Űrberendezések konstrukciója és energiaellátása

A tantárgy angol neve: Construction and supply of space equipments

Adatlap utolsó módosítása: 2022. július 20.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Űrmérnök mesterszak
Űrmérnöki szakmai ismeretek
kötelezően választható

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVMB07   2/2/0/f 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Nagy Lajos,
A tantárgy tanszéki weboldala https://hvt.bme.hu/
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás: 

Tanszék, Int.:

Dr. Bánfalvi Antal

tudományos munkatárs

HVT

Dr. Lénárt Ferenc

tudományos munkatárs

HVT

Dr. Nagy Lajos

egyetemi docens

HVT

Dr. Szabó József

tudományos munkatárs

HVT

Szimler András

tudományos munkatárs

HVT


5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

- mechanika
- fizika
- matematika
- elektronika
- elektromágneses terek

6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
-
7. A tantárgy célkitűzése
A tárgy bevezetést nyújt az űrberendezések tervezésébe és szerkesztésébe, együttesen a konstrukciójába. Foglakozik az elektronikai tervezés és mechanikai szerkesztés interaktív kapcsolatán alapuló, az elektromágneses kompatibilitási szempontokat is figyelembe vevő, a követelmények kielégítése szempontjából optimális konstrukció keresés módszereivel. 
Bemutatja a készülékek követelmények szerinti működéséhez szükséges anyagválasztási, elektronikai, elektromágneses kompatibilitási, hőtani és mechanikai ismereteket. 
Foglalkozik a berendezések szabványos tesztelési eljárásaival és a követelmények szerinti minősítő mérésekkel. 

8. A tantárgy részletes tematikája
1. alkalom 
Előadás: Nyomtatott huzalozású lemezek tervezése 
- bevonatok 
- rétegvastagság 
- többrétegű lemezek 
- furatszerelt alkatrészek 
- SMD alkatrészek 
Gyakorlat: Forrasztás 
- forrasztás mechanizmusa 
- forrasz anyagok 
- folyósító szerek 
- pákás forrasztás 
- hullámfürdők 
- forrasztás forró levegővel 
- forrasztott kötések minőségbiztosítása 
- vizsgálatok 
2. alkalom 
Előadás: Alapanyagok, bevonatok 
- szigetelések 
- árnyékolás 
- huzalok és kábelek 
- huzalátmérő 
- bekötőhuzalok 
- tekercselőhuzalok 
Gyakorlat: Csatlakozók, összekötő eszközök 
- általános jellemzők 
- közvetlen/közvetett NYÁK csatlakozók 
- érintkező kialakítások 
- koaxiális 
- szalagkábel 
- hermetikus 
- csatlakozók megbízhatósága 
3. alkalom 
Előadás: Készüléképítés anyagai 
- fémek 
- ferritek 
- műanyagok 
- kerámiák 
- üvegek 
Gyakorlat: Alkatrészek kiválasztásának elvei űreszközök esetében 
- ECSS szabványok 
- NASA szabványok 
Oktatási szünet/munkaszünet miatt, 12 vagy 13 hetes oktatási időszak esetén a 2. és 3. alkalom összevonásra kerül.
4. alkalom 
Előadás: Készüléképítési módok 
- sík, modulos, vázas, térfogati 
- az űrkutatási célú készülékek 
- természetes környezet 
- mesterséges környezet 
Gyakorlat: Kötőelemek 
- alkatrész rögzítő elemek 
- forrpontok 
- saruk 
- hegesztések, fémkötések 
- ellenállás- ív- lézeres- termokompressziós- ultrahangos 
- elektronsugaras hegesztés. 
5. alkalom 
Előadás Hőtani tervezési szempontok 
- hőközlési módok 
- termikus környezet 
- alkatrészek termikus tulajdonságai 
- hőátviteli eszközök 
- analízisek 
Gyakorlat: Vizsgálatok 
- roncsolásmentes 
- termikus 
- vibrációs 
- vákuum 
6. alkalom 
Előadás: Fedélzeti energiaellátás 
- űrmisszió követelményei 
- architektúrák alapelvei 
- energiaellátó rendszerek osztályozása 
- energia egyensúly 
Gyakorlat: Fedélzeti Energiaellátó fejlesztő környezet 
- passzív és aktív szimulátorok 
- akkumulátor szimulátor 
- napelem szimulátor 
- terhelés szimulátorok 
7. alkalom 
Előadás: Fedélzeti energiatárolás és generálás 
- napelemek 
- üzemanyag cella 
- termoelektromos átalakítók 
- akkumulátorok 
- elemek 
Gyakorlat: Elektrokémiai és fényelektromos energiaforrások áttekintése 
- mintadarabok bemutatása 
- napelem cellák 
- Peltier elemek 
- szárazelemek 
- akkumulátorok (lítium-ion és lítium-polimer stb.) 
Oktatási szünet/munkaszünet miatt, 12 vagy 13 hetes oktatási időszak esetén a 6. és 7. alkalom összevonásra kerül.
8. alkalom 
Előadás: Műholdfedélzeti energiavédő és szétosztó architektúrák 
- fedélzeti energia BUS 
- passzív áramkorlátozók 
- aktív áramkorlátozók (LCL, R-LCL, FCL) 
- túlfeszültség védők 
- vezérelt kapcsolók 
- áramkorlátozott LDO 
- fogyasztás optimalizálásának lehetőségei. 
Gyakorlat: Általános limiter kapcsoló méretezése 
- tervezési példa 
- megépítés és bemérés 
- tesztelési módszerek 
9. alkalom 
Előadás: Lineáris és kapcsolóüzemű energia átalakítók 
- lineáris áram és feszültség szabályozók 
- kapcsoló üzemű energiaátalakítás 
- energia átviteli architektúrák 
- áram és feszültség módusú PWM szabályozók 
Gyakorlat: Egyszerű lineáris tápegységek 
- hőfokfüggetlen feszültség és áramszabályozók 
- méretezési példák 
- hőfokfüggetlen feszültség és áram referenciák 
- áramkorlátozott, kis-maradék feszültségű LDO méretezés 
10. alkalom 
Előadás: Napelemes primer rendszerek elektronikája 
- soros és párhuzamos szabályozás alapelvei 
- maximális teljesítményű munkapont szabályozása (MPPT) 
- szekvenciális söntszabályozó (S3R) 

