Uzay_sondaları

Üstte: Mürettebatsız ikmal aracı Progress M-06M (solda). Galileo uzay sondası, 1989'da Dünya yörüngesinden ayrılmadan önce (sağda). Altta: Uzay uçağı Buran , 1988'de mürettebatsız bir uzay aracı olarak fırlatıldı, Dünya yörüngesinde dolandı ve iniş yaptı (solda). James Webb Uzay Teleskobu 'nun modeli (sağda). Mürettebatsız uzay aracı veya robotik uzay aracı , içerisinde insan bulunmayan uzay araçlarıdır . Mürettebatsız uzay araçları insan müdahalesinden ne ölçüde bağımsız çalıştıklarına bağlı olarak, örneğin uzaktan kumanda veya uzaktan güdüm gibi yöntemlerle, farklı otonomi seviyelerine sahip olabilirler. Ayrıca, aksi belirtilmedikçe uygulanacak önceden programlanmış bir işlem listesine sahip oldukları durumda tamamen otonom da olabilirler. Bilimsel ölçümler için kullanılan robotik uzay araçlarına genellikle uzay sondası veya uzay gözlemevi denir. Birçok uzay görevi, daha düşük maliyet ve risk faktörleri nedeniyle mürettebatlı operasyonlardan ziyade telerobotik operasyonlara daha uygundur. Ayrıca, Venüs gibi bazı gezegen hedefleri veya Jüpiter 'in yakın çevresi, mevcut teknoloji göz önüne alındığında insan yaşamının sürdürülebilirliği için fazla elverişsizdir. Satürn , Uranüs ve Neptün gibi dış gezegenler, mevcut mürettebatlı uzay uçuşu teknolojisiyle ulaşılamayacak kadar uzaktadır. Bu nedenle telerobotik sondalar bu gök cisimlerini keşfetmenin tek yoludur. Telerobotik ayrıca, uzay araçları sterilize edilebildiği için Dünya mikroorganizmaları tarafından kontaminasyona açık bölgelerin keşfine de olanak tanır. İnsanlar çok sayıda mikroorganizma ile bir arada yaşadıkları ve bu mikroorganizmaların bir uzay gemisi veya uzay giysisi içinde kontrol altında tutulması da zor olduğu için bir uzay aracıyla aynı şekilde sterilize edilemezler. İlk mürettebatsız uzay görevi, 4 Ekim 1957'de Dünya yörüngesine fırlatılan Sputnik 1 idi. Neredeyse tüm yapay uydular , iniş araçları ve keşif araçları robotik uzay araçlarıdır. Ancak her mürettebatsız uzay aracı robotik bir uzay aracı değildir. Örneğin, bir yansıtıcı küre robotik olmayan mürettebatsız uzay aracıdır. İçerisinde insan olmayan ancak başka hayvanların bulunduğu uzay görevleri de mürettebatsız görevler olarak adlandırılır. Birçok yaşanabilir uzay aracı da değişen seviyelerde robotik özelliklere sahiptir. Örneğin, Salyut 7 ve Mir uzay istasyonları ile Uluslararası Uzay İstasyonu 'nun Zarya modülü, hem ikmal araçları hem de yeni modüllerle uzaktan güdümlü konum koruma ve kenetlenme manevraları yapabilme yeteneğine sahipti. Mürettebatsız ikmal uzay araçları , mürettebatlı uzay istasyonları için giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Tarihçe ABD Ulusal Hava ve Uzay Müzesi 'ndeki Sputnik 1 replikası Explorer 1'in replikası İlk robotik uzay aracı, Sovyetler Birliği (SSCB) tarafından 22 Temmuz 1951'de fırlatıldı. Bu, Dezik ve Tsygan adlı iki köpeği taşıyan bir yörünge altı uçuşuydu. [ 1 ] 1951 sonbaharına kadar bu tür dört uçuş daha gerçekleştirildi. İlk yapay uydu olan Sputnik 1 , SSCB tarafından 4 Ekim 1957'de 215 ila 939 kilometre (116 ila 507 nmi) irtifada bir Dünya yörüngesine yerleştirildi. SSCB, 3 Kasım 1957'de Sputnik 2 'yi yörüngeye gönderdi. 