1986. március 6-án a szovjet VEGA-1 majd 3 nappal később a VEGA-2 űrszonda megközelítette a Halley üstököst. A Vénusz kutatására készülő két űrszonda üstökös kutatására is alkalmas változatban készült el. A két azonos felépítésű szonda tudományos műszerei meghatározó részben magyar mérnökök és utatók részvételével készültek (1. kép).
Az üstökösök a Naprendszer primitív égitestei, amelyek megőrizték a keletkezésük ősi állapotát, nem a bolygók fejlődési folyamatát élték meg. Ezek a néhány kilométer méretű égitestek a Nap körül két gyűrűsávban keringenek, ahonnan a bolygók és környező csillagok gravitációs perturbáló hatására bizonyos példányok időnként kilökődnek és a Naprendszer belső területében is futó elliptikus pályára állnak. A Nap sugárzásának hatására felmelegednek és felszíni rétegeiből por és gáz távozik. A kibocsájtott anyag alkotja az üstökös látványos fejét és csóváját. A 17. században Edmond Halley angol csillagász matematikai módszerekkel meg tudta jósolni az üstökösök visszatérését, ezért kapta a 76 évente visszatérő retrográd pályájú üstökös, a Halley nevet.
A nagy nemzetközi összefogással épített két VEGA űrszonda 1986-ban megközelítette az üstökös magját, (VEGA-1 8890 km, VEGA-2 8030 km). Az ellentétes pályák miatt a találkozásoknál a műszerek mérési szakasza igen rövid volt (~1 óra), Az ESA Giotto űrszondája a VEGA szondák által meghatározott pontos pályaadatokat felhasználva még közelebb jutott a maghoz. A Vénusz–Halley (VEGA) programban való részvétel volt máig a legnagyobb magyar űrfizikai vállalkozás. A szondák műszereinek egyharmada Magyarországon, ennek jelentős hányada a KFKI-ban készült. Fontos egységeket készítettek a Budapesti Műszaki Egyetem (BME) űrkutatói is. A KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetben (RMKI) tervezett és épített képfelvevő és követő rendszer (TVS) nemcsak képeket közvetített az üstökösről – a történelemben először kaptunk képeket egy üstökös magjáról –, hanem önállóan, földi utasítások nélkül megkereste és folyamatosan nyomon követte az üstökös magját, ráirányította a szondák mérőműszereit. Ez volt az űrkutatás történetében az első eset, amikor valós idejű képfeldolgozás alapján történt az autonóm vezérlés. Az RMKI-ban (jelenleg Wigner FK) fejlesztették a TÜNDE töltött részecske detektort is. A plazma tanulmányozására szolgáló másik detektor (PLAZMAG) fejlesztése a KFKI Atomenergia Kutatóintézet fővállalkozásában, a BME és az IKI (SzUTA Űrkutatási Intézete) közreműködésével történt.. A BLISZI fedélzeti adatgyűjtő egységét a BME űrkutatói alkották meg, ugyancsak ők fejlesztették a magyar tudományos műszerek tápellátó rendszerét.
Az űrszondák fejlesztésénél a fontosabb szempont a megbízhatóság, a végleges repülő példány megvalósítása kompromisszumok (súly, térfogat, áramfogyasztás, költségek stb.) eredménye. A tartalékolás a legkézenfekvőbb megoldás, amely több szinten történhet: szonda, műszer, funkcionális egység és alkatrész szinten. A két azonos VEGA szonda brutális megoldásnak tűnhet, de ha figyelembe vesszük az új műszerek fejlesztésének költségeit, akkor talán nem is olyan ijesztő megoldás a műszerek repülőpéldányból két készletet gyártani. Az elkészült műszerek gondos tesztelése a műszer egységek és űrszonda szintjén, beleértve a várható hőmérsékleti és mechanikai terhelések alatti működés ellenőrzését. Természetesen az alkatrészeknek a kellő minősítéssel kell rendelkezni és a paraméterek megválasztásánál a tényleges terhelésnél nagyobb paraméterűt kell választani (derating)
A szondán lévő műszerek közül a TVS képei, (először látható üstökös magról) váltották ki a legnagyobb érdeklődést. Az üstökös magjának követése TVS által egy két irányban forgató platform vezérlésével valósult meg. Az irányt követő vezérelt platformon a TVS egységeivel együtt további két tudományos műszer volt. Az egyik műszer az üstökös mag körüli gáznemű és szilárd részecskék kémiai összetételét (IKS) és a másik pedig háromcsatornás spektrométer (TKS) az üstökös csóva és kóma kémiai összetételét vizsgálata ultraibolya, látható és infravörös tartományban.
