Menu

Microrover Haberleşme Donanımı

Pathfinder; 1997 yılında Mars yüzeyine üzerinde bir ana istasyonu ve keşif robotunu başarıyla indirmiş bir Amerikan uzay aracıdır. İniş takımları ile birlikte “Carl SAGAN Hatıra İstasyonu” olarak anılan tekerlekli ve hafif (10.6 kg/23 lb) keşif aracının adı ise Sojourner’dir. Bu yazıda, bu  Microrover Sojourner haberleşme sistemini oluşturan dört ana bileşenin çalışma ve donanım ayrıntıları anlatılmıştır. 

Telekomünikasyon sisteminin dört bileşeni şunlardır:

  • Sojourner Rover UHF Radyo Modem
  • Lander LMRE (Lander Monte Rover Ekipmanı) UHF Radyo Modem
  • Sojourner Rover UHF Anteni
  • Pathfinder Lander LMRE UHF Anteni

Microrover’ Radyo Modemin Çalışma Prensipleri

Bu telsiz modemler, walkie-talkie telsizler gibi çok yönlü çalışır. Ancak bu radyo modemler ses işaretlerini göndermek ve almak yerine dijital semboller şeklinde veri gönderip alırlar. Radyo modemler, “paketler” olarak adlandırılan ve her biri 2000 bayttan (8 bit= 1 bayt) oluşan kısa veri sembolleri iletir. (Bunlara “burst” deniyor).

Mars’ta, veri paketleri gezici kamera görüntülerini ve mühendislik telemetrisini, gezicinin çalışma durumunu ve Dünya’dan komutları ayrıntılı olarak aktarır. Walkie-talkie telsizler gibi radyo modem de herhangi bir zamanda dinleme ve konuşma yapabilir, buradaki enformasyon akışı doğrultusu gezici (Rover) ve iniş aracı (lander) arasında radyo modem tarafından kontrol edilmektedir ve bu sırada “half-duplex– çalışma” adı verilen bir haberleşme protokolü kullanılır. Başka bir deyişle, gezici kendisi iniş aracıyla telekomünikasyon oturumlarına başlar, bu nedenle çoğu zaman LMRE telsizi mesaj-alma modundadır

Bu radyo modemlerin iki ana parçası vardır: bunlar bir basılı kablolama panosundaki dijital kısım ve ayrı bir devre kartı üzerindeki analog kısımdır. Dijital kart, analog kart ile Sojourner gezgini içindeki bilgisayar (veya yol bulucu iniş aracı içindeki bilgisayar) arasında bir arabirim görevi görür.

Bu dijital kart gönderilecek ve alınacak verileri işler ve iletişim protokolünü, yani ne zaman konuşacaklarını ve ne zaman dinleyeceklerini yönlendirir. Analog kart, veri iletirken 459,7 MHz UHF vericisini açar ve dijital kart tarafından biçimlendirilen dijital bilgilere karşılık gelen modüle edilmiş radyo dalgaları gönderir.

Alım sırasında analog kart, aynı 459.7 MHz frekansındaki radyo dalgalarına ayarlanır. Bunları güçlendirir ve filtreler ve demodülasyon adı verilen bir işlemde dijital kart, alınan her paketin içindeki her bilgi bitini dijital sembolleri ile girebilecek şekilde çıkarır.

Gezici radyo modemin ayrıca metal çerçevesine bağlı 0,5 W ısıtıcı vardır. Bu ısıtıcı, günün ilk telekomünikasyon oturumuna hazırlanmak için gezici radyo modemin sıcaklığını Mars sabahının erken saatlerinde yükseltmek için kullanılır. Bu ısıtıcı, kristal osilatörü (ve LMRE radyo modemin de) sıcaklık dengelemediğinden, radyo modemin iletim ve alma frekansının sıcaklıkla değişmesine izin verdiği için gezici radyo modeme eklenmiştir.

Radyo modem sıcaklığı arttıkça, gönderme ve alma frekansları artar; sıcaklık soğudukça frekanslar düşer. İzin verilen maksimum frekans kayması 5 kHz düzeyindedir. Testler, lander radyo yaklaşık 0 santigrat derecede çalıştığında, gezici ve lander radyo modemleri arasında 20 santigrat derece veya daha düşük bir sıcaklık farkı korunduğunda en az iletişim iletim hatalarının oluştuğunu göstermiştir. Bu kısmen mühendislik telemetrisini izleyerek ve gezici radyo modem ısıtıcısına gücü kontrol etmek için Dünya’dan komutlar vererek gerçekleştirilmektedir.

Genellikle lander batarya sıcaklığı ve bu nedenle LMRE modem sıcaklığı, günlük işlemler için 20 santigrat derece ile 30 santigrat derece arasında olacaktır, bu nedenle microrover modem sıcaklığı 25 derece ile 40 derece arasında çalışırken, 20 dereceden düşük bir sıcaklık farkını koruyabilir. Bu kısmen mühendislik telemetrisini izleyerek ve rover radyo modem ısıtıcısına gücü kontrol etmek için Dünya’dan komutlar vererek gerçekleştirilmektedir.