113 kilogram (249 lb) ağırlığındaki Sputnik 2, yörüngeye çıkan ilk hayvan olan Layka adlı köpeği taşıdı. [ 2 ] Uydu, fırlatma aracının üst kademesinden ayrılmak üzere tasarlanmadığından yörüngedeki toplam kütle 508,3 kilogramdı (1.121 lb). [ 3 ] Sovyetlerle kıyasıya bir yarış içinde olan Amerika Birleşik Devletleri, ilk yapay uydusu Explorer 1 'i 31 Ocak 1958'de 357 ila 2.543 kilometre (193 ila 1.373 nmi) irtifada bir yörüngeye fırlattı. Sputnik 1, 58 santimetrelik (23 inç) bir küre olup 83,6 kilogram (184 lb) ağırlığındayken, Explorer 1 ise 205 santimetre (80,75 in) uzunluğunda, 15,2 santimetre (6,00 in) çapında ve 14,0 kilogram (30,8 lb) ağırlığında bir silindirdi. Explorer 1, o zamanlar için önemli bir bilimsel keşif olan Van Allen kuşaklarının varlığını doğrulayan sensörler taşırken, Sputnik 1 hiçbir bilimsel sensör taşımıyordu. ABD 17 Mart 1958'de, yaklaşık bir greyfurt büyüklüğünde olan ve 2016 itibarıyla 670 ila 3.850 kilometre (360 ila 2.080 nmi) bir yörüngede kalmaya devam eden ikinci uydusu Vanguard 1 'i yörüngeye gönderdi. İlk denenen Ay sondası, 23 Eylül 1958'de fırlatılan Luna E-1 No.1 (Luna 1958A) idi. Ay sondası gönderme hedefi 4 Ocak 1959'da Luna 1 'in önce Ay'ın ve ardından da Güneş'in yörüngesine girmesine kadar defalarca başarısızlıkla sonuçlandı. Bu ilk görevlerin başarısı, ABD ve SSCB arasında giderek daha iddialı sondalarla birbirlerine üstünlük kurma yarışını başlattı. Mariner 2 , başka bir gezegeni inceleyen ilk sonda oldu ve 1962'de Venüs'ün aşırı yüksek sıcaklığını bilim insanlarına açıkladı. Sovyet Venera 4 ise Venüs'ü inceleyen ilk atmosfer sondasıydı. Mariner 4 ' ün 1965'teki Mars yakın geçişi, gezegenin kraterli yüzeyinin ilk görüntülerinin elde edilmesini sağladı. Sovyetler buna birkaç ay sonra Luna 9 ' un Ay yüzeyinden çektiği görüntülerle karşılık verdi. 1967 yılında Amerika'nın Surveyor 3 aracı Ay yüzeyi hakkında, iki yıl sonra insanları Ay'a indiren Apollo 11 görevi için hayati önem taşıyacağı kanıtlanacak bilgiler topladı. [ 4 ] İlk yıldızlararası sonda, 5 Eylül 1977'de fırlatılan Voyager 1 idi. Araç, 25 Ağustos 2012'de yıldızlararası uzaya ulaştı [ 5 ] ve ardından ikizi Voyager 2 de 5 Kasım 2018'de onu takip etti. [ 6 ] Dokuz ülke daha kendi fırlatma araçlarını kullanarak başarılı bir şekilde uydu fırlatmıştır: Fransa (1965), [ 7 ] Japonya [ 8 ] ve Çin (1970), [ 9 ] Birleşik Krallık (1971), [ 10 ] Hindistan (1980), [ 11 ] İsrail (1988), [ 12 ] İran (2009), [ 13 ] Kuzey Kore (2012) [ 14 ] ve Güney Kore (2022). [ 15 ]

Tasarım Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri uzay aracı tasarımında bir aracı, görev yükü ve gövde (veya platform) olmak üzere iki ana bölümden oluşmuş kabul eder. Gövde; fiziksel yapı, termal kontrol, elektrik gücü, durum kontrolü (yönelme kontrolü) ve telemetri, takip ve komuta işlevlerini sağlar. [ 16 ] JPL (Jet İtki Laboratuvarı), bir uzay aracının "uçuş sistemini" alt sistemlere ayırır. [ 17 ] Bu alt sistemler şunları içerir: Yapı NASA'nın Orion uzay aracının , robotik bir asteroit yakalama aracına yaklaşmasını gösteren bir illüstrasyon. Fiziksel ana yapıdır ve şu işlevleri yerine getirir: uzay aracının genel mekanik bütünlüğünü sağlar. uzay aracı bileşenlerinin desteklenmesini