Şu anda uzayda teleskopların olduğunu, gözlerini saat, gün ve hatta haftalarca uzaktaki nesnelere yönlendirdiğini düşünmek şaşırtıcı. Gökadalar, dış gezegenler ve daha fazlası hakkında ayrıntıları öğrenebileceğimiz kadar istikrarlı ve doğru bir bakış açısı sağlamak.
Ve sonra, zaman dolduğunda, uzay aracı bakışlarını başka bir yöne kaydırabilir. Hepsi yakıt kullanmadan.
Hepsi reaksiyon tekerlekleri ve jiroskopların teknolojisi sayesinde. Nasıl çalıştıkları, nasıl farklı oldukları ve başarısızlıklarının geçmişte görevleri nasıl sona erdirdiği hakkında konuşalım.
İşte hızlı cevap. Reaksiyon tekerlekleri uzay aracının uzayda yönünü değiştirmesine izin verirken, jiroskoplar bir teleskopu inanılmaz derecede sabit tutar, böylece yüksek bir doğrulukla bir hedefe işaret edebilirler.
Eğer yeterli sayıda Astronomi Oyuncusu dinlediyseniz, her zaman tepki çarklarından şikayet ettiğimi biliyorsunuzdur. Her zaman görevlerdeki başarısızlık noktası gibi görünüyor ve bilim gelmeden önce onları erken bitiriyor.
Muhtemelen geçmişte dönüşüm tekerlekleri ve jiroskoplar terimlerini birbirinin yerine kullandım, ancak biraz farklı amaçlara hizmet ediyorlar.
İlk olarak, reaksiyon tekerlekleri hakkında konuşalım. Bunlar bir uzay aracının yönünü değiştirmek için kullanılan bir volan türüdür. Hedeften hedefe geçmesi gereken bir uzay teleskobu veya veriyi iletmek için kendini Dünya'ya döndürmesi gereken bir uzay aracı düşünün.
Ayrıca momentum çarkları olarak da bilinir.
Uzayda hava direnci yok. Bir tekerlek bir yöne döndüğünde Newton'un Üçüncü Yasası sayesinde teleskopun tamamı ters yöne döner - bilirsiniz, her eylem için eşit ve zıt bir tepki vardır. Her üç yönde de dönen tekerlekler ile teleskopu istediğiniz yöne çevirebilirsiniz.
Tekerlekler yerine sabitlenir ve dakikada 1.000 ila 4.000 devir arasında dönerek uzay aracında açısal momentum oluşturur. Uzay aracının yönünü değiştirmek için, tekerleklerin dönme hızını değiştirirler.
Bu, uzay aracının yönünü veya önceliğini seçilen bir yönde kaydırmasına neden olan bir tork yaratır.
Bu teknoloji yalnızca elektrikle çalışır, yani teleskopun yönünü değiştirmek için itici güç kullanmanıza gerek yoktur. Yeterli rotor döndürdüğünüz sürece, yalnızca Güneş'in gücünü kullanarak yönünüzü değiştirmeye devam edebilirsiniz.
Reaksiyon tekerlekleri, küçük Cubesats'tan Hubble Uzay Teleskobu'na kadar hemen hemen her uzay aracında kullanılır.
Üç tekerlekli, yönünüzü 3 boyutlu herhangi bir noktaya değiştirebilirsiniz. Ancak Gezegensel Topluluğun LightSail 2'sinde, güneş yelkeninin yönünü kenardan Güneş'e kaydırmak için tek bir momentum tekerleği vardır ve daha sonra yörüngesini sadece güneş ışığına yükseltmek için genişler.
Tabii ki, en çok başarısız oldukları zamanlardan dolayı, uzay aracını hizmet dışı bıraktıklarından tepki tekerleklerine aşinayız. FUSE ve JAXA’nın Hayabusa gibi görevleri.
Kepler’in Reaksiyon Çarkları Kaybı ve Ustaca Çözüm
En ünlüsü, NASA’nın Kepler Uzay Teleskobu, diğer yıldızların etrafında dönen gezegenleri bulmak için 9 Mart 2009’da fırlatıldı. Kepler 4 reaksiyon tekerleği ile donatılmıştır. Teleskopun gökyüzü bölgesine dikkatlice işaret edilmesi için üç tane gerekliydi, sonra da bir yedek.
