Maliyet, karmaşıklık ve risk
öğeleri söz konusu olduğunda çok az mühendislik projesi uzay
aracı üretmekle aşık atabilir. Parçalayıcı ivmeler, aşırı
sıcaklıklar, radyasyon fırtınaları gibi en zorlu şartlar
altında hassas aletlerin ve parçaların zarar görmemesi
gereklidir ve tabii ki en dramatik öğeyi sona saklıyoruz: Bir
kez havalandıktan sonra, uzay araçlarını geri çağıramazsınız!
Gezegenlerin keşfini amaçlayan uzay projelerinde, özellikle de
geçmiş 20 yılda gezegenlere indirilen arazi araçlarının
(rover) öne çıktığını görüyoruz. Bu araçlar insansız uzay
görevlerinin en çok faydalandıkları keişf robotları oldu ve
üstelik dünyamızda otonom sürücüsüz arabaların gelişmesini de
sağladı.
|
Şekil 1: Yazının
devamında soldan üçüncü, mavi gezegenden
yolculuğumuza başlayıp, kızıl beşinciye arazi araçları
indireceğiz
ve halkalı altıncının yörüngesine de bir insansız hava
aracı göndereceğiz. |
2004 yılında Spirit (Ruh) ve
kendisinden 3 hafta sonra da ikiz kardeşi Opportunity (Fırsat)
yarı-otonom robot arazi araçlarının Mars’a inmeleri, belki de
NASA’nın aya insan indirmesinden sonra en başarılı ve
heyecanlı girişimiydi. Neden bu kadar uzaktaki (Mars’ın
Dünya’dan uzaklığı iki gezegenin yörüngelerindeki konumlarına
göre 50 ile 400 milyon kilometre arasında değişiyor) soğuk ve
yalnız bir gezegene gitmeye bu kadar emek verildi? Çünkü
Mars’ın jeolojisi Dünya’mızın tarihini anlamamız açısından
yardımcı olabilecek özellikler taşıyor; çünkü o gördüğümüz
mars kayalarının ve kumlarının aralarında bir yerde “Evrende
yalnız mıyız?” sorusunun cevabı yatıyor olabilir; ve çünkü
belki ileride Mars bizim yeni anavatımız olacak. Bu yazımızda
özellikle uzak gezegenlerde kendi başlarına çalışan/çalışabilecek
robotları, evrimlerini ve en önemlisi insanlığa neler
kattıklarını inceleyeceğiz.
|
Şekil 2:
Lunokhod 1 (Rusça: Луноход-1), ilk insansız Ay yüzeyinde
hareket edebilen 2 uzaktan kumandalı bir yüzey aracından
biri. |
MARS ARAZİ ARAÇLARININ TARİHÇESİ
NASA, Spirit ve Opportunity ortaya çıkmadan önce, kendine esin
kaynağı olarak Sovyet uzay programı Lunokhod’u aldı. Lunokhod
(Şekil 2), Ay yüzeyinde dolaşması için tasarlanmış, 8 tekerli,
güneş enerjisiyle çalışan bir robottu. 1970 ve 1973 yıllarında
Ay’a gönderilen bu iki robot da kameraları yardımıyla dünyadan
-neredeyse gerçek zamanlı olarak- kontrol ediliyorlardı (1).
Ancak iş Ay’dan daha uzak gezegenlere uçmaya gelince arazi
araçları gözden düştüler; onların yerine boşlukta veya
atmosferde asılı kalan uydular, yörünge sondaları, ve iniş
yapan araçlar (lander) popülerlik kazanmaya başladı. Ayrıca
Jüpiter gibi bir gaz bulutunda bu tarz arazi araçları tamamen
kullanışsızdı. 70′lerin ortalarında NASA’nın Viking programı
yaşam belirtisi için aramak amacıyla Mars’a yönlendi. Bu tarz
iniş yapan modüller veya kapsüllerde sorun sadece bir noktada
sabit kalmaları ve sadece ayaklarının dibindeki toprağa
bakabiliyor olmalarıydı, bu yüzden çok fazla bilgiye
ulaşılamadı. Aracın ayağının hemen yanında evrenin en
enteresan taşı olsa bile, ona ulaşamadığın sürece arkasında
yatan gizemleri anlamak mümkün olmuyor.
