Uzay araştırmalarında kullanılan teknolojik aletler neler?

Uzay Araştırmaları


4 Ekim 1957 Sputnik I gönderildi (RUSYA)
Bir ay sonra Sputnik II ve Leica gönderildi
31 Ocak 1958 Explorer I gönderildi (ABD)
Bu iki ülke arasındaki yarışa daha sonra
Fransa 1965
Japonya 1970
Çin Halk Cumhuriyeti 1970
İngiltere 1971 yılında katıldı.

Uzay Araştırmaları o zamanlar çok pahalı bir uğraştı. NASA ilk 20 yılda 90 trilyon dolar harcamıştır. Bu nedenle iki ülke yarıştı.
Diğer ülke SSCB idi. Bilimler Akademisi bu işi yürütüyordu ve onlarda hemen hemen aynı harcamayı yapmışlardır.
Üçüncü güç Avrupa Uzay Araştırmaları Örgütü (ESRO) olmuştur. 1975 yılında adı Avrupa Uzay Ajansı (ESA) olmuştur.
Başlangıçta Belçika, Hollanda, Danimarka, Almanya, İtalya, İngiltere, İsveç, İspanya, İsviçre ve Fransa.
Ariane roketi 1980’li yıllarda sonra kullanılmaya başlanmıştır. Daha önce NASA’yı kullandılar.
Sadece insansız bilimsel ve uygulama uyduları üzerine yoğunlaşmıştır.
Türkiye’de uzay çalışmaları var mıydı?
Bu sorunun yanıtı hem evet hem hayır.
Uzay araştırmaları merkezlerinde çok sayıda Türk çalıştı, işlerinin uzmanı oldular.
Uydu ile alınmış veriler üzerinde çalışan Türk bilim adamlarının sayısı çok fazla.
Ama uzun süre uzay çalışmalarını planlayan ulusal bir kurumumuz olmadı.
İlk girişimler 1982 yılında yapıldı.
Önce bilim adamları TÜBİTAK’ı sıkıştırdı.
1990’larda devlet sıkıştı ve TÜBİTAK’a görev verdi. Bu projeyi geliştirmek için.
Hazırlanan proje MGK tarafından beğenilmedi.
Aynı görev Ulaştırma Bakanlığına verildi.
O da beğenilmedi ve Türk Hava Kuvvetlerine görev verildi. Görev layıkıyla yerine getirildi.
2002 yazında Türk Uzay Kurumu aşaması son evreye geldi ve kanun teklifi meclise sunuldu.
Uzay Araştırmalarının genel amacı , temel bilimlerin ve teknolojinin de itici gücü ile,

Uzay Araştırmalarının Amacı

Uzayda doğal olayların ölçülmesi
Bilinmeyenin araştırılması
Bilginin genişlemesi
Yer dışında insanlığa yararlı olabilecek kaynakların ve enerjinin bulunması.

Genel İtici Güçler

Bu araştırmaları gerçekleştiren itici güçler;
Ulusal itibar
Ulusal güvenlik
Bilimsel merak
Özelde ise;
Dünya yer üstü ve yer altı kaynaklarının bulunması
Denizlerden yararlanma
Meteoroloji, iletişim(haberleşme) ve enerji
Gibi sorunlara yer atmosferi dışında yanıt aramaktır.





Uzay Araçları

Uzay aracı deyince ne anlıyoruz?
Sonda roketi
Dünya yörüngesine oturtulan yapay uydu
Gezegenlere gönderilen uzay sondaları
Gezegen yüzeylerine bırakılan Kondu’ları
anlamalıyız. Bunlar insanlı veya insansız olabilirler. Her üçü de biçim, büyüklük, amaç ve karmaşıklık bakımında farklılıklar gösterir. Örneğin insanlı uçuşlarda yaşam desteği vardır.


