Kis lépés az embernek, nagy lépés az űripar és az Econ Engineering számára: a magyar űrkutatás jövőjét formáló HUNOR (Hungarian to Orbit) programban a hazai alapítású és tulajdonú mérnök iroda, az Econ is jelentős szerepet vállal. Az Econ csapata olyan egyedülálló virtuális szimulációs modell fejlesztésén dolgozik, amely az űrbéli körülmények pontos modellezésével hozzájárul az űrhajósok komfortjának és biztonságának növeléséhez, nagyban támogatva a jövőbeli űrruházatok fejlesztését.
Az Econ Engineering „Cincinnati” fantázianévre keresztelt projektjének célja, hogy a Földön már széles körben alkalmazott termokomfort szimulációs módszereket az űr speciális, mikrogravitációs környezetéhez adaptálja és tovább fejlessze, és amelynek validációjához az Axiom-4 kutatóűrhajósai szolgáltatnak majd adatokat a Nemzetközi Űrállomáson (ISS – International Space Station) elvégzett fizikai kísérletek útján. A projektet Horváth Ákos, az Econ áramlástani szimulációs (CFD) csoportjának vezetője, és Kovács László, az Econ K+F (RDI) csoportjának vezetője irányítják.
Ahogyan az általuk vezetett kutatás rámutat, a földi gravitációtól jelentősen eltérő, a világűrben jelenlévő speciális, úgynevezett mikrogravitációs környezet (azaz a gravitáció majdnem teljes hiánya), számottevően befolyásolja az emberek hőkomfortját, hőérzetét.
Az űrben minden más – még az izzadni is
Az ESA – European Space Agency (Európai Űrügynökség) kutatói megállapították, hogy az emberi test hőmérséklete az űrben végzett mozgás során gyorsabban és magasabbra emelkedik, mint a Földön, ráadásul ez a növekedés nyugalmi állapotban is tartósan fennmarad. A világűrben a testhőmérséklet szabályozása is megváltozik. A mikrogravitáció jelentősen befolyásolja a ruha és az emberi bőrfelszín közötti légréteg viselkedését. A Földön megszokott természetes konvekciós áramlás során a meleg levegő fölszáll, mivel a hideg levegőnél kisebb a sűrűsége, így észrevétlenül, de valójában folyamatosan cserélődik az ember teste körül a levegő. Az űrben ez jelentősen csökken, gyakorlatilag megszűnik, hiányában pedig az űrhajós teste által leadott hő megreked körülötte, illetve a ruha és a bőrfelszín között, ami befolyásolhatja a komfortérzetet és akár a fiziológiai folyamatokat is. Éppen ezért nem mindegy, hogy mit viselnek az asztronauták az űrben; olyan űrruhára van szükség, amelynek viselete egyszerre biztonságos és komfortos, hiszen utóbbi befolyásolhatja a munkavégzés hatékonyságát is.
Az Econ kutatási projektjének célja
A HUNOR program által biztosított „Cincinnati” (Comfort Simulation of Space Suit Underwear via Draping and Heat Management Analysis) kísérlet célja, hogy az Econ egy olyan virtuális szimulációs modellt fejlesszen, amely képes pontosan szimulálni ezeket az űrbéli körülményeket, így azt a termokomfort szimulációt, amit a Földön, normál gravitációs környezetben már széles körben használnak, továbbfejlessze, és az űrben az Axiom-4 magyar kutatóűrhajósa által elvégzett kísérletek eredményével validálja, ezzel akár új távlatokat nyitva az űrhajósok komfortjának és biztonságának javításában.