1996 yılında arazi araçları NASA’nın Pathfinder (kaşif)
programı çerçevesinde tekrar sükse yaptı. Aslen bir iniş
modülü olan Pathfinder ayrıca küçük bir arazi aracı olan
Sojourner adlı robotu da içinde barındırıyordu. Bu araç
başarıyla ortalıkta dolanıp resimler çekmeyi ve kayaların
kimyasal analizini yapmayı becerdi. 1990′ların sonlarına doğru
iki adet uzay aracını kaybeden (Mars Climate Orbiter ve Mars
Polar Lander) NASA, başarılı bir görev tamamlamak zorundaydı.
Jet Tahrik Laboratuvarı (Jet Propulsion Laboratory)’nın bir
süredir üzerinde çalıştığı seyir ve robot teknolojilerini
uygulamaya geçirmek için bundan iyi zaman olamazdı. Acaba NASA
bir iniş kapsülünden ziyade bir arazi aracı indirebilir miydi?
Bu fikri gerçekleştirmenin tek yolu, MARS’a ulaşmış bir uzay
aracını Mars atmosferine girerken roket ve paraşütler
kullanarak yavaşlatmak ve sonrasında hava yastıkları
kullanarak da yere inmesini sağlamaktı. Aşağıda bu fikirlerin
bilgisayar animasyonları ile modellendiği ağzınızı açık
bırakacak videoyu izleyebilirsiniz.
|
Şekil 3: Spirit
(bilgisayar modeli) |
Bunun için hali hazırdaki
Pathfinder tasarımlı bir iniş modülünü, dışını sabit tutup
içine bir arazi aracı sıkıştıracak şekilde tekrar dizayn
ettiler. 2003 yılında Mars ve Dünya yörüngelerinin en uygun
şekilde konumlanmalarından faydalanacak şekilde 3 yıl
içerisinde bu projeyi sonlandırmaları gerekiyordu. Üstelik
başarı şansını arttırmak için NASA tasarından iki adet arazi
aracı imal edilmesi gerektiği emri gelmişti. Spirit (Şekil 3)
ve Opportunity (Şekil 4) bu şekilde doğdu.
Üretim, fırlatma ve operasyon dahil her bir araç 400 milyon
dolara mal olmuştu. Güneş panelleri origami gibi açılıp
kapanıyordu. Araçların içinde koşan yazılım merkezden
navigasyon talimatları alıp, daha sonra robotları otonom
şekilde Mars yüzeyinde ilerletecek şekilde tasarlanmıştı. Bu
sayede robotlar yüksek tepelerden ve uçurum kenarlarından uzak
durmayı başarabileceklerdi.
Ve iki robot da başarıyla Mars’a
iniş yaptı. Panoramik kameralar, bir mikroskopik görüntüleyici,
bir taş zımparalama aleti, ve 3 farklı spektrometri kullanan
araçlar Mars’ın jeoloji ve minerolojisi hakkında bir çok bilgi
toplamayı başardı. En önemli keşfi ise, Mars’ın bir zamanlar
hayat için elzem olan suya sahip olduğu kanıtlarıydı.
Tahmin edilen 90 günlük kullanım sürelerinin aksine tam tamına
7 yıl hayatta kalmayı başardılar. Spirit ne yazık ki kuma
saplandı ve büyük ihtimalle de Mars kışını çıkaramadı. Ancak
Opportunity hala ortalarda fink atıyor. Bu robotlar birçok
soruyu yanıtladıkları gibi, yepyeni soruların oluşmasına da
sebep oldular. İşte bu nedenle NASA Mars’a tekrar dönme kararı
aldı, üstelik daha büyük bir arazi aracı ile!
