Űrkutatás körülmények a világűrben

Speciális körülmények  űreszközön kívül: súlytalanságsúlytalanság vákuumvákuum sugárzás (EM, részecske)sugárzás (EM, részecske) sugárzási, mágneses övezeteksugárzási, mágneses övezetek légkör hiánya (átlátszóság és fényviszonyok szempontjából)légkör hiánya (átlátszóság és fényviszonyok szempontjából) űrszemétűrszemét

Speciális körülmények  űrhajón, űrállomáson belül: súlytalanságsúlytalanság légkör összetétele, nyomása, keringéselégkör összetétele, nyomása, keringése zajzaj kis méret ->bezártság,stresszkis méret ->bezártság,stressz szoros munkabeosztásszoros munkabeosztás ellátmányellátmány távol a Földtőltávol a Földtől

Hőmérséklet Kérdés: Mekkora a hőmérséklet a világűrben?

Nagyon hideg?

Nagyon meleg?

Hőmérséklet Hőmérséklet:  az anyag részecskéinek átlagos mozgási energiájával arányos  vákuum: nincs anyag -> nincs hőmérséklet!  valóságban mindig van valamennyi anyag – de olyan kicsi a sűrűsége, hogy nincs értelme a hőmérsékletéről beszélni, ill. nem járul hozzá a hővezetéshez

Hőmérséklet  Egyesek megemlítik a mikrohullámú háttérsugárzás hőmérsékletét (2,7K)  A sugárzás hőmérséklete (ld.még színhőmérséklet) alatt azt a hőmérsékletet értjük, amellyel rendelkező feketetest (Planck-sugárzó) az adott teljesítményspektrumú sugárzást bocsátaná ki

Hőmérséklet  Nap korrelált színhőmérséklete világűrben kb. 5900K  Nyilván nem melegszik fel ennyire egy test a napsugárzás hatására  A melegedés függ ui. a teljesítménysűrűségtől is (W/m2), ami független a sugárzás hőmérsékletétől

Hőmérséklet  Mi történik akkor egy világűrbe kitett tárggyal?  Hő átadásának módjai: hővezetéshővezetés hőáramlás (konvekció)hőáramlás (konvekció) sugárzás (Planck-féle elektromágneses)sugárzás (Planck-féle elektromágneses)  Ezekből csak a sugárzás lehetséges odakint

Hőmérséklet  Hővezetés és konvekció jóval hatékonyabb, mint a hősugárzás, ezért a testek vákuumban jóval nehezebben hűlnek le!

Hőmérséklet  Egyensúlyi hőmérséklet: amikor a test saját hőtermelése és a kívülről jövő (sugárzástól kapott) hőenergia egyenlő  A hősugárzás teljesítménye arányos a hőmérséklet negyedik hatványával  Állandó külső sugárzás mellett mindig lesz egyensúlyi hőmérséklet

Hőmérséklet  Árnyékban idővel lehűlnek a testek  csak a háttérsugárzás melegíti, az pedig elég gyenge  Pl. 13 napos éjszaka a Holdon: -153C-153C -238C a sarki kráterekben, ahol mindig sötét van-238C a sarki kráterekben, ahol mindig sötét van

Hőmérséklet  Ónpestis: hidegben átalakul a kristályszerkezet, törékeny lesz, rossz vezető, elporlad  autokatalitikus reakció  ólommentes ón miatt újra probléma

Hőmérséklet  Napfényben nagyon felmelegedhetnek a testek  Holdon 13 napos nappal: +123C+123C  Saját hőtermelés is komoly probléma lehet emberi testemberi test elektronika, RTGelektronika, RTG

Hőmérséklet  Hűtés elég nehézkes  nagy felületű hűtőborda kell, ami közel feketetest  ha rásüt a nap a hűtőbordára, akkor persze nem jó 

Többrétegű szigetelés Multi-layer insulation

Vákuum

Also no one can see your laser shots

Vákuum a világűrben  p=1×10 −4... 3×10 −15 Pa  néhány atom per m 3 körüli sűrűsége lehet (max néhány atom per cm 3 )  a maradék néhány atom/molekula hőmérséklete nagyon nagy is lehet (persze ezt nem érezzük)

p-T diagram (fázisdiagram)

Vákuum a világűrben  Alacsony T, alacsony p szublimáció, kipárolgásszublimáció, kipárolgás saját anyaga, ill. benne lévő gázok, folyadékoksaját anyaga, ill. benne lévő gázok, folyadékok lecsapódhatnak rossz helyen (pl. távcsőtükör, napelem stb.)lecsapódhatnak rossz helyen (pl. távcsőtükör, napelem stb.) -> alapos tisztítás és hőkezelés kell-> alapos tisztítás és hőkezelés kell előfordult pl.:előfordult pl.:  Stardust kamerája  Cassini kamerája

Stardust CCD

Vákuum  párolgás: folyasztószer (forrasztás)folyasztószer (forrasztás) bizonyos műanyagok (PVC), bizonyos fémekbizonyos műanyagok (PVC), bizonyos fémek tömítőszerek, ragasztók, kenőanyagoktömítőszerek, ragasztók, kenőanyagok levegőmaradvány, vízlevegőmaradvány, víz elektrolit kondenzátor???elektrolit kondenzátor???