Az Econ Engineering által fejlesztett virtuális modell lehetővé fogja tenni, hogy már a tervezési fázisban részletesen kielemezhető legyen, hogyan viselkednek különböző ruházattípusok – köztük az Axiom Space amerikai űripari vállalat által a HUNOR program magyar kutatóűrhajósa számára biztosított standard ruházat – az űrben. A szimulációk nem csupán a ruházat gyűrődését és illeszkedését vizsgálják különböző mozgások során, hanem a hőmérséklet és páratartalom eloszlását is a bőrfelszínen, valamint egy hőtani-áramlástani modellbe integrált algoritmussal az emberi test hőszabályzása is. Ezen felül – megfelelő végeselemes szimuláció segítségével – az Econ mérnökei azt is figyelembe veszik, hogy különböző testhelyzetekben a gyűrődő, deformálódó ruha hogyan befolyásolja a hőérzetet. Mindezek pedig kulcsfontosságúak az űrhajós komfortérzetének megértéséhez. A viselt ruha hatását a mérnökök nem tapasztalati hőtani paraméterek használatával veszik figyelembe, hanem közvetlenül, a szimulációs modell részeként kezelik. A ruházatok tekintetében nem mindegy, hogy valaki tesz-e űrsétát, vagy csak az ISS fedélzetén dolgozik. Az Econ célja tehát, hogy bármely űrben történő küldetés során viselt ruhához olyan általános virtuális szimulációs módszert tudjon nyújtani, amellyel a termokomfort-érzet hitelesen vizsgálható, és ezáltal már a prototípus-fejlesztés fázisában hozzájárulhasson az űrruhák fejlesztéshez.
Miért játszik kulcsszerepet a szimuláció az űriparban?
A megfelelő hőérzet mindenki számára fontos, ám az olyan iparágakban, mint például az űripar – ahol zárt, vagy speciális védelmi ruhát kell viselni -, kiemelt szerepet kap, hogy mit visel az ember, hiszen, ha rosszul érzi magát, például izzad, és bepállik a bőre, akkor az kihat a koncentrációjára, azaz a munkájára, hatékonyságára is. Míg a normál földi viszonyok között az ember az aktuális igényei szerint fel- vagy levesz magáról egy-egy réteget, az űrben ezt nem lehet akárhol, akármikor megtenni, így egy űrhajós számára kulcsfontosságú, hogy a védőruha alatti öltözetet a legjobb módon (textiltípus, varrási mód, szabás stb.) válassza ki.
Ezzel párhuzamosan az űrruházat fejlesztésében azért kap kiemelt szerepet a szimuláció, mivel hatékonysága és gazdaságossága nélkülözhetetlen; a földi környezetben az űrbéli körülmények nem létrehozhatók, azaz a fizikai kísérletek csakis drágán, hosszas előkészítést követően, valóban az űrben végezhetők el.
A szimulációs modell validációjának folyamata
A szimulációs modellek validációját és finomhangolását különböző földi kísérletek segítik, úgy, hogy azok minél pontosabban tükrözzék az űrbéli viszonyokat. A kiindulási helyzetben az Econ mérnökei a ruha alapanyagon szabványos berendezésekkel mechanikai és hőtani vizsgálatokat végeztek, melyeket az alábbi lépések követtek, illetve követnek.
- A Cincinnati projekt első validációs fázisában az űrben lévő termokomfort-méréseket egy földi, speciális kamrában, úgynevezett termobábun végzett kísérletek előzték meg, melyeket az Econ mérnökei mintegy két héten át végeztek.
- Ezt követően földi kísérletek keretében tesztelték a ruházatot és végeztek el méréseket, mely vizsgálatsorozat egyben az űrkísérlet főpróbája is volt.
- A projekt következő fázisára már az űrben kerül sor; a földi szimulációs eredmények majd összevetésre kerülnek a Nemzetközi Űrállomáson elvégzett valós kísérletek adataival. Ennek során fizikai aktivitást kell végezni, hogy a test hőtermelése révén valós kép alakuljon ki a különböző ruházatok termokomfort tulajdonságairól űrbéli körülmények között.
A kísérletnek köszönhetően az Econ új szimulációs modellje nagymértékben emelheti a virtualizáció szintjét az űrruházat-fejlesztések során.
