részecskék 2. Űrszemét, és az űrszemét kezelése
Külső forrásból származó szennyezők Molekuláris és részecske szintű szennyeződések ismertetése, transport folyamatok,
Élni és dolgozni űrkörnyezetben A súlytalanság hatása és következményei, töltött részecskék élettani hatásai, fiziológiai effektusok.
Előadás. A tárgy sikeres elvégzése és az ismeretek egymásra épülése miatt a leadott tananyag folyamatos elsajátítása szükséges.
Gyakorlat: Az előadáson elhangzottak áttekintése, gyakorlati példákkal történő kiegészítése.
a. A szorgalmi időszakban:
Az aláírás megszerzésének feltétele a szorgalmi időszak alatt 1 db nagy zárthelyi dolgozat legalább elégséges szintű teljesítése.
b. A vizsgaidőszakban:
Írásbeli vizsga szóbeli javítási lehetőséggel.
c. Elővizsga:
Írásbeli vizsga a pótlási időszakban.
Szorgalmi időszakban pótzh, pótlási időszakban pótpótzh,
Az előadások előtt és után, valamint bármikor, előre egyeztetett időpontban.
Kötelező:
1. Alan C. Tribble : The Space Environment: Implications for Spacecraft Design, Princeton University Press, 2003., (ISBN: 978-0-691-10299-3)
2. Wertz, James R., David F. Everett, and Jeffery J. Puschell. Space mission engineering: the new SMAD. Microcosm Press, 2011. (pp. 127-139), (ISBN: 978-1881883159)
Ajánlott:
1. Gerd W. Prölss: Physics of the Earth's Space Environment, Springer, 2003. (ISBN: 978-3-642-97123-5)
2. Tamas I. Gombosi: Physics of the Space Environment, Cambridge University press, 1998 (ISBN: 978-52160768)