Vákuum  Rövid ideig túlélhető a vákuum  Akár 90s? öntudatod hamarabb elveszthetedöntudatod hamarabb elvesztheted Nem fagysz meg rögtönNem fagysz meg rögtön Nem robbansz felNem robbansz fel Ne tartsd vissza a levegőt ?Ne tartsd vissza a levegőt ?

Sugárzás  Elektromágneses (foton) széles spektrumtartománybanszéles spektrumtartományban  protonok, ionok, elektronok  neutrínó – nem roncsol  neutron – 881s átlag élettartam  forrása: Nap, csillagok, szupernóvák, csillagközi anyag, Föld mágneses övezetei

Sugárzás  Van Allen övek

Van Allen övek  külső: nagyenergiájú elektronok  – km felszín felett  belső: nagyenergiájú protonok, elektronok  1000km – 6000km  Naptevékenység függő

Sugárzás - félvezetők  Meghibásodás sugárzás hatására: tartós károsodástartós károsodás tirisztor-hatás stb.tirisztor-hatás stb. zavarkeltés, nem megfelelő vezérlőjel, ugrás a programbanzavarkeltés, nem megfelelő vezérlőjel, ugrás a programban  „radiation hardened” eszközök szigetelő szubsztrátszigetelő szubsztrát nagyobb tiltott sávú szubsztrátnagyobb tiltott sávú szubsztrát bipolárisbipoláris mágneses tárolásmágneses tárolás árnyékolásárnyékolás tartalékolás, szoftveres megoldásoktartalékolás, szoftveres megoldások

Fémtani problémák  Metal whiskers  pl. ón, ezüst  rövidzárat okozhatnak

Fémtani problémák  vákuumban a kapcsoló összehegedhet...vagy akár motor is  hőmérsékleti különbségek: dilatáció ->tervezés,hőelosztás, forgatás->tervezés,hőelosztás, forgatás

Rezgések  Rakétahajtómű üzemelésekor (indítás, pályamódosítás)  Légkörbe visszatéréskor, más égitestre leszálláskor  Minden alkatrészt érint  Forrasztást, csatlakozókat különösen wirewrapwirewrap

Rázópad

Melyiket tennéd fel űrszondára?

Processzorok  Űralkalmazásba alapos hardver és szoftver tervezés és tesztelés kell  Hardver gyorsabban fejlődik, mint ahogy előbbi műveletekkel végeznének (ld.Moore)  Újabb, gyorsabb proci: több hő, nagyobb teljesítmény-felvétel  Kisebb vezetősáv és tranzisztorméret, kisebb energia: sérülékenyebb, könnyebben zavarható (sugárzás)  Nincs szükség nagyobb sebességre  Akár évtizedekig is működnie kell!

Processzorok  Mindig van tartalék akár meghibásodásakár meghibásodás akár újraindulás (reset) esetéreakár újraindulás (reset) esetére  Gyakran előfordul, hogy több különböző típusú processzor/rendszer is van egy űreszközben  Nem mehetsz fel kicserélni (többnyire)  újraprogramozható legyen távolról Voyager, Huygens,...Voyager, Huygens,...

Space Shuttle 1981

 5 db számítógép  4 egyforma szoftverrel, 5. különböző  AP-101 (32b, 480kips), 104k x 32b

Ferritmagos memória (1949)  Nem illékony RAM  ellenáll a sugárzásnak  Space Shuttle (1981)

Hubble Space Telescope (1990) DF-224 (1980-as évek) 1,25MHz, 8b lecserélve 1999-ben: i80486 (1989) 32b 25MHz

Sojourner 1996 Intel 8085 (1977)

Mars Global Surveyor ( ) 8086 (1978) 1750A (16b CPU specifikáció, 1980)

ISS (1998-) Intel (1985)

ISS laptopok 2013: Windows->Linux

New Horizons (2006-) Mongoose-V 12 MHz, 32b (MIPS R3000 – 1988)

Live long and prosper