Újbuda

Budapest Főváros XI. Kerület Újbuda Önkormányzatának honlapja
  |  
A+   A-
  |     |  
december 13. szerda, Luca, Otília

Ballonokba épített csúcstechnológiás laboratóriumok titkai

Újbuda   |   2017, február 20 - 15:24
Nyomtatóbarát változatSend by email

Egy NASA-projektben végzett kutatásaiért vehetett át elismerést a közelmúltban Hegyi Dezső, a BME Építészmérnöki Kar Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszékének docense. Szerinte a NASA jó hasznát veszi az építészetben megszerzett tudásának a magaslégköri ballonos fejlesztéseknél.

Hegyi Dezső Korányi-ösztöndíjjal töltött egy évet az egyik legnevesebb amerikai egyetemen, a Kaliforniai Műszaki Egyetemen. A kutatócsoport tagjai a közelmúltban a „Robert H. Goddard Exceptional Achievement for Engineering” díjat vették át több éves munkájukért. Hegyi a 2012-2013-as tanévben Sergio Pellegrino professzor, a csoport vezetője és a terület nemzetközi szaktekintélye mellett dolgozott. „A NASA-projektekben is résztvevő Greschik Gyula ajánlott be hozzá, akinek éppen futó projektjébe jól illeszkedtek a korábbi, a membránokkal és a sátrakkal kapcsolatos ismereteim” – emlékezett. „Neki is és nekem is jól jött a lehetőség.” A magyar kutató a CalTech repülőmérnöki kutatásokat végző GALCIT (Graduate Aerospace Laboratories of the California Institute of Technology) nevet viselő intézetében, ezen belül a Space Structure Laboratoryban végezte vizsgálódásait. „Pellegrino professzor magaslégköri ballonokkal is foglalkozik, amelyek a magasépítési héj- és a membránszerkezetekkel állnak rokonságban. Így kerültem én építészként a kutatásokba. Egy építész számára ez határterület: ritkán foglalkozunk űrben használatos tárgyakkal. Érdekesség, hogy a professzor sem gépészmérnök, ő is az építőipar irányából érkezett, építőmérnök.”

Számos tudományos kísérletnél szükségtelen a világűrbe feljuttatni egy laboratóriumot, hiszen elegendő ballonokkal elérni a 30-40 kilométeres magasságot, ahol már a légkör hatásai kiszűrhetők vagy csökkenthetők. A héliummal töltött ballonok fejlesztésének hátterében jórészt anyagi okok állnak: az így feljuttatott 3-5 tonnás automata laborok ára egymillió dollár körül mozog, szemben egy hasonló képességű műhold 50-100 millió dolláros költségével. A ballonok élettartalma ugyan rövidebb, ám a lezuhanásukig értékes adatok sokaságát juttatják vissza a Földre rádiójelekkel. További előnyük, hogy részben vagy teljesen újrahasznosíthatóak ezek az autómata laborok. E ballonok két fő típusát ismerjük.Az egyik az ún. Super Pressure Balloon (SPB), a másik a Zero Pressure Ballon (ZBP). Utóbbi alulról nyitott. Nagy magasságban az éjszakai lehűlés,a hélium térfogatcsökkenése miatt a membrán összehúzodik, majd nappal ismét kitágul a gáz és újra megfeszül a felület. A belső és a külső nyomás folyamatosan azonos kívül és belül az alsó nyílás miatt, ezért a felesleges gáz kiáramlik. Az így kialakuló, ciklikusan hullámzó mozgás mindössze néhány napig tartható fenn, mielőtt a szerkezet lezuhan. E megoldás előnye, hogy nincs túlnyomás, ezért gyengébbre lehet építeni a ballont.A Super Pressure Ballonok lényegében zártak, így a hőingadozás okozta túlnyomás miatt keletkező erőhatásokat a ballonok szerkezete egyensúlyozza ki. A hatalmas méret miatt kialakuló spontán szivárgás, valamint túlfolyó szelepek akadályozzák meg a nagy belső nyomás okozta tönkremenetelt. Ezeket a ballonokat 100-150 m átmérőjűre tervezik ahhoz, hogy nagy magasságban a ritka légkörben is elég nagy terhet tudjanak viselni. A zárt rendszer miatt hetekig képesek repülni: fejlesztésük fontos kutatási terület költséghatékonyságuk miatt.A visszaérkező (azaz, lezuhant) ballonok maradványait jeladók segítségével találják meg a kutatók, így a hasznos teher és az adatok egy része visszanyerhető. Főként a sarkköri területeken használják őket, több okból. Egyrészt itt kisebbek a Föld forgásából fakadó eltérítő erők, másrészt kisebb az esély becsapódásukra lakott területen. A szerkezetek ugyanis irányíthatatlanok, ám így is óriási terület felett repülhetnek át.

A sokrétű munkában a magyar építész a ballon anyagának tönkrementelével foglalkozott. „Vizsgálataink végső célja az, hogy minél tovább működjön egy felbocsátott ballon” – nyomatékosította. A ballonok egy LLDPE (Linear Low Density Polyethylene) elnevezésű műanyagból készülnek, amely a hétköznapokban sok egyéb területen is használatos. „A műanyag a ballon összes költségének elenyészően kis részét adja, de fejlesztése lényeges, mert az élettartamától a többi, nagyon értékes berendezés léte függ”– tette hozzá a kutató, hangsúlyozva azt a laikusok számára különös információt is, hogy e membránok a bevásárlószatyroknál vékonyabb és gyengébb anyagból készülnek. „Azt vizsgáltuk, hogy mennyire lehet kihasználni ezt a rendelkezésre álló anyagot. hogy ez a nagyon gyenge és vékony anyag kibírja a terhét, valamint ellenálljon a legnagyobb akadálynak: a magasban kialakuló mínusz 60-90 foknak, amelyben a hétköznapi műanyagok rideggé válnak. A bevásárlószatyrok anyaga mínusz 20-30 foknál már üvegszerűen törik, az általunk használt anyagok csak mínusz 80-90 fok körül kerülnek ilyen állapotba. A kutatócsoport egyik fő kérdése volt, hogy az anyag hogyan viselkedik ilyen alacsony hőmérsékleten, és hogyan megy tönkre.”

