Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Műszaki illetve természettudományos felsőfokú alapképzésben szerzett matematikai és fizikai ismeretek.

A tantárgy átfogó ismereteket ad az űrmérnök képzésben részt vevő hallgatók számára azokról a mérnöki feladatokról, amelyek egy világűrbe kerülő, és ott működtetni kívánt berendezés tervezése, gyártása és üzemeltetése során fellépnek. Foglalkozik az űrbeli környezet hatásaival és a kapcsolódó speciális követelményekkel, ami az anyagválasztást, a mechanikus, termikus és a különféle sugárzások elleni védelmet befolyásolja. Ismerteti az űrszondák, mesterséges holdak, nagyobb űrrendszerek azon alapelemeit, amelyek biztosítják az űreszköz egészének működését. Az előadásokhoz gyakorlati példák is kapcsolódnak, továbbá külső meghívott előadók és laborlátogatások is színesítik a tananyagot.

1. alkalom Bevezetés. A világűrbeli környezet

A világűrben fennálló különleges hatások áttekintése, a földi körülményektől való eltérések. Az űreszközöket érő hatások a pályára állítástól az üzemelési környezetig. Vibráció, termikus hatások, vákuum, sugárzás.

2. alkalom Számítások az űrkörnyezethez kapcsolódóan

A sugárzással kapcsolatos alapfogalmak és fizikai egységek áttekintése. Gyakorlati példák a termikus, vibrációs és sugárzási hatások szemléltetésére.

3. alkalom Űreszközök pályái

A pályatípusok ismertetése. Földkörüli és interplanetáris pályák. A pályára állítás kérdései. A fedélzeti pozíció és orientáció érzékelés eszközei és a korrekció lehetőségei. Pálya perturbáló hatások.

4. alkalom Pályaszámítás

Pályaelem készletek felépítése, az abból történő pályaszámítás módja. Pályaszámító programok, földi állomás antennáinak vezérlése. Gyakorlati példák.

5. alkalom Mechanikai struktúrák, anyagok az űrtechnológiában

Az űreszközök mechanikai szerkezetének felépítése. Az anyagválasztás kérdései. Egy műhold strukturális kialakítása.

6. alkalom Mechanikai alapszámítások

Különféle anyagok nyúlásának, hajlásának és összenyomásának vizsgálata számításokkal. A megfogás kérdésköre. Rezonanciafrekvencia számítása.

7. alkalom Hajtóművek űreszközök pályára állítására (Beneda Károly)

Az űreszközök pályára állításának eszközei és a fontosabb űrkikötők. Nagy teljesítményű hajtóművek szilárd és folyékony üzemanyaggal. Hajtóanyag típusok. Ionhajtómű.

8. alkalom Pályára állításhoz kapcsolódó számítások (Beneda Károly)

Ciolkovszkij-egyenlet, áramlási sebességek és a szükséges fokozatszám. Hohmann transzfer.

9. alkalom Pályakorrekció (Beneda Károly)

Az űreszközök pályakorrekciójának eszközei. Kis teljesítményű hajtóművek. Hideggázos hajtómű, kémiai hajtómű pályakorrekciókhoz. Ionhajtómű kisműholdakon.

10. alkalom Laborlátogatás (Beneda Károly)

A KJK hajtómű laboratóriumának bemutatása, demonstráció.

11. alkalom Fedélzeti energia

Az energia előállításának és tárolásának módszerei. A fedélzeti energiaellátás és szétosztás kérdésköre.

12. alkalom Energiaellátás a gyakorlatban

A fedélzeti energiaellátás megtervezése. Szabályozás, szétosztás és kapcsolóáramkörök a gyakorlatban.

13. alkalom Termikus tervezés

Űreszközök termikus problémái, a környezeti hatások. Hűtés és fűtés problémái. Hőszigetelő anyagok, melegítés, az űreszköz indításának termikus kérdései. Hőelvezetés, hűtőcsövek.

14. alkalom Termikus számítások

Hőegyensúly kialakulása. Várható fedélzeti hőmérséklet számítása különféle pályák esetén. Termikus modellezés.

