Rein ins ALL

A tudósok rendszeresen készítenek eszközöket űrmissziókra a tisztaterei laborjaikban – itt: egy műholdalkatrész előtisztítása. (Forrás: Fraunhofer IPA, fotó: Rainer Bez)

Az űrmissziókban alkalmazott alkatrészeknek aprólékosan tisztának kell lenniük. A Fraunhofer-kutatók a ESA megbízásából egy tisztatérat terveztek, amelyben még nanométeres szennyeződéseket is el lehet távolítani. Együttműködve partnerekkel, a szakértők tisztítják és sterilizálják a 2018-ban indítandó ExoMars marsjárót.

Az űrmissziók rendkívül költségesek. Mivel egy robotűrszonda, miután elindult, nem javítható, egyetlen alkatrész vagy berendezés sem hibázhat – különben minden erőfeszítés hiábavaló lenne, és a tudósok éveket kellene várniuk egy pótmisszióra. Ezért semmilyen szennyeződés nem akadályozhatja a mechanikát, nem okozhat rövidzárlatot vagy zavarhatja az elektronikát. Különösen szigorúan tisztának kell lennie az űrszondáknak, amelyek idegen bolygón nyomokat keresnek az életre. Pont ez a célja az európai ExoMars-missziónak, melynek indítását 2018-ra tervezték. Egy leszállóegység landol majd a szomszédos bolygón, és egy Smart méretű járművet küldenek. Annak érdekében, hogy a szenzorok, amelyek az élet nyomait keresik, megbízhatóan működjenek, nem szabad, hogy az anyagokat a Földről behozzák. Ez téves riasztásokat okozhatna.

Gémlességű alkatrészek

Az, hogy minden alkatrész teljesen gémless és még a halott mikrobiák maradványai sem tapadnak a résekhez, a Fraunhofer Iparfejlesztési és Automatizálási Intézet (IPA) kutatóinak köszönhető az ESA megbízásából. Annak érdekében, hogy a marsjárót megbízhatóan sterilizálják és még nanométeres szennyeződéseket is eltávolítsanak, a stuttgarti szakértők egy tisztatérat terveztek és a holland Noordwijkben, az Európai Űrkutatási és Technológiai Központ (ESTEC) székhelyén létesítettek. A mintegy 70 négyzetméteres, tisztasági szempontból kontrollált terület megfelel az ISO 1-es osztály legmagasabb követelményeinek. Ez azt jelenti, hogy egy köbméter levegő nem tartalmaz több mint 10 darab 0,1 mikrométeres részecskét. Összehasonlításképpen: a normál városi levegőben kb. 10^10 részecske van köbméterenként, a szmogban még több.

A szakértők az IPA-nál nemcsak a tisztatér megtervezését végezték el, hanem a minőségbiztosítást, a kivitelezést, a mérési és átadás-átvételi folyamatokat, valamint az üzembe helyezést is. „Alapvetően egy mindenre kiterjedő csomagot alkottunk. Meghatároztuk, hogyan méretezzük a teret, kiválasztottuk a tisztítási és sterilizálási technológiákat, az eszközöket és a szellőzőrendszereket, a padlóburkolatokat, a szűrőrendszereket és a sterilizáló berendezéseket, valamint javaslatokat adtunk az építőipari partnereknek a tér kialakítására” – mondja Udo Gommel, a Fraunhofer IPA tisztatér- és mikrotermelési osztályának vezetője Stuttgartban. Annak érdekében, hogy a legmagasabb tisztasági szintet fenntartsák, az ESA munkatársainak több levegőzsilipet és egy légzuhanyt kell átmenniük, valamint magas tisztaságú ruházatot kell viselniük. A tisztatéri területeken enyhe túlnyomás uralkodik, így nem juthat be szűretlen levegő. Emellett egy lamináris légáramlás, amely a mennyezetről a padlóra irányul, biztosítja, hogy a porcseppek ne maradjanak a térben. A 50 centiméter/másodperc sebességű légáramlás során a teljes levegőcserét néhány másodperc alatt végrehajtják. Az olyan részecskék, amelyek például egy ESA-mérnök kesztyűjének dörzsölése közben keletkeznek, gyorsan eltűnnek a perforált padlóban.

Szén-dioxid-hóval való tisztítás

A marsjáró sterilizálására egy olyan eljárást alkalmaznak, amelyet az IPA továbbfejlesztett és szabadalmaztatott. Eredetileg az Egyesült Államokban használták repülőgéptartályok festékének eltávolítására. Egy kemény sugár, amely rizskorong méretű jégkristályokból álló szilárd szén-dioxidból (CO2) áll, szinte lepucolja a festéket a fémről. A stuttgarti szakemberek ezt a durva eszközt finomították. Ahelyett, hogy jégkristályokat használnának, szén-dioxid-hóval dolgoznak. A trükk az, hogy a fúvókából kijövő sugár egy nitrogénfúvókával körülölelt, gyorsított CO2-sugár. Így minden rést elér, és eltávolítja a legkisebb szennyeződéseket is. Amint a pici hópelyhek elérik a viszonylag meleg felületet, gázzá alakulnak. Ekkor a térfogatuk robbanásszerűen, akár 800-szorosára nő. A detonációs nyomás minden szennyeződést teljesen eltüntet. Még ujjlenyomatokat is lehet így eltávolítani. „A CO2-hó sugárzás száraz eljárás, amely nem okoz felpuffadást a felületeken” – magyarázza Gommel, kiemelve az eljárás előnyeit. Az alkatrészek tulajdonságaitól függően a kutatók ezt az eljárást más módszerekkel, például plazma- vagy törölköző- és öblítő tisztítással kombinálják. A tisztatér már működik, a szakértők folyamatosan optimalizálják és felszerelik a megfelelő tisztasági és tisztítási technológiával, továbbfejlesztik a anyagáramlást, és tanácsokat adnak az ESA-nak a működési költségek csökkentése érdekében. Az ESA mellett más nemzeti intézmények, például a Thales Alenia Space Italy, egy olasz űripari vállalat is használja a teret saját űrmisszióihoz. Más űrügynökségek, például a NASA, szintén tanácsokat kérnek Gommel és csapataitól. „Egy keresett és elismert együttműködő partner vagyunk ezen a kutatási területen” – mondja az mérnök. A stuttgarti tudós részt vesz azokban a testületekben, amelyek a tisztítási módszerek szabványosításáért felelősek. Gommel mind az ISO-nál, a Nemzetközi Szabványügyi Szervezetnél, mind az ECSS-nél, az Európai Űrkutatási és Szabványosítási Együttműködésnél dolgozik. Amikor az IPA szerepéről az űrkutatásban beszél, Gommel szívesen emlegeti a „Rejtett Bajnokot”. Mert a Rejtett Bajnok nemcsak egy titkos győztest jelent, hanem egy ismeretlen világpiaci vezetőt is.