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