|
Şekil 5: Mars'a
indirilmesi planlanan Curiosity'nin bu kez bir vinç
yardımıyla indirilmesi planlanıyor. |
Bahsi geçen yeni
robotun adı Curiosity (Merak, Şekil 5). Spirit ve
Opportunity’e kıyasla yeni araç bir beden büyük oldu. 2.3
metre uzunluğunda robotik koluyla araç kayaları delerek
kaylardan örnek toplayabilecek. Yarım metre çapında
tekerlekleri zorlu arazilerde ilerleyebilmesine imkan verecek
ve plütonyum-238 termoelektrik jeneratörü sayesinde de soğuk
kış şartlarında ve ekvatordan uzak enlemlerde de çalışmaya
devam edebilecek. Bu yetenekleri yeni görevinin başarısı için
önem arzediyor, çünkü seleflerinin bıraktığı mirası bir adım
ileriye götürmek zorunda. Mikroorganizmalar için yaşanabilir
olan habitatlar olup olmadığını araştıracak. Bu proje sonunda
su, enerji ve karbon gibi öğelerin Mars’ın yüzeyinde nasıl
evrildiklerini daha iyi anlamak hedefleniyor.
Curiosity, 5 ülkeden 10 deneysel ekipmanı taşıyor. Kaya ve
toprak örneğini alıp, kütle spekrometresi, ayarlanabilir lazer
spektrometresi ve gaz kromotografı kullanarak moleküler
yapısını ve izotopik oluşumunu analiz edecek ve organik karbon
olup olmadığını test edecek cihazlar bulunduruyor. 80
kilogramlık bilimsel donanımı araca yerleştirmek en büyük
sorunlardan biriydi. Curiosity’nin önceki modelleri olan
Spirit ve Opportunity kabaca golf arabası büyüklüğünde
araçlardı ve sadece 5′er kilogram taşıyorlardı. Bu sebeple
alçalan bir araçtan hava yastıklarıyla aşağıya atılmışlardı.
Ancak yeni arazi aracının küçük bir araba boyutunda, 900
kilogram ağırlığında ve üzerinde nükleer güç kaynağı ve 10
adet hassas bilimsel ekipmanla dolu olmasından dolayı aynı
yöntemin uygulanması mümkün değil. Bu yüzden NASA’nın yeni ama
bir o kadar da riskli stratejisi aracı kablolar vasıtasıyla
aşağıya doğru indirmek üzerine kurulu, aynen helikopterlerden
aşağıya inen komandolar gibi. Aşağıdaki videoda Curiosity’nin
nasıl indirileceğinin tasarlandığını görebilirsiniz (eğer
önceki videoya şaşırdıysanız, bu videoda küçük dilinizi
yutacaksınız).
Buna göre Curiosity atmosfere
girene kadar kapsül içinde seyahat edecek ve atmosfere
girdikten sonra bir paraşüt açılacak. Ancak hala ses hızından
yüksek hızlarda seyahat ettiğinden, araç ters yön motorlarını
aktive edecek ve yerden 20 metre yüksekliğe gelinceye kadar
yavaşlayacak. İşte bu noktada araç kendisine kenetlenmiş
kapsülden ayrılacak ve kendisini halatlar vasıtasıyla aşağı
indirecek. Yere değdiği zaman, patlayıcı çelik kesici düzenek
kabloları koparacak ve bu sayede kapsül araçtan daha uzak
güvenli bir mesafedeki bir alanda çakılabilecek.
Programın son durumu hakkında bilgi vermek gerekirse: NASA’nın
Mars Bilim Laboratuvarı (Mars Science Laboratory) diğer adıyla
Curiosity, atmosferi beraber aşacağı Atlas V roketi ile
Florida’daki Cape Canaveral Hava Üssü’nden başarıyla havalandı.
Roketten başarıyla ayrılan modül, Mars’a doğru ilerlediğinin
sinyallerini Dünya’ya iletti. Bütün sistemlerinin doğru
çalıştığı bilgisi ulaşan Curiosity aracının 8,5 aylık bir
yolculuk sonunda Ağustos 2012’de Mars’a inmesi bekleniyor.