Görüş alanındaki herhangi bir yıldızın, bir gezegenin önden geçebileceğini gösteren, 10.000'de 1 kat parlaklıkta değişmesini izliyordu. Bant genişliğinden tasarruf etmek için, Kepler aslında sadece yıldızların parlaklığındaki değişiklik hakkında bilgi aktardı.
Temmuz 2012'de Kepler’in dört tepki tekerleğinden biri başarısız oldu. Hâlâ üçü vardı, bu da gözlemlerini devam ettirmek için yeterince kararlı olabilmesi için gereken minimum şeydi. Ve sonra Mayıs 2013'te NASA, Kepler'in başka bir tekerleği ile arıza yaptığını açıkladı. Yani ikiye indi.
Bu, Kepler'in ana bilim operasyonlarını durdurdu. Sadece iki tekerleğin çalışmasıyla, artık yıldız parlaklığını izlemek için konumunu doğru bir şekilde koruyamazdı.
Misyon bir başarısızlık olsa da, mühendisler, Güneş'ten gelen ışık basıncını bir eksende bir kuvvet olarak kullanmak için ustaca bir strateji buldular. Uzay aracını güneş ışığında mükemmel bir şekilde dengeleyerek, gözlem yapmaya devam etmek için diğer iki reaksiyon tekerleğini kullanmaya devam edebildiler.
Ancak Kepler, yeni yönelimi ile aynı hizaya gelen gökyüzünde küçük noktaya bakmaya zorlandı ve bilim misyonunu kırmızı cüce yıldızların etrafında dönen gezegenler aramaya kaydırdı. Dahili itici yakıtını veri iletmek için Dünya'ya dönerek kullandı. Kepler nihayet 30 Ekim 2018'de yakıt tüketti ve NASA görevini tamamladı.
Kepler reaksiyon tekerlekleriyle mücadele ederken, NASA’nın Şafak misyonu da aynı reaksiyon tekerlekleriyle sorun yaşıyordu.
Dawn’ın Reaksiyon Tekerlekleri Kaybı
Dawn, Güneş Sistemindeki en büyük iki asteroit olan Vesta ve Ceres'i keşfetmek amacıyla 27 Eylül 2007'de başlatıldı. Uzay aracı Temmuz 2011'de Vesta'nın etrafında yörüngeye girdi ve ertesi yıl dünyayı incelemek ve haritalamak için harcadı.
Ağustos 2012'de Vesta'dan ayrılıp Ceres'e doğru yola çıkması gerekiyordu, ancak reaksiyon tekerlekleriyle ilgili sorunlar nedeniyle kalkış bir aydan fazla gecikti. 2010'dan başlayarak, mühendisler tekerleklerinden birinde giderek daha fazla sürtünme tespit ediyordu, bu yüzden uzay aracı üç çalışan tekerleğe geçti.
Ve sonra 2012'de, tekerleklerinin ikincisi de sürtünme kazanmaya başladı ve uzay aracı sadece iki kalan tekerlekle kaldı. Sadece elektriği kullanarak uzayda tam olarak yönlendirmek için yeterli değil. Bu, görevinin geri kalanında yönünü korumak için hidrazin itici gazını kullanmaya başlaması gerektiği anlamına geliyordu.
Dawn bunu Ceres'e yaptı ve itici yakıtın dikkatli bir şekilde kullanılmasıyla bu dünyayı ve tuhaf yüzey özelliklerini haritalamayı başardı. Sonunda, 2018'in sonlarında, uzay aracı itici değildi ve artık oryantasyonunu koruyamadı, Ceres'i haritalayamadı veya sinyallerini Dünya'ya geri gönderemedi.
Uzay aracı çaresizce yuvarlanarak Ceres'in yörüngesine devam edecek.
Tepki tekerlekleri başarısız olan uzun bir görev listesi var. Ve şimdi bilim adamları neden olduğunu bildiklerini düşünüyorlar. 2017 yılında, mekan ortamının kendisinin soruna neden olduğunu belirleyen bir kağıt vardı. Jeomanyetik fırtınalar uzay aracını geçerken, reaksiyon tekerleklerinde sürtünme artışına neden olan ve daha hızlı aşınmalarını sağlayan yükler oluştururlar.
Scott Manley'nin daha ayrıntılı bir videoya link vereceğim.
Hubble Uzay Teleskobu ve Jiroskopları
Hubble Uzay Teleskobu, genel yönünü değiştirmek için reaksiyon tekerlekleri ile donatılmıştır, tüm teleskopu bir saatte bir dakika elinin hızı etrafında döndürür - 15 dakikada 90 derece.
