WARR Space Labs – A Rocketlabs Projekt

A WARR Space Labs csapatáról

A WARR Space Labs a WARR e.V. – azaz a Rakétatechnikai és Űrrepülési Tudományos Munkacsoport – legújabb csapata. A WARR e.V. a Müncheni Műszaki Egyetem (TUM) hallgatói egyesülete, amelynek célja az űrmérnöki és űrkutatási ismeretek elmélyítése és továbbadása. Csapatunk, a Space Labs célkitűzése, hogy mikrogravitációs környezetben végezzünk tudományos kísérleteket, valamint ehhez szükséges rendszereket fejlesszünk és építsünk.

Eddigi legjelentősebb kísérletünk az ADDONISS (Ageing and Degenerative Diseases of Neurons on the ISS – Az idegsejtek öregedése és degeneratív betegségei a Nemzetközi Űrállomáson). Ez a kísérlet 2023. márciusában jutott el a Nemzetközi Űrállomásra (ISS) az Überflieger 2 verseny keretében, a Német Űrügynökség (DLR) és a Luxemburgi Űrügynökség (LSA) szervezésében. A kísérlet célja az idegsejtek és azok elektromos aktivitásának vizsgálata volt mikrogravitációs körülmények között. Mindezt egy 2U méretű CubeSat platformon belül, teljesen autonóm módon hajtottuk végre. Eközben a sejteket életben tartottuk és egy mini mikroszkópon keresztül folyamatosan monitoroztuk. Emellett β-Amyloidot, az Alzheimer-kór jellegzetes fehérjéjét is hozzáadtunk a tápoldathoz, hogy elemezhessük annak hatását a sejtek elektromos jeleire.

A Rocketlabs Projekt – Két WARR csapat együttműködése

A Rocketlabs Projekt egy hosszú távú együttműködés kezdetét jelentette a WARR két csapata, a Space Labs és a Rocketry között. Ennek keretében a Space Labs által fejlesztett kísérleti rendszerek a Rocketry csapat által épített rakéták fedélzetén kerülhetnek felbocsátásra hasznos teherként. Az első ilyen közös küldetés a Rocketlabs volt, amelyet a Project Nixus EX-4 rakétára terveztünk, a 2023. októberében megrendezett European Rocketry Challenge (EuRoC) versenyre.
Ez az ISS ADDONISS kísérletére épül, és célja a továbbfejlesztett alkatrészek tesztelése és az új iterációk koncepciójának kidolgozása. Ezúttal rendszerünket a rakéta emelkedési fázisában is működtethetjük, amire az ISS-en végzett ADDONISS kísérletünk során nem volt lehetőségünk. Ez hosszabb tesztidőt biztosít rendszerünk és annak alkatrészeinek ellenőrzésére. Az ADDONISS-szel ellentétben, ez esetben a hasznos teher nem tartalmaz élő sejteket, mivel jelenleg a kísérleti rendszerünk tökéletesítésén dolgozunk. A folyamat ezen szakaszában pedig az érzékelőalapú validáció pontosabb eredményeket kínál, mint a sejtes vizsgálatok.

Eurocircuits együttműködés

Kísérleteink középpontjában a saját fejlesztésű nyomtatott áramköri lapjaink állnak. Az Eurocircuits-szel kialakított együttműködésünk lehetővé teszi, hogy kísérleteinkhez minden szükséges funkciót integráljunk, amire máskülönben nem lenne lehetőségünk.
Egy korábbi blogbejegyzésben már bemutattuk a MEA jelgenerátort, a melegítő panelt és a folyadék vezérlőpanelt. Ezúttal pedig a Rocketlabs Projekt utolsó két nélkülözhetetlen nyomtatott áramköri lapjára fókuszálunk, méghozzá az Eurocircuits által gyárott tápellátó- és kiolvasó panelre.

Tápellátó panel (Power Board)

A kísérlet összes elektromos rendszere folyamatos áramellátást igényel, nem csupán a rakéta repülése közben, hanem az előkészítő fázisok során is. Bizonyos szakaszokban a beépített akkumulátor újratölthető, míg máskor a rendszer kizárólagos áramforrásaként szolgál. Az akkumulátor egyaránt szolgál pufferként és a tápellátó panel fő energiaforrásaként, biztosítva a kísérlet összes alrendszerének áramellátását. Elsődleges feladatai közé tartozik a 3,3 V-os, 5 V-os és 12 V-os feszültségszintek biztosítása, amelyek a legtöbb digitális logikai eszközt, például a mikrokontrollereket és a Raspberry Pi-t is táplálják.
A fenti szabványos alkatrészeken túl a kísérlet egyedi igényeket is támaszt. Kiolvasó rendszerünk analóg áramköreihez alacsony zajszintű, bipoláris (pozitív és negatív) feszültségű tápvonalak szükségesek. A pozitív feszültséget egy lineáris feszültségszabályozó biztosítja, míg a negatív feszültség egy töltésszivattyú és egy második lineáris szabályozó kombinációja állítja elő. Ezenkívül az egyik folyadékpumpa működtetéséhez a tápellátó panelbe egy egyedi meghajtót is integráltunk.

Kiolvasó panel (Readout Board)

A kiolvasó panel kulcsszerepet játszik a kísérleti alanyunkból, a MEA jelgenerátorból származó adatok rögzítésében és feldolgozásában. Nagy kihívást jelent, hogy a tesztalanyból érkező analóg jelek gyakran gyengék, ezért digitalizálásuk előtt további erősítést igényelnek az analóg-digitális átalakító (analog-to-digital converter – ADC) segítségével. A jelintegritás megőrzése érdekében az összes analóg áramkört a fent említett alacsony zajszintű tápvonalak látják el energiával. A Rocketlabs Projekt ezen iterációjában a kiolvasó panel egy további célt is szolgált: az ADDONISS kísérletben használt MEA-k közvetlenül erre lettek ráforrasztva. Emellett azt is meg szerettük volna vizsgálni, hogy lehetséges-e ezeket rugós érintkezőkön keresztül is csatlakoztatni, úgy, hogy továbbra is megbízható adatgyűjtést biztosítsanak. Ennek érdekében két MEA-t karcolásos tesztnek vetettünk alá, hogy megvizsgáljuk, az üvegalapú MEA-k vékony arany elektródái képesek-e sérülés nélkül elviselni a rugós érintkezők által indítás során kifejtett erőhatásokat.

A kísérlet eredménye

Sajnálatos módon az EX-4 rakéta technikai nehézségek miatt nem tudott elindulni a 2023-as European Rocketry Challenge versenyen. A Rocketlabs Projekt jelenleg a következő kilövési lehetőségre vár, amelyet testvércsapatunk, a WARR Rocketry által tervezett és épített rakéta fog biztosítani.