Űrtechnológia

A tantárgy angol neve: Space Technology

Adatlap utolsó módosítása: 2017. május 23.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki alapszak
BSc Szakirány

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVAC05 6 2/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Csurgai-Horváth László, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
A tantárgy tanszéki weboldala http://hvt.bme.hu/~csurgai/urtech/urtech.htm
4. A tantárgy előadója

Dr. Csurgai-Horváth László

egy. docens

HVT, BME

Dr. Bánfalvi Antal

tudományos munkatárs

HVT, BME

Dr. Szabó József

tudományos munkatárs

HVT, BME

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Elektronika, Digitális technika

 

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
Szakirany("AVINnagyfr", _)
VAGY Training.code=("5NAA7")

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
Elektronika 1-2, Méréstechnika
7. A tantárgy célkitűzése

A tantárgy áttekintést nyújt a hallgatók számára azokról a mérnöki ismeretekről, amelyek a világűrben alkalmazásra kerülő elektronikus eszközök tervezéséhez, konstrukciójához, teszteléséhez és üzemeltetéséhez kapcsolódnak. Az itt tanultak mindamellett jól hasznosíthatóak a nagy megbízhatóságú, szélsőséges körülmények között üzemelő földi berendezések tervezése során is. Bemutatjuk a nagyobb űrberendezések, mint a mesterséges holdak, űrszondák rendszerszintű megvalósításának koncepcióit és módszereit, majd a kisebb részegységek kérdéseivel foglalkozunk. A műholdas kommunikáció elméleti és gyakorlati megvalósítása, a nagy megbízhatóságú elektronikák tervezési és alkatrész választási problémái, az interplanetáris tér és a radioaktív sugárzás hatásai, az űrkörnyezetbeli konstrukciós követelmények és számos, az űrtechnológiával kapcsolatos analóg és digitális áramkör tervezési probléma kerül ismertetésre. Az előadásokon hallottakat a gyakorlati órák mélyítik el egyrészt komplex feladatok áttekintésével, másrészt egy-egy kisebb részegység tervezésén, megépítésén és dokumentálási folyamatán keresztül is. A hallgatók megismerhetnek számos, a korábbi űrkutatási tevékenység során kifejlesztett berendezést, továbbá a fejlesztés során használt műszereket, speciális tesztelő-berendezéseket a gyakorlati használat során is láthatják. Önálló munka keretében lehetőség van a tantárgy témakörébe illeszkedő egyszerűbb áramkörök elkészítésére és bemérésére is.


 

8. A tantárgy részletes tematikája

1. hét:
Előadás:
Magyarországi űrkutatási műhelyek múltja és jelene; történeti áttekintés és napjaink kutatóhelyei.                             
Mesterséges holdak és űrszondák fontosabb alapegységei és payloadok.          
Gyakorlat:
Bevezető előadás az űrtechnológiával kapcsolatos tervezési, konstrukciós és mérési megoldásokról. A mérések során használt műszerek ismertetése, kezelése.

2. hét:
Előadás:
Konstrukciós megfontolások, termikus és mechanikus igénybevétel, tesztelés.
Gyakorlat:
Anyagismereti összefoglaló. Konstrukciós megoldások áttekintése az anyagválasztás szempontjából. Fém és műanyag (kereskedelmi) félkész termékek áttekintése. Megmunkálási módszerek. Az alkatrészgyártási technológiák ismertetése.

3. hét:
Előadás:
Űreszközök pályái, kommunikációs problémák, telemetria rendszerek.
Antennák, gyakran használt modulációk (OOK, AM, PSK, BPSK, QPSK, FM, FSK), hibadetektálás és hibajavítás. Az adatátviteli csatorna minősítése.
Gyakorlat:
Elektromos csatlakozók bemutatása és különböző típusokra alkalmazási példák kidolgozása.

4. hét:
Előadás:
A földi vevőállomás felépítése, feladatai.
Adatátvitel a földi állomásra és a fedélzeti adattárolás kérdései.
Gyakorlat:
Tesztelés hőkamrában. Termikus modellezés, szimuláció és mérések. EMC vizsgálatok a vonatkozó szabványok ismeretében. Vezetett és sugárzott zavarok űreszközökön. Fedélzeti készülékek felkészítése rázásvizsgálatra. A felfogó szerelvények hatása a vizsgálati eredményre. Az ellenőrzések gyakorisága és a megbízhatóság kapcsolata.

5. hét:
Előadás:
Rádiótelemetria rendszerek alacsonypályás és geostacionárius műholdakon.
A fedélzeti energiaellátás kérdései; energia egyensúly, architektúrák.
Gyakorlat:
Analóg telemetriagyűjtés módszereinek áttekintése. Akkumulátor cellafeszültség monitor, kétirányú árammérő és hőmérsékletmérő méretezése.

6. hét
Előadás:
Digitális áramkörök űrbeli alkalmazása. A fedélzeti számítógép feladatai űreszközökön. Központi mérés- adatgyűjtő rendszerek.
Gyakorlat:
Mikrokontroller alapú fedélzeti számítógép/adatgyűjtő tervezése, építése és bemérése. Egy általános, űreszközön is használható fedélzeti számítógép architektúra bemutatása, a tervezés során használt eszközök és technológiák ismertetése.

7. hét:
Előadás:
Programfejlesztés űreszközök fedélzeti rendszereihez. Programozható digitális áramkörök tervezése és megbízhatósági kérdései. FPGA áramkörök mesterséges holdakon.
Gyakorlat:
A mérés-adatgyűjtő rendszerek működtető szoftverei. Fejlesztőrendszerek használata, kommunikációs, adatgyűjtési és telemetria funkciók megvalósítása.