15. alkalom Pozíció és helyzet érzékelés

Az űreszköz helyzetérzékelésének eszközei: földszenzor, napszenzor, csillagdetektor. Giroszkóp az űrtechnológiában. Mágneses mező detektorok.

16. alkalom Helyzet változtatás a gyakorlatban

Esetelemzés: nagyméretű űreszköz pályamódosítása és helyzet stabilizálása (geostacionárius kommunikációs műhold) és kis méretű műhold (CubeSat) gyakorlati problémái.

17. alkalom Műholdas kommunikáció

Frekvenciasávok, hullámterjedési problémák. Antennák és földi állomások. Adó és vevőberendezések, analóg és digitális kommunikáció, modulációk. Telemetria, telekommand.

18. alkalom Rádiókommunikációs számítások

Link budget. A rádióátviteli lánc elemei. Szabadtéri terjedés és fadinges csatorna számításai. A zaj forrásai és hatásai.

19. alkalom Hullámterjedési vizsgálatok

Az ESA Alphasat hullámterjedési kísérlete. Ka/Q sávú műhold-Föld terjedési kísérlet európai résztvevőkkel. Az űrszegmens és a földi szegmens. Egy beacon vevő feladatai. Hozzájárulás az ITU modellek fejlesztéséhez.

20. alkalom Adaptív kódolás és moduláció a gyakorlatban

ESA kísérlet a jövő kommunikációs csatornáinak vizsgálatára: az Alphasat Q/V sávú telekommunikációs kísérlet. Kihívások a milliméteres hullámhosszúságú műhold-Föld kapcsolat digitális jelátvitelében.

21. alkalom Fedélzeti adatkezelés

A digitális áramkörök kiválasztása űrbeli alkalmazásokhoz. Ipari és űrminősítésű alkatrészek. A fedélzeti számítógép; processzor, mikrokontroller és memóriák. A sugárzás hatásai és védekezés ellene. Single event hatások és hosszú idejű sugárzási effektusok.

22. alkalom Digitális fedélzeti áramkörök a gyakorlatban

Tartalékolt rendszerek kialakítása. Az órajel előállítása. Watchdog a gyakorlatban. A fedélzeti szoftver speciális kérdései megbízhatóság szempontjából. Fedélzeti kommunikáció eszközei.

23. alkalom Fedélzeti mérés-adatgyűjtés

Analóg jelek kezelése. Housekeeping és kísérleti adatok kezelése. A/D és D/A konverzió. Az alkatrészválasztás problémái. Szenzorok, jelforrások, kísérletek adatai.

24. alkalom Mérés-adatgyűjtés a gyakorlatban

Egy számítógépes mérőrendszer megtervezése. Analóg jelek illesztése, erősítése. Analóg jelek előállítása. Mikrokontrollerek alkalmazhatósági kérdései, PC/104.

25. alkalom Programozható logikai áramkörök

FPGA az űrtechnológiában, továbbá egyéb programozható digitális áramkörök.

26. alkalom FPGA az űreszközök gyakorlatában

Esettanulmány: FPGA a fedélzeti energiaellátásban. A tervezőrendszer bemutatása, gyakorlati példák. Külföldi vendégelőadó előadása.

27. alkalom Megbízhatóság az űrtechnológiában

Alkatrészek megbízhatósága. Hideg és melegtartalékolás. Redundáns rendszerek. A fedélzeti szoftverre vonatkozó problémák. Humán missziók biztonsági kérdései.

28. alkalom Üzemlátogatás

Egy hazai űripari vállalat meglátogatása.

Heti 2 óra előadás és 2 óra gyakorlat.

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 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.

Egy sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolható. A sikertelen (pót)zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható.

Az előadások előtt és után, valamint bármikor, de előre egyeztetett időpontban.

Wilfried Ley, Klaus Wittmann and Willi Hallmann (ed): Handbook of Space Technology

Wiley, ISBN: 978-0-470-69739-9

Gary D. Gordon, Walter L. Morgan: Principles of Communications Satellites

Wiley, ISBN: 978-0-471-55796-8