Gyakorlat: Energia átalakítók részáramkörei 
- hiszterézises komparátor méretezése 
- alul- és túlfeszültség védelem 
- hőmérséklet szabályozó egységek 
- analóg telemetria módszerek (feszültség, áram, hőmérséklet) 
- akkumulátor cellafeszültség monitor 
- kétirányú árammérő 

11. alkalom 
Előadás: Sugárzás hatásai elektronikus eszközökre 
- sugárzási övek 
- singel event latchup 
- sinle event upset 
- heavy ion 
- dózis 
Gyakorlat: Sugárzásállósági tesztek 
- részecske sugárzás (ciklotron) 
- gamma sugárzás 
- teszt eredmények bemutatása 
12. alkalom 
Előadás: Anyagok elektromágneses tulajdonságai 
- szigetelők 
- fémek (nem mágneses és mágneses) 
- vezetőképesség fogalma 
- frekvenciafüggés 
- proximity 
Gyakorlat: Sugárzott és vezetett zavarforrások 
- űreszközök zavartűrő képessége 
- műholdfedélzeti műszerek elektromágneses kompatibilitása 
- elektromágneses interferenciák 
13. alkalom 
Előadás: EMC/EMI tervezés alapjai 
- szabványok 
- tervezési elvek 
- EMC szempontok a konstrukcióban 
Gyakorlat: Vezetett és sugárzott zavarok csökkentése 
- KM szűrők 
- DM szűrők 
- elektromos és mágneses árnyékolások hatása 
- méretezési példák 
14. alkalom 
Előadás: EMC vizsgálatok
- frekvencia tartomány szerinti csoportosítása 
- vezetett KM és DM zavarok mérése 
- sugárzott zavarok mérése 
- vezetett zavartűrési tesztek 
- sugárzott zavartűrési tesztek 
Gyakorlat: EMC mérések eszközei 
- EMC mérőműszerek 
- műhálózat (LISN) 
- áramtranszformátorok 
- zavarjel becsatolás 
- mérőantennák, mérőtekercsek 
- E és H cellák 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

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.


10. Követelmények

a.    A szorgalmi időszakban:

A félévközi számonkérés és félévközi jegy kialakítása két zárthelyi alapján történik.

A félévközi jegy kialakítása a zárthelyik pontszámainak összege alapján: 0-49%: elégtelen (1), 50-61 %: elégséges (2), 62-73 %: közepes (3), 74-85 %: jó (4), 86-100 %: jeles (5).

b.    A vizsgaidőszakban: -

c.    Elővizsga: -



11. Pótlási lehetőségek

A nagy zárthelyik a BME TVSz 122.§ rendelkezései szerint pótolhatók.


12. Konzultációs lehetőségek

 

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


 

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

1. Charles A. Harper: Handbook of Electronic Packaging, Elektronikus készülékek konstrukciója és gyártása (kézikönyv) McGraw Hill 1969, ISBN-10: 0070266719, ISBN-13: 978-0070266711, Műszki Könyvkiadó, 1972

2. Mukund R. Patel: Spacecraft Power Systems, CRC Press, 2005. ISBN:0-8493-2786-5

3. P. A. Chatterton, M. A. Houlden: EMC: Electromagnetic Theory to Practical Design, Wiley, 1992, (30. - 310 oldal), ISBN-10: 047192878X, ISBN-13: 978-0471928782

4. Abraham I. Pressman et al: Switching Power Supply Design, McGraw Hill 2009, ISBN: 978-0-07-148272-1


14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra14
Felkészülés gyakorlatokra18
Felkészülés zárthelyire32
Házi feladat elkészítése-
Kijelölt írásos anyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés0
Összesen120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

 Név:

 Beosztás

 Tanszék, Int.:

 Dr. Bánfalvi Antal

 tudományos munkatárs

 HVT

 Dr. Lénárt Ferenc

 tudományos munkatárs

 HVT

 Dr. Szabó József

 tudományos munkatárs

 HVT