Uzaya fırlatma



Uzay aracını yer çekimine karşı uzaya fırlatmak için gerekli gücü roket motorları sağlar.
Bu motorlarda yanarak oluşan egzoz gazı yüksek bir hızla atıldığında meydana gelen tepki, fırlatma aracının itici gücünü oluşturur.
Roket yükseldikçe yakıt miktarı azalır, araç hafifler ve aracın ivmesi giderek artar.
Yer yörüngesine oturabilmesi için yaklaşık 28000-29000 km/saat hızına ulaşması gerekir.
Yerçekimi kuvvetini farklı h’lar için hesaplayınız





Kademelendirme

Uzay aracının en sonunda hızını artırabilmek için bulunan bir yöntemdir.
Roket birden fazla kademeden oluşturulur.
İlk kademenin yakıtı bittiğinde tank atılır. Bu şekilde araç hafifler.
Genellikle üç kademelidir ama Ariane roketlerinin son modelleri beş kademelidir.
Uzaya gönderilmek istenen esas aracın ağırlığı, çok kademeli bir fırlatma aracının kalkış anındaki ağırlığının %1’nden daha azdır.


Uzay aracının ivmesi


Yer yörüngesine oturabilmesi için gerekli hıza ne kadar çabuk ulaşırsa o kadar az yakıt harcanır.
Eğer süre uzarsa yer çekiminden dolayı hızında her saniye 9.8 metre hız kaybeder.
Bu ise aracı yüksek bir ivme ile fırlatmamız gerektiğini ortaya koymaktadır.
İvme için bir üst sınır vardır. Araçtaki aletler bu ivmeye dayanabilmelidir. Örneğin insanlı uzay uçuşlarında bu sınır 6g-7g’den fazla olmaz.


Roketler...


Uzay araçlarını yer yörüngesine veya gezegenler arası bir yörüngeye oturabilmesini sağlarlar.
Büyüklük, kademe sayısı ve roket motorları gözönüne alındığında çok çeşitleri vardır.
Örneğin NASA’da geliştirilen dört kademeli SCOUT fırlatma aracının yüksekliği 22m, çapı 112 cm, fırlatıştaki ağırlığı 21000 kg’dır.
Bu 180 kg ağırlığındaki bir uyduyu yer yörüngesine taşıyabilir veya 38 kg ağırlığındaki bir uzay sondasını dünyadan kaçış hızı verebilir.


SCOUT Roketi



İlk kez 1958 de uretildi ve bir yiı sonra dört kadameli olanı yapıldı.
1.Kademenin ado Algor ve 40 saniyede yakıtını yakarak 510,000 Newton’luk bir itme sağlıyor.
2.Kademenin adı Castor ve 39 saniyede yakıtını yakarak 225,000 Newton’luk bir itme sağlıyor.
3.Kademenin adı Antares, 39 saniyede 61,000 Newton’luk bir itme
4.Kademenin adı Altair, 38 saniyede 13,700 Newton’luk bir itme
Dört kadamede de yakıt kullanan Scout roketinin her kademedeki kimyasal yakıtı farklılık gösterir.
23 kg’lık bir yükü 13,700 km’ye, 68 kg’lık bir yükü ise düşük yer yörüngelerine taşıyabilir.
İlk uçuşunu 1 Temmuz 1960’da son uçuşunu ise 1993’de gerçekleştirmiş.
Başarı oranı %88’dir ki bu oran uzay çalışmalarında çok yüksektir.


Roketler...

Bir örnek daha verelim. İlk Ay uçuşlarında kullanılan Satürn 5 fırlatma aracı üç kademeliydi.
Satürn 5’in yüksekliği 111 m, fırlatılıştaki ağırlığı 2700 ton. Bunun ¾’ünü yakıt oluşturuyordu.
112 tonluk bir ağırlığı yer yörüngesine taşıyabiliyor, 4.3 tonluk bir ağırlığa ise kaçış hızına yükseltebiliyordu.
Büyük fırlatma araçları çok pahalıya mal olmakta ve ancak bir kez kullanılmaktadır.


Uçuş yolları ve yönlendirme

Uzay aracını hangi amaçla atarsak atalım, uçuş yolunun önceden saptanması gerekir. Gezegenler arası yolculuk yapıyorsa ne zaman hangi gök cisminin çekim kuvvetinden yararlanacağı saptanır.
Yerin dönmesi, gezegenlerin yörüngelerindeki hareketleri, uzay aracını etkileyen ve sürekli değişen kütlesel çekim kuvvetler nedeniyle bir uzay aracının hareketi hiçbir zaman bir doğru çizgi boyunca ya da sabit hızda değildir.
Uzayda yönlendirmenin temeli dönen denge çarkının (jiraskop) eylemsizliğine dayanır.