Az Econ földi kísérleti mérései egy termobábu – Holger – segítségével
Többféle méretű és felhasználású termobábu létezik, jelen esetben egy emberi felsőtestet, azaz torzót utánzó, fűthető bábúról van szó (alábbi képeken látható), amely különböző hőérzékelő pontokkal van ellátva, így lehetővé teszi nagyjából bármilyen ruházat hőkomfortjának és hőszabályozásának vizsgálatát. A bábura jelen esetben ugyanolyan ruha került, melyet például magyar kutatóűrhajós is viselni fog az űrben. A bábun ezután a speciális kamrában különböző termikus körülményeket hoztak létre a projektben résztvevő mérnök kollégák, majd különféle méréseket végeztek el, melyek során kiderült, hogy a bábu testének különböző pontjai éppen hány fokosak, és mekkora hőmennyiséget ad le a test, azaz egy adott ponton éppen hogyan „érzi magát” a bábu. A ruhát mechanikai és hőtani teszteknek is alávetették, azaz vizsgálták például az anyag erősségét, hővezetési és hőtárolási, gyűrődési, és egyéb tulajdonságait.
A termobábu segítségével mérni lehet az adott ruházat külső hőmérséklet-eloszlását, valamint a hőátadást, a hőszigetelés hatékonyságát, így vizsgálható, hogy különböző hőmérsékleti változások milyen hatással vannak az emberre, vagyis jelen esetben az embert imitáló bábura. A termobábu képes szimulálni az emberi test hőtermelését, így vizsgálható egy jövőbeli űrruha légáteresztő képessége, illetve nedvesség elvezetése, ami fontos a hőkomfort fenntartásához, legyen szó akár űrsétáról, akár mikrogravitációs környezetben végzett egyéb tevékenységről.
Az Econ és a HUNOR program
A HUNOR (Hungarian to Orbit) program Magyarország ambiciózus terve, hogy évtizedek után ismét magyar mehessen a világűrbe. A program keretében Kapu Tibor magyar kutatóűrhajós az Axiom Mission 4 (Ax-4) legénységének tagjaként egy SpaceX Dragon űrhajó fedélzetén indul útnak június 25-én, hogy a tervek szerint a dokkolást követően a Nemzetközi Űrállomáson (ISS) előreláthatóan 2 hetet eltöltve tudományos kísérleteket végezzen. A program jelentős tudományos és gazdasági potenciált rejt magában, ösztönözve a hazai űripari és technológiai szektor fejlődését. A HUNOR program kísérletei számos tudományterületet ölelnek fel, a biológiai kutatásoktól kezdve az anyagtudományokon át az űrhajósok egészségének monitorozásáig. Az Econ Engineering által végzett szimulációs kutatás is szervesen illeszkedik ebbe a programba, hozzájárulva az űrhajósok életkörülményeinek optimalizálásához.
Az Econ Engineering Kft. egy 2002-ben alapított magyar vállalkozás, mely széleskörű mérnöki szolgáltatásokat nyújt a mérnöki szimulációk és szimulációs szoftverek, az ipari automatizálás, valamint a kompozit anyagok területén. A vállalat innovatív szemlélete és kutatás-fejlesztési projektekben való aktív részvételi szándéka vezetett a HUNOR programban való részvételhez, valamint ahhoz, hogy mérnöki beszállítója legyen az Axiom Space amerikai űripari vállalatnak a szilárdságtani szimulációk területén. A vállalat büszke rá, hogy szakértelmével hozzájárulhat mind a magyar és nemzetközi űripar innovációjához, mind a HUNOR program sikeréhez, és izgatottan várja a kutatás eredményeit, amelyek új távlatokat nyithatnak az űrruházatok tervezésének és gyártásának területén.
Az Econ elhivatott, hogy a magyar mérnöki tudásban rejlő innovációs potenciált népszerűsítse, nemzetközi szintű elismertségét kivívja és támogassa!