A TVS három egységből állt: kis látószögű kamera, nagy látószögű kamera és a jel feldolgozó egység (2.kép).
A kamerák optika része Franciaországban és Szovjetunióban készült. A két kamerában két-két félvezető alapú töltés csatolt fényérzékelő 512 x 576 mátrix (CCD) volt. A nagy látószögű kamera egyik CCD-je félig fedett típusú, zár nélküli, ún. televíziós üzemmódban dolgozott, a többi érzékelő előtt elektromechanikus zár csak az expozíció ideje alatt engedett fényt a CCD-re. Mindkét kamera egy-egy CCD-je előtt színszűrő tárcsa volt. A kamerákra kerültek a fényérzékelők kiolvasását biztosító elektronikák, a videojel erősítő, az analóg-digitál átalakító, az elektromechanikus zárvezérlő, a színszűrő tárcsa léptető egysége és az ellenőrző fényforrást vezérlő elektronika.
A tévérendszer két 8 bites CMOS mikroszámítógépet (NSC 800) tartalmazott. Az NSC 800 8 bites mikroprocesszor az Intel 8085 processzorának megfelelő nagy megbízhatóságú kis fogyasztású és változata. Az egyik processzor feladata üstökös mag felismerése és követése, míg a másik a képek továbbítja a Földre (TM), valamint a fölről érkező parancsok (TC) fogadása és feldolgozása. A sokrétű feladatok kezelésére multitaszkos real time operációs rendszer lett alkalmazva, amely biztosítani tudja a sokrétű feladatok kezelését. Kétfajta program egységek lettek kialakítva: gyors reagálási időt igénylő feladatokat hardver programmegszakításokat kiszolgáló programrészek (interrupt service rutin – ISR)) kezelik. A másik feladatkezelő programrészek (taszkok) az operációs rendszer monitor programja (kernel) adja át a vezérlést a sorrendben következő taszknak. Egy időzítő rendszer figyelte a taszkokban töltött időket, és ha esetleges hiba folytán nem fejeződött be az előre meghatározott idő alatt, akkor ez az ún. watch-dog rendszer kilépett ebből az állapotból.
Mindkét processzornál a működtető programot bipoláris PROM-okba lettek betöltve. Mivel a bipoláris memóriák fogyasztása magas, a tápfeszültséget mindig csak az olvasás idejére kapta a megfelelő PROM. Az első számítógép feladata a tudományos képkészítés és a gyors telemetrián (65 kbit/s) keresztül a kapcsolat tartása volt a Földdel. Képeket, technológiai paramétereket és a rendszer egyes elemeinek működőképességére jellemző adatokat továbbított a Földre, valamint értelmezte az onnan érkező parancsokat. A második számítógép feladata az üstökös felismerése és követése. A képfeldolgozó számítógép továbbította azokat az adatokat is, amelyeket a követő- (orientációs) rendszer szolgáltatott, valamint átadta azokat a földi parancsokat, amelyek az orientációra vonatkoztak.
Az orientációs hardver a képérzékelőkről érkező digitalizált képet 256 x 256 méretűvé redukálta. Ez történhetett tömörítéssel vagy a részkép kivágásával. A CCD-k egyedi ponthibáinak, illetve hibás oszlopainak javítására egyedi áramköri megoldást alkalmaztunk. Az üstökösmag gyors felismerése érdekében célhardverek készültek. A célhardverek alkalmazása lehetővé tette, hogy a mintavételezés ideje 3,3 másodpercre csökkenjen, és így a kis látószögű kamera látószögéből az üstökösmag nem tűnt el, még a közeli fázisban sem. Az áramkörök adataiból számolt pozíció alapján a processzor vezérelte a platform elfordulását.
