KOZMİK ANAFOR
Evrenin Keşfi Kozmik Anafor Arşivi

Uyduların Performanslarını ve Ömürlerini Etkileyen Faktörler

Bu yazıyı yaklaşık 6 dakikada okuyabilirsiniz.
Prof. Dr. Lokman Kuzu
Latest posts by Prof. Dr. Lokman Kuzu (see all)

Türkiye’nin RASAT yer gözlem uydusu 17 Ağustos 2020’de uzayda 9. yılını tamamladı. Dünya çevresinde 47,943 tur attı, 16 milyon km2 alanı fotoğrafladı. GÖKTÜRK-2 uydusu ise yörüngedeki 8. yılını 2020 Aralık ayında tamamlayacak.

“Uyduların ömürlerini belirleyen ne” sorusu sıkça soruluyor. İşte cevabı:

Uzay çağı Sputnik uydusunun 1957 yılında uzaya fırlatılmasıyla başlar. 2007 yılında 50. Yılı kutlandığında yörüngede Alcatel Alenia Space’e yaptırdığımız haberleşme uyduları (TurkSAT) dışında bir uydumuz yoktu. Türkiye 2003’ten sonra bu işlere kafa yormaya başlamış ve tamamen kendi mühendislerin yaptığı RASAT uydusu 2011 yılında fırlatılmıştı. Nerdeyse bir sene sonra ise GÖKTÜRK-2 uydusunu fırlattı. Bu iki uydu tamamen ülkemizde tasarlanmış, üretilmiş ve test edilmiştir.

İnsanoğlu uzay ortamı ile ilgili çok az bilgiye sahip olduğu için kimse uyduların hangi ortamda çalışacağını, performanslarını neyin etkileyeceğini derinlemesine bilmiyordu. Tahmin edilen şeyler vardı. İlk uyduların ömürlerini direkt olarak üzerindeki pil (batarya) ömürleri belirlemiştir. Mesela Sputnik üzerinde sadece pil vardı. 3 hafta sonra iletişim kesildi. Birkaç ay sonra atmosfere girip yanmıştı. Güneş hücreleri icat edilince, bunlar uydular üzerinde kullanıldı ve uydu ömürleri arttı.

Mühendisler enerji işini çözünce bu sefer uydunun meteorlarla çarpışma ihtimallerini çalışmaya başladılar. Şu an uzayda epey bir uydu çöplüğü var, meteor var, ancak uydulara manevra yaptırarak bu çarpışmalardan kaçınabiliyoruz. Artık çöpler ve meteorlar uydu ömrünü etkileyen bir faktör sayılmayabilir. Şimdiye kadar çok az uydu bu yüzden kaybedildi.

Şu anda Dünya yörüngesinde binlerce uydu yer alıyor. Artık kullanılmaz haldeki uydular ise, dikkate değer oranda “uzay çöpü” haline dönüşmüş durumda.

 

Uydunun ömrünü kısaltan, etkileyen çok daha etkin başka faktörler var. Sayarsak:

Dünya çevresindeki radyasyon alanları,
Uydunun sürüklenmesi,
Uydunun radyasyon ortamından elektriksel yüklenmesi,
Uyduda kullanılan malzemenin uzayın boşluk ortamına çıkışta gaz salgılaması (outgassing),
Hareketli parçaların yağlanması (lubrication),
Pillerin ömrü.

1. Radyasyon Alanları (Van Allen Radiation Belts)

Dünyanın hemen çevresinde manyetosfer (magnetosphere) katmanı var. Dünyanın merkezinde bulunan demirden kaynaklanan bir alan. Güneş rüzgarları bu alana nüfuz edemiyor, bu yüzden dünyada yaşam mümkün oluyor. Bu alana takılmış enerji yüklü atomik parçalar dünyanın çevresinde hapsedilmiş durumda ve iki katman kemer oluşturmuşlar.

Iowa üniversitesinden Prof. Dr. James Van Allen ve arkadaşları bu kemerleri 1958 yılında farketmişler. Profesörün adına ithafen bu alanlara Van Allen radyasyon kemerleri deniyor. Explorer 1 uydusuna takılmış atomik radyasyon detektörü sayesinde keşfediliyor. Dıştaki kemer daha çok elektronlardan oluşuyor. Bu elektronlar çoğunlukla güneş rüzgarlarıyla geliyor ve burada takılı kalıyor.

Bu kemerler içinde çalışan uydular yüksek enerjili parçacıklardan etkileniyor. Yüksek enerjili atomik parçalar malzeme özelliklerini mahvediyor, performanslarını düşürüyor, hatta çalışan devreleri bozuyor. Özellikle güneş hücreleri (solar cells) bu alanlardan çok etkileniyor ve zamanla ürettikleri enerji miktarı düşüyor. İnsanoğlu için ise bu kemerler ciddi sağlık riski barındırıyor. Bu yüzden radyasyon kalkanları tasarlandı. Ayrıca insanlı yolculuklarda gidilen yolun ve yörüngenin uygun seçilmesi önemli.