ve fırlatma yüklerine dayanabilmesini temin eder. Veri işleme Bu sistem bazen komut ve veri alt sistemi olarak da adlandırılır. Genellikle şunlardan sorumludur: komut dizisi depolama uzay aracının saatini doğru tutma uzay aracı telemetri verilerini (örneğin, uzay aracının genel sağlık durumu) toplama ve raporlama görev verilerini (örneğin, fotoğrafik görüntüler) toplama ve raporlama Yönelim belirleme ve kontrolü Bu sistem temel olarak dış bozuculara (kütleçekim gradyanı etkileri, manyetik alan torkları, güneş radyasyonu ve aerodinamik sürüklenme) rağmen uzay aracının uzaydaki doğru yönelimini (durumunu) sağlamaktan sorumludur. Ayrıca, antenler ve güneş panelleri gibi hareketli parçaların yeniden konumlandırılması gerekebilir. [ 18 ] Atmosfere giriş, alçalma ve iniş (EDL) Bütünleşik algılama, anlık görüntüsel arazi verilerini yorumlamak, güvenli inişi engelleyebilecek arazi tehlikelerini gerçek zamanlı olarak tespit etmek ve bunlardan kaçınmak, ayrıca referans noktası yerelleştirme teknikleri kullanarak ilgi çekici, istenen bir bölgeye iniş hassasiyetini artırmak için bir görüntü dönüştürme algoritmasını içerir. Bütünleşik algılama bu görevleri, konumunu anlamak, pozisyonunu belirlemek ve doğru olup olmadığını ya da herhangi bir düzeltme yapması gerekip gerekmediğini saptamak (yerelleştirme) için önceden kaydedilmiş bilgilere ve kameralara dayanarak tamamlar. Kameralar ayrıca, artan yakıt tüketimi gibi bir durum ya da krater veya uçurum kenarı gibi inişi oldukça elverişsiz kılacak fiziksel bir tehlike olup olmadığını tespit etmek için de kullanılır (tehlike değerlendirmesi). Tehlikeli bir araziye iniş Robotik uzay araçlarını içeren gezegen keşif görevlerinde, gezegen yüzeyine güvenli ve başarılı bir iniş sağlamak için iniş süreçlerinde üç kilit bölüm bulunur. [ 19 ] Bu süreç, gezegenin kütleçekim alanına ve atmosferine girişi, atmosfer içerisinde bilimsel değere sahip olan ve önceden belirlenmiş bir bölgeye doğru alçalmayı ve araç üzerindeki bilimsel cihazların (veya donanımın) bütünlüğünün korunmasını garanti eden güvenli bir inişi içerir. Robotik uzay aracı bu aşamalardan geçerken, kendisinin güvenilir bir kontrolünü ve iyi manevra kabiliyetini sağlamak için yüzeye göre konumunu da tahmin edebilmelidir. Robotik uzay aracı ayrıca, tehlikelerden kaçınmak için gerçek zamanlı olarak verimli bir şekilde tehlike değerlendirmesi ve yörünge düzeltmeleri yapmalıdır. Bunu başarmak için robotik uzay aracının, aracın yüzeye göre nerede bulunduğuna (yerelleştirme), araziden kaynaklanabilecek tehlikelerin neler olabileceğine (tehlike değerlendirmesi) ve aracın o anda nereye yönelmesi gerektiğine (tehlikeden kaçınma) dair doğru bilgilere ihtiyacı vardır. Yerelleştirme, tehlike değerlendirmesi ve kaçınma operasyonları için gerekli yetenekler olmadan bir robotik uzay aracı güvensiz hale gelir ve kolayca yüzey çarpışmaları, istenmeyen yakıt tüketim seviyeleri ve/veya güvensiz manevralar gibi tehlikeli durumlara girebilir. Haberleşme Haberleşme alt sistemindeki bileşenler arasında radyo antenleri, vericiler ve alıcılar bulunur. Bunlar, Dünya'daki yer istasyonlarıyla veya diğer uzay araçlarıyla iletişim kurmak için kullanılabilir. [ 20 ] Elektrik