Ancak tek bir hedefi işaret etmek için başka bir teknoloji kullanır: jiroskoplar.
Hubble'da dakikada 19.200 devirde dönen 6 jiroskop vardır. Büyük, masifler ve o kadar hızlı dönüyorlar ki ataletleri teleskopun yönelimlerinde meydana gelen değişikliklere direniyor. Alanın üç boyutuyla eşleşen üç ile en iyi şekilde çalışır, ancak daha az doğru sonuçlarla iki, hatta bir ile çalışabilir.
Ağustos 2005'te Hubble’ın jiroskopları yıprandı ve NASA iki jiroskop moduna geçti. 2009 yılında, Servis Misyonu 4 sırasında, NASA astronotları uzay teleskopunu ziyaret etti ve altı jiroskopunun yerini aldı.
Bu muhtemelen astronotların Hubble'ı son ziyaret edeceği zamandır ve geleceği bu jiroskopların ne kadar sürdüğüne bağlıdır.
James Webb'e ne oldu?
James Webb Uzay Teleskobu'ndan bahsetmenin herkesi sinirlendirdiğini biliyorum. Şimdiye kadar ve yaklaşık iki yıl içinde piyasaya sürülmek üzere 8 milyar dolardan fazla yatırım yapıldı. Dünya'dan yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzakta bulunan Dünya-Güneş L2 Lagrange noktasına uçacak.
Hubble'ın aksine, bir şey ters giderse onu onarmak için James Webb'i uçurmanın bir yolu yoktur. Jiroskopların ne sıklıkta başarısız olduğunu görmek, bu gerçekten tehlikeli bir zayıf nokta gibi görünüyor. Ya James Webb’in jiroskopları başarısız olursa? Bunları nasıl değiştirebiliriz.
James Webb'in tepkileri var. Rockwell Collins Deutschland tarafından üretildiler ve NASA’nın Chandra, EOS Aqua ve Aura görevlerindeki reaksiyon tekerleklerine benziyorlar, bu yüzden Dawn ve Kepler'deki başarısız reaksiyon tekerleklerinden farklı bir teknoloji. Aura misyonu, 2016 yılında reaksiyon tekerleklerinden birinin döndüğü zaman korkuttu, ancak on gün sonra iyileşti.
James Webb, Hubble gibi mekanik jiroskopları hedefte tutmak için kullanmıyor. Bunun yerine, yarım küre rezonatör jiroskopları veya HRG'ler adı verilen farklı bir teknoloji kullanıyor.
Bunlar çok hassas bir şekilde şekillendirilmiş bir kuvars yarımküreyi kullanır, böylece çok öngörülebilir bir şekilde yankılanır. Yarımküre, rezonansı harekete geçiren, ancak aynı zamanda oryantasyonundaki küçük değişiklikleri tespit eden elektrotlarla çevrilidir.
Bu tür sesler anlamsız gibi biliyorum, tek boynuzlu at rüyalarından güç alıyor gibi, ama bunu kendiniz deneyimleyebilirsiniz.
Bir bardağı tutun ve sonra çalması için parmağınızla hafifçe vurun. Zil, rezonans frekansında ileri ve geri hareket eden kadehtir. Camı döndürdükçe, ileri geri esneme de döner, ancak yönün gerisinde çok öngörülebilir bir şekilde kalır.
Bu salınımlar bir kuvars kristalinde saniyede binlerce kez meydana geldiğinde, küçük hareketleri tespit etmek ve sonra bunları hesaba katmak mümkündür.
James Webb bu şekilde hedeflerine bağlı kalacaktır.
Bu teknoloji Satürn'deki Cassini misyonu üzerinde uçtu ve mükemmel çalıştı. Aslında, Haziran 2011 itibariyle, NASA bu enstrümanların tek bir arıza olmadan 125'ten fazla farklı uzay aracında 18 milyon saat sürekli uzayda yaşadığını bildirdi. Aslında çok güvenilir.
Umarım bu bir şeyleri temizler. Reaksiyon veya momentum tekerlekleri, uzay aracını uzayda yeniden yönlendirmek için kullanılır, böylece itici kullanmadan farklı yönlere bakabilirler.
Jiroskoplar, en iyi bilimsel verileri sağlamak için bir uzay teleskobunu bir hedefe doğru işaret etmek için kullanılır. Mekanik dönen tekerlekler olabilirler veya ataletteki değişiklikleri tespit etmek için titreşimli kristallerin rezonansını kullanırlar.