Son olarak da iki dipnot düşelim: Birincisi, arazi araçları
sondaları ilerletmek için tasarlanmış tek yöntem değil.
Aşağıdaki videodaki düşünce, sondaların kendilerini Mars
rüzgarlarına teslim etmeleri ve zorlu vadilere aletler zarar
görmeden inilmesi için tasarlanmış. Ancak bu teknolojinin
henüz hayata geçmiş bir örneğini göremedik.
İkinci olarak gezegen arazi
araçları faaliyetlerini tabii ki bir tek NASA yürütmüyor. ESA
ile NASA bir yandan da 2018’de gönderilecek geleceğin Mars
araçlarını tasarlamakla meşguller (2). Aşağıda projenin
videosunu seyredebilirsiniz:
PEKİ YA RUSLAR?
Bu kadar Amerikan merkezli uzay aktivitesinden sonra
geçmişlerine saygımızdan dolayı Rusya’ya da kulak vermemek
olmazdı. Uzay yarışı sırasında Amerika Birleşik Devletleri ile
kapışan Sovyet Sosyalist Cumhuriyetler Birliği (SSCB)’nin
devamı niteliğindeki Rusya’nın bir süredir sesinin sedasının
çıkmadığını biliyoruz. 1957′den 1975′e kadarki süreç
içerisinde “ilk uzay aracı”, “uzayda ilk canlı”, “uzayda ilk
insan” ve “uzayda ilk kadın” gibi unutulmaz ilklere imza atan
Rusya bu sefer de gözünü Mars’ın uydusu Phobos’a (Şekil 6)
dikti.
|
Şekil 6: Mars'ın
uydusu Phobos |
Patatese benzeyen bu ortalama
asteroid büyüklüğündeki uydunun nasıl oluştuğuna ve Mars’ın
çekim alanına nasıl girdiğine dair belirsizlik sürüyor. Ayrıca
Mars’ın asteroidler tarafından bombalandığı bir evrede,
Mars’ın yüzeyinden kalkan maddelerin uydularına serpildiği
düşünülüyor. Ayrıca Phobos’a ulaşmak görece daha kolay, çünkü
bu uydunun yerçekiminden kaçmak o kadar kolay ki, bilim
insanları Mars’a insanlı uçuşlarda veya yerleşilmesi durumunda
astronotlar için bir alıştırma imkanı sunabileceğini
düşünüyorlar.
Phobos Grunt (Şekil 7) denilen
aracın 11 ayda Mars’a ulaşması, bir robotik kol yordamıyla 200
gram Phobos toprağı toplaması ve Ağustos 2014’te Dünya’ya geri
dönmesi planlanıyor(du). Güzel haber: Rusya bu aracı 8 Kasım
2011’de yollamayı başardı. Kötü haber: Araç 15 Ocak 2012
yılında dünyaya düşerek hakkın rahmetine kavuştu. Aslında
Rus’ların Mars’la arası hiçbir zaman iyi olmadı. Sovyetler
Birliği’nin Mars’a gönderdiği 19 araçtan sadece 4 tanesi
hedefine ulaşabildi ve genel olarak hedeflenen amaçlarının
sadece küçük bir kısmını başabildiler (3). Anlaşılan Ruslar’ın
şeytanın bacağını kırmaları için biraz daha çalışmaları
gerekecek. Ancak proje 65 milyon dolar gibi çok da yüksek
olmayan bir paraya malolduğu için (operasyon giderleriyle 163
milyon doları bulacağı düşünülüyordu (4)), projenin
tekrarlanabileceğine inanmak istiyoruz.
SATÜRN RÜYASI
Mars’tan aracımıza atlayıp, Jüpiter’i solluyor ve Satürn’e
iniyoruz… Huygens sondasının 2005 yılında Satürn’ün bir uydusu
olan Titan’da yaptığı çalışmalardan öğrendiğimiz iki şaşırtıcı
olay vardı: 1) Methan yağmurlarından dolayı birikmiş
hidrokarbon gölleri, 2) Su ve amonyak fışkırtan volkanlar.