İzleme ve iletişim


Uzay aracı ile sürekli radar ya da radyo bağlantısında bulunmak olanaksızdır.
Yeryüzünde çok sayıda izleme istasyonu gerektirir.
Telemetre tekniği ile sıcaklık, ivme, basınç, çekilen fotoğraf gibi bilgiler kodlanıp izleme istasyonuna radyo dalgaları ile iletilir.
Araca verilecek emirler de yine izleme istasyonlarından radyo dalgaları ile bildirilir.
Araçtaki alıcı ve göndericinin tam çalışması için antenlerin ve güneş panellerinin tam olarak yönlendirilmeleri gerekir.


Kenetlenme


İki uzay aracının çeşitli nedenlerle uzayda birleşmelerine kenetlenme denir. Bunun için her iki uzay aracının yörüngesi aynı olmalıdır.
Yörüngelerin çakıştırılmasına randevu denir.
Randevunun gerçekleşmesi için ikinci uzay aracının fırlatılma anı çok önemlidir.
Radar donanımı, bilgisayar ve itici roketler ile işlem gerçekleştirilir.
Ay’dan kalkan Ay modülü yörüngede dolaşan komuta modülüyle kenetlenmişti.
Uzay istasyonu kurma veya Mars’a insanlı uzay uçuşu güvenilir randevu ve kenetlenme tekniği gerektirir.

Dünyaya dönüş

Dünyaya dönüşte uzay aracının hızının düşmesi gerekir. Bu ise frenleme roketleri, atmosferik sürtünme ve paraşütle sağlanır.
Aracın atmosfere giriş açısı çok önemlidir. 5-7 derece. Bu açı eğer küçük olursa uzaya kaçar, büyük olursa da atmosfere dik girdiğinden sürtünme çok yüksek olur.
Sürtünme fazla olduğunda uzay aracı akkor hale gelir. Bu nedenle çok iyi izolasyon gerektirir.
Astronotlar paraşütle denize iner, kozmonotlar ise paraşütle Sibiryaya iner. Ay ve Mars’a iniş?
Uzay mekiği bir tür planördür, hava alanına iner.



Uzay Programları

Uzay programları ya bilimsel araştırmaya ya da uygulamaya dönük olmak üzere iki şekildedir.
Bilimsel araştırma, genellikle güneş sistemi üyelerine yöneliktir veya yıldızları daha iyi gözlemek için yer atmosferinden kurtulmak şeklindedir.
Uygulamaya yönelik programların amacı ise ekonomik yararı olan yapay uydular aracılığı ile toplumlara çeşitli alanlarda hizmet götürmektir.
Sonda roketleri.



Ay programları

NASA Ay’a astronot göndermeden önce uzun süre araştırma yapmıştır. 1961-65 arasında 9 Ranger, 1966-68 arasında 7 Surveyor ve 1966-67 arasında 5 Lunar Orbiter olmak üzere toplam 21 robot sonda göndermiştir.
Ranger’larda dört tanesi başarılı olmuş ve bunlar doğrudan Ay yüzeyine çarpmışlardır. Kazadan ! önce fotğraf çekip göndermişlerdir.
Surveyor sondaları Apollo uzay araçlarının ineceği yeri belirlemişlerdir.
Lunar Orbiter serisi ise Ay’ın %99’unun haritasını çıkarmıştır.

Uygulama Programları

Toplumlara ekonomik ve kültürel yarar sağlayan yer uydularının sayısı gün geçtikçe artmaktadır.
Bunlar hizmet alanına göre iletişim, meteoroloji, doğal kaynaklar, haritacılık, yer bulma ve yönlendirme gibi sınıflara ayrılabilir.
Bunlar içinde en önemli olanı askeri uydulardır.
Bu hizmetlerden başlangıçtan bu yana Türkiye de yararlanmıştır. MTA, Meteoroloji GM, Harita GM, DSİ, TPAO gibi devlet kurumları çalışmalar yapmıştır.