gücü Uzay araçlarındaki elektrik gücü kaynağı genellikle fotovoltaik (güneş) pillerinden veya bir radyoizotop termoelektrik jeneratöründen (RTG) sağlanır. Alt sistemin diğer bileşenleri arasında gücü depolamak için bataryalar ve bileşenleri güç kaynaklarına bağlayan dağıtım devreleri yer alır. [ 21 ] Sıcaklık kontrolü ve çevresel etkenlerden koruma Uzay araçları genellikle yalıtım sayesinde sıcaklık dalgalanmalarından korunur. Bazı uzay araçları, güneş kaynaklı ısınmadan ek koruma için aynalar ve güneşlikler kullanır. Ayrıca sık sık mikrometeoroitlerden ve yörünge enkazından korunmak için kalkana ihtiyaç duyarlar. [ 22 ] İtki sistemi Ana madde: Uzay aracı itki sistemi Uzay aracı itki sistemi , bir uzay aracının ileri doğru gitmesi için itki üreterek uzayda yolculuk etmesini sağlayan bir yöntemdir. [ 23 ] Ancak, evrensel olarak kullanılan tek bir itki sistemi yoktur. Örneğin, Tek terkip yakıtlı, çift terkip yakıtlı, iyon itkisi ve benzeri sistemler bulunur. Her itki sistemi farklı avantajlara ve dezavantajlara sahip olarak, itkiyi biraz farklı şekillerde üretir. Fakat günümüzde çoğu uzay aracının itki sistemi roket motorlarına dayanmaktadır. Roket motorlarının ardındaki genel fikir, bir oksitleyicinin yakıt kaynağıyla buluştuğunda yüksek hızlarda enerji ve ısının patlayıcı bir şekilde salınması ve bunun da uzay aracını ileri doğru itmesidir. Bu, Newton'un üçüncü yasası olarak bilinen temel bir prensip sayesinde gerçekleşir. Newton'a göre, "her etkiye karşılık, eşit ve zıt bir tepki vardır." Enerji ve ısı uzay aracının arkasından salınırken, gaz parçacıkları uzay aracının ileri doğru gitmesini sağlamak için zıt yönde itilir. Günümüzde roket motorlarının kullanılmasının ana nedeni, roketlerin mevcut en güçlü itki yöntemi olmasıdır. Tek terkip yakıtlı itki sistemi Bir itki sisteminin çalışması için genellikle bir oksitleyici hattı ve bir yakıt hattı bulunur. Bu şekilde, uzay aracının sevk ve idaresi sağlanır. Ancak, tek terkip yakıtlı bir itki sisteminde bir oksitleyici hattına gerek yoktur ve yalnızca yakıt hattı yeterlidir. [ 24 ] Bu, oksitleyicinin kimyasal olarak yakıt molekülünün kendisine bağlı olması sayesinde çalışır. Bununla birlikte, itki sisteminin kontrol edilebilmesi için yakıtın yanması yalnızca bir katalizör varlığıyla mümkün olabilir. Bu durum, roket motorunu daha hafif ve daha ucuz hale getirmesi, kontrolünün kolay ve daha güvenilir olması nedeniyle oldukça avantajlıdır. Fakat dezavantajlı yanı bu kimyasalın üretiminin, depolanmasının ve taşınmasının çok tehlikeli olmasıdır. Çift terkip yakıtlı itki sistemi Çift terkip yakıtlı bir itki sistemi, sıvı yakıt kullanan bir roket motorudur. [ 25 ] Bu, hem oksitleyici hem de yakıt hattının sıvı halde olduğu anlamına gelir. Bu sistem benzersizdir çünkü ateşleme sistemine ihtiyaç duymaz, iki sıvı birbirleriyle temas ettikleri anda kendiliğinden tutuşur ve uzay aracını ileri itmek için gereken itkiyi üretir. Bu teknolojinin temel faydası bu tür sıvıların nispeten yüksek yoğunluğa sahip olmasıdır, bu da yakıt tankının hacminin küçük olmasına olanak tanır ve dolayısıyla hacim verimliliğini artırır. Dezavantajı ise tek terkip yakıtlı itki sistemininkiyle aynıdır; üretimi, depolanması