Sadece bunlar bile Titan’ın nitrojen atmosferine bir uçak
gönderip yakından izlemek için yeterli sebepler. Ancak bunun
da ötesinde Titan Kendi güneş sistemimizde olası bir yeni
konak hayallerimizi süslüyor (Şekil 8). Carolyn Porco’nun
etkileyici Titan hakkındaki TED konuşmasına Türkçe
altyazılarıyla buradan ulaşabilirsiniz.
|
Şekil 8: Yerden
8 km yükseklikteki Huygens sondasının
çektiği ve su kanalı olduğu düşünülen bir bölgenin 360
derecelik görüntüsü |
AVIATR (Aerial Vehicle for In-situ
and Airborne Titan Reconnaissance) adı verilen bu proje 750
milyon dolar gibi bir bütçeye sahip olduğu için, insanlık
adına yeni sınırlara yelken açan projeler arasında ucuz
sayılabilecek NASA projelerinden. Konan (lander) ve gezen
(rover) araçların aksine, AVIATR elektrik pervanesi ile
çalışan, büyük bir anten vasıtasıyla Dünya ile iletişime
geçebilen, içerisinde bilimsel aletlerle yüklü 120 kilogramlık
bir uçak olacak (Şekil 9). Yerde gezen araçlar kadar
yakınlaşmasa da, tüm yüzeyi bir yörünge uydusundan çok daha
yüksek hassasiyette, detayda ve çeşitlilikte araştırabilecek
(5).
|
Şekil 9: Titan'a
gönderilmesi planlan insansız hava aracı AVIATR. |
Bilim insanlarını bu sıradışı araç
seçimine iten sebep ise Titan’da uçmanın çok kolay olması.
Dünya’ya kıyasla Titan’ın atmosfer yoğunluğunun dört kat fazla
olması ve yerçekiminin 7 kat daha az olması, Titan’da uçmayı
Dünya’da uçmaya oranla 28 kat kolaylaştırıyor. Mars ile
kıyaslandığında ise yaklaşık 1.000 kat daha kolay. (Yani
utanmasanız bir Yarasa Adam kostümüyle uçabilirsiniz.) Birkaç
radyoizotop enerji jeneratörüyle ağır bir AVIATR bir yıla
yakın bir süre havada kalabilir. Titan’ın kendi etrafında
dönmesinden dolayı, daima batıya doğru uçtuğu sürece Dünya’ya
doğru bakacak olan AVIATR’ın bu sayede Titan’ın gece tarafıyla
karşı karşıya kalması gerekmeyecek. Ayrıca bu araç uçuş
yeteneğini bir pil gibi kullanacak şekilde tasarlandı. Yani
yüksekte uçarken kendini şarj edecek ve süzülürken de
enerjisini topladığı verileri dünyaya iletme gibi diğer işlere
kanalize edebilecek.
Peki NASA AVIATR’ı ne zaman yollamayı planlıyor? Titan’a
gitmeyi öncelikleri listesine koyarsa 2020 diyelim. Olur da bu
proje seçilirse, aracın Dünya’dan Titan’a varması da yaklaşık
7.5 yıl alıyor. Ancak NASA projelerinin ne kadar kırılgan
oldukları da bilinen bir gerçek. Her başkan değişimi, her
bütçe planlaması, her yeni bilimsel buluş ve her hedef
revizyonunda işleyiş hızlanabiliyor da, projeler hepten rafa
kaldırılabiliyor da. Bekleyip göreceğiz…
KAYNAKLAR:
1) http://spectrum.ieee.org/aerospace/robotic-exploration/forgotten-soviet-moon-rover-beams-light-back-to-earth/0
2) http://www.esa.int/SPECIALS/ExoMars/index.html
3) http://spectrum.ieee.org/aerospace/robotic-exploration/a-russian-return-to-a-martian-moon/1
4) http://en.wikipedia.org/wiki/Fobos-Grunt
5) http://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/cute-little-drone-could-soar-through-the-skies-of-titan |