Az üstököskövető és képfeldolgozó rendszer egyazon célt szolgáló tartalék elemei különböző megoldásokkal, eltérő technológiai megoldásokkal és eltérő alkatrészkészlet alapján, egymástól független fejlesztők készítették (3. kép).
Ez kizárta mind az alkatrészszintű, mind a tervezési szintű szisztematikus hibák lehetőségét. Az üstökös és magjának automatikus felismerésére digitális és két eltérő analóg megoldást alkalmaztunk. A nyolcszegmensű fényérzékelő diódák jeleit feldolgozó analóg áramkörökből felépült követőrendszer Moszkvában készült. A felismert követési "pont" mindhárom megoldásban önállóan biztosította a platform vezérlését (4. kép).
A megközelítés közeli szakaszában a várható pályát a mikroprocesszoros digitális rendszer Kálmán-szűrő alkalmazásával prediktálta. Az optimális expozíciós időt CCD képérzékelőként dedikált áramkörök biztosították. Az egyszeres meghibásodás elleni védelem érdekében több alkatrészt tartalékoltan építettünk be (az órajel frekvenciáját biztosító kristályból három volt). Az alkatrészek terhelhetőségét legalább kétszeresen túlméreteztük. A programokat a memóriákban 8+4 bites hibajavító Hamming-kódolással tároltuk, a hibajavítást külön célhardver végezte. A mikroprocesszor a program futása közben az eltárolt ellenőrző összeg (check-sum) segítségével időnként ellenőrizte a PROM-ok helyes tartalmát. Az indítás és a bolygóközi repülés közben fellépő környezeti hatások elviselését bizonyítandó hő-vákuumkamrai és rezgésvizsgálatokkal teszteltük.
A követőrendszer helyes működését egy üstökös mozgását szimulálni képes, kollimátor alapú rendszer segítségével teszteltük. Ez a rendszer lehetővé tette az üstökös és szonda megközelítésekor a különböző relatív pályák szimulálását, és ellenőrizni lehetett a pályaszámító algoritmus működését (4. ábra). Tökéletes pálya-előrejelzés (prediktálása) esetében az üstökös diaképe egyhelyben maradt (dX = 0 és dY = 0). A VEGA-1-es szonda mérési adatainak felhasználásával vált lehetővé az ESA Giotto szondájának az üstökös magjához közelebbi pályára való vezérlése.
Az űrszondák adatai szerint az üstökös magja elnyúlt „krumpli” alakú, felszíne fekete színű. Az üstökös mag mérete 16 x 8 x 7 km, forgási ideje kb. 53 óra. A megfigyelések szerint az üstökös magjából gejzírszerűen törnek ki anyagáramlások, por, jég és gázok formájában, és a felszín 10 % mutatott ilyen aktivitást. Másodpercenként 4-10 tonna por és 15-20 tonna víz lépett ki a magból az üstökössel való találkozáskor. A kilépő gázmolekulák 80 % vízmolekula volt, a fennmaradó hányad szén-dioxid, ammónia és metán.
A VEGA program teljes siker volt. Az amerikai sajtó szerint az első szputnyik óta nem volt olyan szovjet űrvállalkozás, amely így megragadta volna az amerikai emberek figyelmét. A New York Times a tudományos együttműködésről, a sikeres magyar részvételről is írt, a Washington Post a magyarok jelentős szerepét emelte ki. A Nature különszáma 15 cikkben közölte az első tudományos eredményeket, közülük hatban voltak társszerzők a KFKI és a BME munkatársai. 1986-ban Állami Díjban részesült öt kutató a KFKI-ból és három a BME-ből.
Szalai Sándor professor emeritus
Wigner Fizikai Kutatóközpont