2. Uydunun Sürüklenmesi (Satellite Drag)

Uydunun ömrünü kısaltan bir başka etken uydunun sürüklenmesi. Güneşten gelen güneş rüzgarları az da olsa yörüngeyi değiştiriyor. Ayrıca uydu dünyaya yakın bir yörüngede ise hala az da olsa atmosferin içinde oluyor. Tipik bir görüntü uydusu 700 km irtifada olsa, iyonosferin atomlarına çarpıyor, bu yüzden sürtünme oluyor ve hızı düşüyor. Hızı düşen bir uydu git gide atmosfere daha çok girmeye başlıyor. Örneğin Uluslararası Uzay İstasyonu yaklaşık 400 km irtifadadır ve sıklıkla yörünge düzeltmesi yapılır. Diğer türlü atmosfere girip yanardı. 700 km irtifada bulunan bir uydu için atmosfere giriş 300 yılın üstünde sürecektir.

Düşük irtifada bir başka sorun atomik oksijendir. Bir görüntü uydusu atomik oksijene maruz kalırsa, mercek veya ayna zarar görebilir, bu da görüntü kalitesini etkiler.

Dünya’yı çevreleyen Van Allen radyasyon kuşaklarının bir benzetimi.

 

3. Radyasyon Alanlarından dolayı Elektriksel Yüklenme

Elektriksel yüklenme, uydunun ömrünü etkileyen bir başka faktördür. Uydu uzayda binlerce volta varan potansiyele çıkabilir. Yüksek potansiyel farkları uyduyu etkiler. Ark yapan bir yer yanabilir. Onun için uydu yüzeyi olabildiğince iletken yüzeylerle donatılmalı ve topraklaması sağlam yapılmalıdır. Uydunun topraklaması (grounding) en önemli meselelerden biridir.

4. Gaz Salgılama (outgassing)

Uydu kullanılan malzeme ve parçalardan gaz boşalması ömrünü etkileyen bir başka faktör. Bu yüzden uyduyu tamamen kaybedebiliriz. Malzemeler, içinde bulundurdukları gazı vakum ortamına geçince bırakır. Bu olay özellikle fırlatma sırasında sorun çıkarır. Yapıştırdığınız bant çıkabilir, malzemeden çıkan gaz ayna yüzeyine yapışabilir. Bu etkileri görmek için uydu daha yerdeyken titreşme, fırınlama ve vakumlama testlerine tabii tutuluyor.

5. Hareketli Parçaların Yağlanması.

Uzayın vakum ortamından dolayı yağlanan parçaların yağı hemen uçacaktır. Bunun için ya kapalı parça tasarımı yapılacak ya da kullanılan yağ veya metal uygun seçilecektir.

6. Pillerin Ömrü

Görüntü uyduları Dünya çevresini yaklaşık 100 dakikada dolanıyor. Günde 14-15 tur atıyorlar. Her turladıklarında vaktin bir kısmını karanlıkta geçiriyorlar. Dolayısıyla solar hücreler karanlıkta iken enerji üretemiyor. Bu durumda uydunun üzerindeki piller deşarj oluyor.

Piller, günlük hayatta kullandığımız çoğu elektronik cihazın olduğu gibi, uyduların da ömrünü belirleyen en önemli etkenler arasında.

 

Pilleri şarj etme ve deşarj etme işini günde 14-15 defa yaparsak bu pil ne olur? Cep telefonlarının pilleri bile bir iki yılda ciddi zarar görüyor, değiştiriyoruz. Uydu pillerinde durum daha vahim. Onun için pil görüntü uydularında büyük sorundur.

Haberleşme uydularında durum daha makul. Yer merkezli yörüngede dolanan haberleşme uyduları yılın ekinoks günlerinde günde ortalama 72 dakika Güneş’i görmez. 45 gün güz ekinoksu, 45 gün bahar ekinoksunda bu durum yaşanır. Diğer günler uydu 24 saat Güneş’i görür. Onların ömrünü de üzerlerinde bulunan yakıt belirler. Yakıtı bitince manevra yapamayacağımız için yakıtın son kısmını kullanarak “mezarlık yörüngesi” de denilen uzay çöplüğüne (Graveyard orbit), yani bulunduğu yörüngeden 200 km daha öteye gönderiliyor.

RASAT uydumuz birkaç defa sorun yaşadı. Sorun pil değildi. İçindeki kartlardan bozulan oldu. Yedekleri çalışıyor. Görevden ayrıldığım günlerde sorun vardı, düzeltildi.

Pil teknolojilerine gelince: Hala dünyada harıl harıl çalışılan bir konu. Ömürleri ve şarj etme süreleri. Pillerin ömrü artırılabilirse görüntü uydularının ömürleri de artacak, şarj etme süresi çok kısaltılabilirse elektrikli araçlar yollarda daha çok görülecek.

Hazırlayan: Prof. Dr. Lokman Kuzu

Hep Daha Fazla Okumak Gerek

James Van Allen Ve Explorer 1

Zafer Emecan

Bir İnsan Kolonisi Titan’da Yaşayabilecek Mi?

Nur Sökmen

Kafanıza Bir Uzay Aracı Enkazı Düşerse Ne Olur?

Yavuz Tüğen

Gaz Devlerinin Dünya Benzeri Uyduları

Zafer Emecan

Mayak Uydusu

Kozmik Anafor

Satürn’ün Soğuk Cenneti: Titan

Zafer Emecan