Uzay araçlarını genelde iki gruba ayırırız:

• İnsanlı uzay araçları
• İnsansız uzay araçları

Bunlarda girdikleri yörüngelere göre üçe ayrılırlar:

• Yer etrafında yörüngeye girecek olanlar
• Ay çevresinde yörüngeye girecek olanlar ya da Ay’a inecek olanlar
• Gezegen yörüngelerine girecek olanlar ya da Güneş çevresinde dolananlar

İnsansız uzay araçlarının Yer’i terk ettikten sonra geri dönmelerine gerek yoktur. Ancak insanlı olanların yere dönmeleri gerekmektedir. Bu nedenle içlerinde insan metabolizması için gerekli olan donanımın bulunması gerekmektedir. Başka bir sınıflama da amaca göre sınıflamadır. Buna göre:

• Bilimsel amaçlı uydular (genelde tek bir uydudan oluşurlar)
• Hizmet amaçlı uydular (birden fazla uydunun ortak çalışması vardır, örneğin, meteoroloji uyduları, haberleşme uyduları bu türdendir)
• Askeri amaçlı uydular (erken uyarı sistemleriyle donatılmış aynı zamanda askeri haberleşme amacıyla kullanılırlar)
• Casus uyduları, yapıları, amaçları, ömürleri saklı tutulan, düşman topraklarını gözleyen uydular

İmha uyduları, askeri uyduların bir cinsidir. Düşmana ait bir askeri veya casus uyduyu işlemez hale getirmek için fırlatılan uydulardır. Bir bomba olarak düşünülebilir.
YER ÇEVRESİNDE YÖRÜNGEYE GİREN UYDULAR


Bu tür uydular genellikle insansızdır. Şu anda yer yörüngesi etrafında binlerce uydu bulunmaktadır. Uydu bir merkezi cisim etrafında (yer, gezegen, güneş gibi) eliptik veya dairesel yörüngeye girmek üzere imal edilmiş araçlardır. İçlerinde ve dışlarında yapacakları işe göre uygun aletlerle donatılmıştır. Kabaca bir uydunun yapısı incelenirse, şu kısımlardan oluştuğu görülür:

1. Uyduların dışları: Uydunun dış kısımları gümüş veya altın bir baraka ile kaplanmıştır (özellikle tüm haberleşme uyduları, iç gezegenlere gönderilen uydular ve ay modülleri). Bu tabakanın en belirgin özelliği yansıtıcı olmasıdır. Güneş ışınları yansıtılarak uydunun ısınması engellenmiş olur. İkinci neden ise özellikle altının iyi bir iletken olmasıdır. Yer yörüngeli uyduların büyük bir kısmı Van Allen manyetik kuşakları içersinde bulunurlar. Bu kuşaklar güneşten ya da yıldızlar arası ortamdan gelen yüklü parçacıkları hapsederek, kutup ışımasına neden olurlar. Bu parçacıkların oluşturdukları elektrik alan uydudaki elektronik aletlerin çalışmasını engeller. Altın barak oluşan elektriği toplamaya yarar. Özellikle haberleşme uydularının anten bağlantıları bile altın barak ile kaplanmıştır. Üçüncü bir neden ise mikron büyüklüğündeki asteroidlerin uydunun iç kısımlarına zarar vermesini engellemek içindir.
2. Haberleşme Sistemleri: Eğer uydu ölçüm yapıyorsa, örneğin astronomik amaçlı ise yıldızları, gezegenleri, güneşi ya da derin uzayı inceliyor demektir. Ölçümleri radyo sinyalleri ile yeryüzüne ulaştırıyordur. Uydudaki bilgi yerdeki belli istasyonlara belirli zamanlarda aktarılır. Haberleşme uyduları ise yeryüzünün belli bir bölgesinden gelen sinyalleri diğer tarafa aktarırlar (devletler ve kıtalar arası telefon konuşması, TV yayını vs.). Bu tür uydulara yansıtıcı uydular denir. Bunun dışında uydu ile bizzat haberleşmeyi sağlayan sistemler vardır. Bu sistemler yardımı ile uydunun yeri, enerji durumu, hızı tespit edilir. Ona görede gerekli yörünge düzeltmeleri yapılır.
3. Bilgisayar ve veri toplama sistemleri: Dedektörler, radyo antenleri, teleskoplar, kameralar vs.
4. Güç kaynakları: Güç kaynağı bir uydunun en önemli kısmıdır. Uydu üzerindeki elektronik ve mekanik donanımı çalıştırmak için enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji ya imalat sırasında kendisine yüklenmiş piller (doldurulmuş pil veya atom pilleri) vasıtasıyla karşılanır. Ya da uydu enerjisini dış ortamdan tedarik eder. Dış ortamdan (Güneş’ten) enerji güneş panelleri ya da güneş pilleri yardımıyla sağlanır. Bu tür elde edilen enerji elektronik aksam için gereklidir. Bunun dışında uyduların yörünge düzeltmelerinde belli bir eksoz hızı elde etmek için itme kuvvetine ihtiyaçları vardır. Bu tür enerji ile genellikle imalat sırasında uyduya yüklenir (yanıcı ve yakıcı sıvı yakıtlar) ya da uzay mekikleri vasıtasıyla yörüngede yakıt nakli yapılır.
5. Pozisyon belirleme ve sabitleme üniteleri: Uydular güneş ışınlarından korunmak için kendi eksenleri etrafında dönerler. Bu dönme düzgün olmak zorundadır ve daima kontrol edilir. Belli bir yıldıza kilitlenme için uydunun pozisyonu çok önemlidir. Ayrıca astroid veya yörüngedeki bir uydu artığı ile çarpışma uydunun kontrolden çıkmasına neden olabilir.