ve taşınması çok tehlikelidir. İyon itki sistemi İyon itki sistemi, elektron bombardımanı veya iyonların hızlandırılması yoluyla itki üreten bir motor türüdür. [ 26 ] Nötr yüklü bir itici gaz atomuna yüksek enerjili elektronlar gönderilerek itici gaz atomundan elektronlar koparılır ve bu, itici gaz atomunun pozitif yüklü bir atom haline gelmesiyle sonuçlanır. Pozitif yüklü iyonlar, binlerce hassas şekilde hizalanmış deliğe sahip olan ve yüksek voltajlarla çalışan pozitif yüklü ızgaralardan geçmeleri için yönlendirilir. Daha sonra, hizalanmış pozitif yüklü iyonlar, iyonların hızını saniyede 40 kilometreye (saatte 90.000 mil) kadar artıran negatif yüklü bir hızlandırıcı ızgaradan geçerken daha da hızlanır. Bu pozitif yüklü iyonların momentumu, uzay aracını ileri itmek için gereken itkiyi sağlar. Bu tür bir itkiye sahip olmanın avantajı, derin uzay yolculuğu için gerekli olan sabit hızı korumada son derece verimli olmasıdır. Ancak, üretilen itki miktarı son derece düşüktür ve çalışması için çok fazla elektrik gücüne ihtiyaç duyar. Mekanik cihazlar Mekanik bileşenlerin genellikle fırlatmadan sonra veya inişten önce açılması/konuşlandırılması için hareket ettirilmesi gerekir. Motor kullanımına ilave olarak, yalnızca bir kez gerçekleştirilen birçok mekanik işlem piroteknik cihazlarla kontrol edilir. [ 27 ] Robotik ve mürettebatsız ayrımı Robotik uzay araçları, belirli bir elverişsiz ortam için özel olarak tasarlanmış sistemlerdir. [ 28 ] Belirli bir ortama yönelik tasarlandıkları için, karmaşıklık ve yetenekler açısından büyük farklılıklar gösterirler. Mürettebatsız bir uzay aracı ise içerisinde personel veya mürettebat bulunmayan ve otomatik (insan müdahalesi olmayan) veya uzaktan kumanda (insan müdahalesiyle) ile çalıştırılan bir uzay aracıdır. "Mürettebatsız uzay aracı" terimi, uzay aracının robotik olduğu anlamına gelmez.

Kontrol Robotik uzay araçları elde ettikleri verileri ve araç durum bilgilerini Dünya'ya geri göndermek için telemetri kullanır. Genellikle "uzaktan kumandalı" veya "telerobotik" olarak anılsalar da, Sputnik 1 ve Explorer 1 gibi ilk yörünge uzay araçları Dünya'dan kontrol sinyalleri almamıştır. Bu ilk uzay araçlarından kısa bir süre sonra, yerden uzaktan kontrole olanak tanıyan komuta sistemleri geliştirildi. Sinyal gecikmeleri nedeniyle Dünya'dan anlık kontrolün mümkün olmadığı uzak sondalar için daha fazla otonomiye sahip olmaları büyük önem taşır. Cassini–Huygens ve Mars Exploration Rover gibi daha yeni sondalar yüksek düzeyde otonom olup uzun süreler boyunca bağımsız çalışmak için yerleşik bilgisayarları kullanırlar. [ 29 ] [ 30 ]

Uzay sondaları ve gözlemevleri Uzay sondası , Dünya yörüngesinde dönmeyen ve bunun yerine dış uzayın daha derinlerini keşfeden robotik bir uzay aracıdır. Uzay sondalarının üzerinde farklı bilimsel cihazlar bulunur. Bir uzay sondası Ay'a yaklaşabilir, gezegenler arası uzayda yolculuk edebilir, diğer gezegensel cisimlerin yanından geçebilir (yakın geçiş), yörüngesine girebilir veya üzerine inebilir ya da yıldızlararası uzaya ulaşabilir. Uzay sondaları topladıkları verileri Dünya'ya gönderir. Uzay sondaları yörünge araçları, iniş araçları ve keşif araçları olabilir ve ayrıca gönderildiği