8. hét:
Előadás:
Műholdfedélzeti energiatárolás és generálás.
Az energia elosztó és védő hálózatok, a fogyasztás optimalizálásának lehetőségei.
Gyakorlat:
A műholdfedélzeti energia védő és szétosztó architektúrák építőelemeinek áttekintése.

9. hét:
Előadás:
A sugárzás hatásai elektronikus eszközökre, sugárzásállósági tesztek.
Alkatrészek kiválasztásának elvei űreszközök esetében.
Gyakorlat:
Egy általános limiter kapcsoló bemutatása és építő elemeinek méretezése. A konkrét tervezési példán a megépítés, a bemérés és a tesztelés során alkalmazott módszerek ismertetése.

10. hét:
Előadás:
Tartalékolás és megbízhatósági kérdések; minőségbiztosítás.
Az űr-projektek szervezésének folyamata az ESA “műhelyekben”.
Gyakorlat:
Egyszerű lineáris feszültség szabályozók áttekintése. Méretezési példa ismertetése áramkorlátozott, kis-maradék feszültségű, állapot telemetriával ellátott tápegység alkatrészeire.

11. hét:
Előadás:
Földi ellenőrző műszerek, automatizált mérő rendszerek.
Nap-Föld fizikai kapcsolatok.
Gyakorlat:
Fedélzeti készülékek földi ellenőrzése és tesztelési módszerek bemutatása. Egyszerű akkumulátor és napelem szimulátor méretezése.

12. hét:
Előadás:
Nagy ZH. megírása.
Interkozmosz projektek: IK-15-től IK-24-ig.
Gyakorlat:
Áram és feszültség módusú PWM energia áramlás valamint szekvenciális sönt szabályzók (S3R) ismertetése. Általános célú hiszterézises komparátor méretezése alul- és túlfeszültség védelmi, valamint hőmérséklet szabályozó egységekhez.

13. hét:
Előadás:
A Tranzit rendszer ismertetése és a rendszerhez fejlesztett vevő bemutatása.
Ázsiai űrkutatási koncepciók (India, Kína, Korea).
Gyakorlat:
Elektrokémiai és fényelektromos energiaforrások áttekintése. Mintadarabok bemutatása: napelem cellák, peltier elemek, szárazelemek, akkumulátorok (litium-ion és litium-polimer stb.).

14. hét:
Előadás:
Fotobiológia – asztrobiológia
Gyakorlat:
Az ESA ESEO műhold energiaellátó rendszere, töltéssűrűség és dózismérője. 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 2 óra előadás és 1 óra gyakorlat.
10. Követelmények

a. A szorgalmi időszakban: Az aláírás megszerzésének és a vizsgára bocsátásnak a feltételei: Egy nagy zárthelyi legalább elégségesre történő megírása.

b. A vizsgaidőszakban: A félév végi jegy megszerzése - Írásbeli vizsga szóbeli javítási lehetőséggel. A tárgyból szerzett érdemjegy 25%-ban a zárthelyin, 75%-ban a vizsgán mutatott eredményből tevődik össze.

 

11. Pótlási lehetőségek Egy sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolható. A sikertelen (pót) zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható.
12. Konzultációs lehetőségek Az oktatóval történő egyéni megbeszélés szerint.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom [1] Almár, Both, Horváth: Űrtan – SH Atlasz, Springer 1996. ISBN: 963 8455 632

[2] Ferencz Csaba: Űrtan - Az űrkutatás és gyakorlati alkalmazásai, ELTE Eötvös kiadó 2009.  ISBN: 9789 6328 4022 2

[3] P.R.K. Chetty: Satellite Technology and its Applications, McGraw-Hill 1991. ISBN: 0830696881

[4] W. Ley, K. Wittmann, W. Hallmann: Handbook of Space Technology, Wiley, 2009.

[5] ESA Space Standards: www.ecss.nl

[6] Az Űrtechnológia tantárgy írásos segédanyagai (www.hvt.bme.hu)

 

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra12
Félévközi készülés gyakorlatokra

14

Felkészülés laborra 0
Felkészülés zárthelyire10
Önálló tananyag feldolgozás 

10

Házi feladat elkészítése0
Vizsgafelkészülés32
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Csurgai-Horváth László

egy. docens

HVT, BME

Dr. Bánfalvi Antal

tudományos munkatárs

HVT, BME

Dr. Szabó József

tudományos munkatárs

HVT, BME

IMSc tematika és módszer Az IMSc képzés részére önálló előadáskurzust nem indítunk, de az érdeklődő hallgatók számára további konzultációs lehetőséget biztosítunk. IMSc pontszerzésre a zárthelyin illetve az írásbeli vizsgán kiadott IMSc feladat megoldásával, illetve extra házi feladat elkészítésével van lehetőség.
IMSc pontozás

A tárgy teljesítése során a tárgy kreditszámának megfelelően 20 IMSc pontot (félévközi követelmények: 15 pont, vizsgakövetelmények: 5 pont) a következőképpen lehet megszerezni:

  • ZH IMSc feladatok: 5 pont
  • Extra IMSc házi feladat: 10 pont   
  • Vizsga IMSc feladatok: 5 pont

A zárthelyin illetve vizsgán az összetettebb IMSc feladat megoldásával lehet IMSc pontot szerezni, de értékelése csak abban az esetben történik meg, ha az adott számonkérési forma (ZH, vizsga) alapfeladatain elért eredmény eléri a jeles szintet.

Az  extra IMSc házi feladat megoldásával további 10 pont szerezhető. A házi feladat írásban történő beadásának határideje a pótlási hét vége. A házi feladattal IMSc pont csak a későbbi jeles vizsgaeredmény esetén szerezhető meg.

Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.