Fotó: bme.hu

Hegyi Dezső a korábbiaknál sokkal pontosabb számítási módszereket dolgozott ki a membrán tönkremenetelét vizsgálva. „Az emberek általában könnyen el tudják képzelni, hogy egy erő hatására eltörik egy betonkocka vagy egy vasrúd, de ennél sokkal bonyolultabb, amikor membránokkal dolgozunk. A feszültségek és alakváltozások során elvégzett deformációs munka teszi tönkre az anyagot. Arra dolgoztunk ki elméletet, hogy a kritikus helyeken hogyan lehet ezt a hatást mérni, kiszámolni és milyen érték okoz már tönkremenetelt.”

A műanyag szakadásával összefüggő mérések során a bevágott fóliacsíkot egy speciális mérőberendezésen addig húzták, amíg a bevágás elkezdett továbbszaladni. Egy másik használt eszköz egy olyan doboz volt, amelyben a túlnyomást modellezték, így az egyszerre több irányba húzódó anyag szakadásához szükséges energiát keresték. Egy kolléga az alakváltozáshoz rendelt feszültségeket mérte, a magyar kutató pedig a tőle megkapott függvényekkel tudott végül a tönkremenetelt előidéző energiaértékeket számolni.

„A GALCIT-on tucatnyi professzor dolgozott több mint hatvan doktorandusszal, és alig húsz MSc-s hallgatóval, BSC-s hallgatók nem tartoznak ehhez az intézethez” – emlékezett a tanulságos évre a magyar kutató. „Nehéz ezt összevetni azzal, amit itthon kell teljesíteni az oktatónak, viszont az itthoni, időnként nehezebb körülmények találékonnyá teszik a kutatót, ami azután ott is hasznosítható. Doktori kutatásaim kezdetén, anyagbeszerzéskor például a mi laborosunk körbesétált, és megnézte, honnan lehet levágni egy méteres laposvasat, hogy befogópofát készítsünk. Nem tudtunk a fóliához ún. mérőbélyeget használni, ezért a méréshez egy fotóeljárást fejlesztettem ki. Végül publikáció született belőle, és közben rengeteget tanultam, viszont két hosszú évet töltöttem ennek az eszköznek az elkészítésével: a disszertációmban hangsúlyosabb lett a mérési eljárás kidolgozása, mint maga a mérés, és ez biztosan másképpen történt volna a CalTechen. Ott a legmodernebb végeselem-szoftvereket egyszerűen leveszik a polcról, de gyakran nem látják át kellőképpen, hogy milyen korlátai vannak ezeknek az eszközöknek, hiszen a fejlesztésüket mások végzik. Előfordul, hogy olyan problémák megoldására próbálják használni, amelyekre már nem is alkalmas. E rendkívül drága és itthon nehezen hozzáférhető szoftverek helyett mi magunknak írunk programokat, ami hosszú ideig tart, de így adott esetben megalapozottabb, amit csinálunk. Viszont akár a szoftverek, akár a fizikai eszközök fejlesztése is évekbe telik, és sosem válnak univerzálisá, hisze konkrét problémák megoldására fejlesztjük őket. Az Egyesült Államokban a komoly anyagi támogatás miatt nagy nyomás van a kutatókon, hogy eredményeket mutassanak fel, így általában idejük sincs a programozásra. De a rendelkezésre álló költséges programok és berendezések miatt nincs is szükségük erre. Rajtunk nincs ekkora nyomás: ilyen szempontból nagyobb a szabadságunk a témaválasztás vagy a feladattal töltött idő kapcsán, de kisebb a mozgásterünk a hiányzó eszközök okán.”

Az ösztöndíj eredményeként cikk, valamint szakmai előadások születtek. „Azóta is kommunikálunk a CalTech-es kollégákkal, és lenne fogadókészségük a rendszeres visszatérésemre, a laborukat használhatnám, de anyagi források hiányában ez elég nehéz. Jólesik, hogy nem felejtettek el, örülök a díjnak és remélem lesz még mód a munka folytatására” – összegezte Hegyi Dezső.

forrás: BME.hu

LEGFRISSEBB
OLVASTA?
×

Először volt karácsonyi vásár Albertfalván  

Adventi vásárt tartottak december második hétvégéjén az Albertfalvi Közösségi Házban (AKH) Farkas Krisztina önkormányzati képviselő segítségével. Az első alkalommal megrendezett programon neves művészek is felléptek, az árusok pedig minőségi termékeket kínáltak.

LAKOSSÁGI FELHÍVÁS az erdő- és szabadtéri tüzek megelőzésére  

Az enyhébb tavaszi időjárás beköszöntével egyre többen választanak szabadtéri programot és tevékenységet, ennek során fokozottabb figyelmet kell fordítani a szabadban keletkező tüzek megelőzésére. A veszélyt a száraz aljnövényzet és avar jelenti, amelyben könnyen és gyorsan terjed a tűz, különösen erős szél esetén. A szabadtéri tűzesetek keletkezésének fő oka az emberi gondatlanság. A károk akkor előzhetőek meg a legkönnyebben, ha tisztában vagyunk a biztonságos szabadtéri tűzgyújtás és a tűzmegelőzés alapvető szabályaival.