hedeften materyal toplayıp Dünya'ya geri getirebilir. [ 31 ] [ 32 ] Bir sonda Dünya'nın yakın çevresinden ayrıldıktan sonra, yörüngesi muhtemelen onu Dünya'nın yörüngesine benzer bir Güneş yörüngesi boyunca ilerletecektir. Başka bir gezegene ulaşmak için en basit pratik yöntem bir Hohmann transfer yörüngesidir . Kütleçekimsel sapan gibi daha karmaşık teknikler yakıt açısından daha verimli olabilir, fakat sondanın yolculuk esnasında daha fazla zaman geçirmesini gerektirebilir. Yüksek delta-v gerektiren bazı görevler (yüksek eğiklik değişimi gibi) modern itki sistemlerinin sınırları dahilinde yalnızca kütleçekimsel sapanlar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Çok az itki kullanan ancak önemli miktarda zaman gerektiren bir teknik ise Gezegenler Arası Taşıma Ağı üzerindeki bir yörüngeyi takip etmektir. [ 33 ] Bir uzay teleskobu veya uzay gözlemevi , astronomik cisimleri gözlemlemek için dış uzayda kullanılan bir teleskoptur . Uzay teleskopları gözlemledikleri elektromanyetik radyasyonun filtrelenmesinden ve bozulmasından etkilenmediği gibi, yer tabanlı gözlemevlerinin karşılaştığı ışık kirliliğinden de etkilenmezler. İki türe ayrılırlar: Tüm gökyüzünü haritalayan uydular (astronomik tarama) ve seçilmiş astronomik cisimlere veya gökyüzünün belirli bölgelerine ve ötesine odaklanan uydular. Uzay teleskopları, hava durumu analizi , casusluk ve diğer bilgi toplama türleri için uygulanan uydu görüntülemesi amacıyla Dünya'ya yönelen yer gözlem uydularından farklıdır.

Kargo uzay araçları Daha fazla bilgi: Uzay istasyonu kargo araçları karşılaştırması Günümüzde aktif olan dört uzay istasyonu ikmal aracı. Sol üstten saat yönünde: Progress, Cargo Dragon 2, Cygnus ve Tianzhou. Kargo veya ikmal uzay araçları , yiyecek, yakıt ve çeşitli ekipmanlar gibi hayati malzemeleri uzay istasyonlarına ulaştırmak amacıyla özel olarak tasarlanmış robotik araçlardır. Bu temel görevleri, onları esas olarak bilimsel keşiflere odaklanan uzay sondalarından ayırır. Otomatikleştirilmiş kargo uzay araçları, 1978 yılından bu yana uzay istasyonlarına kesintisiz hizmet sunmaktadır. Bu araçlar, Salyut 6 ve Salyut 7 gibi erken dönem istasyonlardan başlayarak Mir , Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) ve Tiangong uzay istasyonu gibi daha modern ve karmaşık yapıların operasyonel devamlılığına ve görev hedeflerine ulaşmalarına önemli katkılar sağlamıştır. Günümüzde Uluslararası Uzay İstasyonu, lojistik ihtiyaçlarını karşılamak için temel olarak üç farklı kargo uzay aracından faydalanmaktadır: Rusya tarafından işletilen Progress [ 34 ] ile Amerika Birleşik Devletleri menşeli Cargo Dragon 2 [ 35 ] [ 36 ] ve Cygnus [ 37 ] araçları. Çin Halk Cumhuriyeti'ne ait Tiangong uzay istasyonunun ikmal operasyonları ise yalnızca Tianzhou kargo aracıyla yürütülmektedir. [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] Gelecekte Uluslararası Uzay İstasyonu'na hizmet vermesi planlanan Amerikan Dream Chaser [ 41 ] [ 42 ] ve Japon HTV-X adlı yeni nesil kargo araçları ise halen geliştirme aşamasındadır. Daha önceki yıllarda ise Avrupa Otomatik Transfer Aracı (ATV), 2008'den 2015'e kadar Uluslararası Uzay İstasyonu'na başarılı ikmal görevleri düzenlemiştir.