KUTUP YÖRÜNGELİ UYDULAR


Bu tür uydular, yeryüzünün boylam çizgilerine paralel olarak dolanırlar. Yer küresi döndüğü için devamlı olarak yeryüzünün farklı bölgelerini gözlerler. Genelde Yer’in iyonosfer tabakası, kutup bölgeleri, okyanuslardaki akıntılar, erozyon, tarımsal ürünlerin tespiti, yeryüzünün fotoğrafının çekilmesi, askeri bölgelerdeki hareketlilik, maden ve petrol yataklarının tespiti gibi, yer küresine ait bilgi toplama işleri bu tür yörüngeli uydular vasıtasıyla yapılırlar. Bazı meteoroloji uyduları da kutup yörüngeli olarak atılabilmektedir. Alçak yörünge uydularıdır ve dolanma periyotları kısadır.
EKVATORAL UYDULAR

Yer’in ekvator düzlemine paralel ve o düzlem içinde dolanan uydulardır. Yörüngelerinin en öte noktası yaklaşık olarak 36000 km, peryodları da 24 saat civarındadır. Bu nedenle yeryüzünden bakıldıklarında sabit görünürler ve ampul uydu diye adlandırılırlar. Göz ile bakıldığında yıldız sanılabilirler. Haberleşme amacıyla atılan uydular, erken uyarı askeri uyduları, meteoroloji uyduları bu tür uydulardır. Yaşam süreleri daha uzundur.
RASGELE UYDULAR


Genellikle yörüngeleri yer ekvatoruyla belli bir açı yapan uydulardır. Çoğunlukla haberleşme ve meteoroloji uydularıdırlar. İNSANLI UYDULAR İlk insan taşıyan uydu Sovyetler Birliği’nin 12 Nisan 1961 de fırlattığı Vostok-1 uydusudur. Böylece Sovyetler Birliği içinde insan bulunan bir uyduya tam bir dönüş yaptırmayı başarmışlardır. Uzaya çıkan bu ilk insanın adı Yuri Gagarin idi. Sovyetler daha sonraları da uzaya gönderdikleri uyduları karaya indirmeyi başarmışlardır. İnme olayı, uydu atmosfere girdikten sonra, atmosferin alt kademelerinde paraşüt açarak sağlanmıştır. Halbuki bugün bile ABD paraşütle karaya uydu dönüşü yapamamaktadır. Bunun için uzay mekiği teknolojisini geliştirmiştir. Sovyetler Birliği’nin Vostok, Salyut, Soyuz serileri ile ABD’nin Mercury ve Gemini serilerine ait uydular insanlı ya da canlı yük (deney hayvanları) serilerdir. Uydunun yeryüzüne dönen canlı taşıyan kapsül kısmı son derece ısıya dayanıklı bir koruyucu ile kaplanmıştır. Bunun nedeni atmosfere girdiğinde sürtünmeden dolayı kapsülün erimesini önlemektir (yıldız kayması olayını düşününüz).