Özellikler

  • Kütle: 105.9 gram
  • Boyutlar: 8,13 cm (3,2 inç) uzunluk x 6,35 cm (2,5 inç) genişlik 2,3 cm (0,9 inç) yükseklik
  • RF Konnektör Tipi: Koaksiyel SMA
  • DC Konnektör Tipi: 9 pinli Micro-D (sinyal ve güç)
  • DC BUS Gerilimi: +9 Volt, Ayarlı
  • DC BUS Akımı: 28 mA Bekleme; 35 mA Alma; 170 mA İletim
  • Çalışma Gerilimi: +7.5 Volt
  • DC Güç: 1.7 W (+ 9V regülatör verimliliğini içerir)
  • RF Merkez Frekansı: 459.7 MHz
  • RF Kanal Bant Genişliği: 25 KHz
  • RF Sinyal Modülasyonu: DGMSK (Differential Gaussian Minimum Shift Keying), temel olarak FM modülasyonu
  • İletişim protokolü: Yarım Dubleks (Tek Taraflı)
  • RF İletim Gücü: 100 mW
  • Bilgisayar Arayüzü: RS232, TTL seviyelerine dönüştürüldü
  • Maksimum Veri Hızı: 9600 BPS (Saniyedeki Bit Sayısı) Asenkron; Etkili: 2400 BPS
  • Sıcaklık Aralığı: -30C ila + 40C (işlevsel), -55C ila + 60C (depolama)
mikro rover 1

Resim-1. Flight Rover Radyo Modem Donanım Görüntüleri. (Image Credit: NASA/JPL)

Yüzey İniş Aracı (Surface Lander) İçindeki LMRE Radyo Modemi Çalışma Prensibi

Yüzey iniş aracı ekipmanları  (Lander Mounted Rover Equipment-LMRE) içinde bulunan UHF telsizin çalışması, +28 voltluk bir kaynak kullanılarak çalıştırılması dışında, gezici içindeki ile aynıdır. Bu nedenle ek bir LMRE elektronik kartı takılıdır.

Ayrıca, LMRE telsizi Lander pil kutusuna takılır ve gümüş kaplı bir termal battaniye ile örtülür ve geceleri bu soğumaz, çünkü pil ısıtıcısını korumak için dahili ısıtıcılar kullanılır.

Bu, haberleşmeye başlamadan önce daha sıcak bir sıcaklığa yükseltmek için sabahın erken saatlerinde bir ısıtıcı kullanması gereken gezici radyoda bir avantajdır. Ayrıca LMRE modemin biri DC, diğeri sinyaller için olmak üzere iki DC konnektörü bulunmaktadır. Çoğu durumda telekomünikasyon ve diğer uçuş donanımı, sinyal hatlarındaki gürültünün etkilerini azaltmaya yardımcı olmak için güç ve sinyaller için ayrı konnektörler kullanır.

LMRE Özellikler

  • Kütle: 265.2 gram
  • Boyutlar: 10,6 cm (4,2 “) uzunluk x 7,1 mm (2,8”) genişlik 5,3 mm (2,1) yükseklik
  • RF Konnektör Tipi: Koaksiyel SMA
  • DC Konnektör Tipleri: 9 pin micro-D (sinyal) 15 pin micro-D (güç)
  • DC Bus Gerilimi: +28 Volt, Ayarlı
  • DC Bus Akımı: 28 mA Bekleme; 35 mA Alma; 170 mA İletim
  • DC Güç: 1.5 Watt (+ 28V DC dönüştürücü dahil değil)
  • RF Merkez Frekansı: 459.7 MHz
  • RF Kanal Bant Genişliği: 25 KHz
  • RF Sinyal Modülasyonu: DGMSK, temel olarak FM modülasyonu
  • Haberleşme protokolü: Yarım Dubleks (Tek Taraflı)
  • RF İletim Gücü: 100 mW
  • Bilgisayar Arayüzü: RS232, TTL seviyelerine dönüştürüldü
  • Maksimum Veri Hızı: 9600 BPS (Saniyedeki Bit Sayısı) Asenkron; Etkili: 2400 BPS
  • Sıcaklık Aralığı: -30C ila + 40C (işlevsel), -55C ila + 60C (depolama)
mikro rover 2

Resim-2. LMRE Radyo Alttan Görünümü. (Image Credit: NASA/JPL)

mikro rover 3

Resim-3. LMRE Radyo Modem Dış Görünümü. (Image Credit: NASA/JPL)

mikro rover 4

Resim-4. LMRE Radio DC Converter Board Üstten Görünüm. (Image Credit: NASA/JPL)

mikro rover 5

Resim-5. LMRE Radyo DC Dönüştürücü Kartı Alttan Görünüm. (Image Credit: NASA/JPL)

Microrover Üzerindeki Anten ve Çalışma Prensibi

Bir antenin ana işlevi, radyo dalgalarının uzayda etkili iletimine yardımcı olmaktır. Microrover ve İniş aracının UHF antenleri, telsizlerdeki veya araba radyolarındaki antenler gibi çalışır. Bu tip anten, “tek kutuplu-monopol” anten olarak adlandırılır. Başka tip antenler vardır, örneğin uydu kablolu TV’ler için yuvarlak parabolik çanak antenler veya birçok evde görülen YAGI tarzı TV antenleri. Ancak bu antenler bu uygulama için çok hantal kalıyorlar.

Bir monopol anten, elektromanyetik sinyali iletmek için kullanılan tek bir (mono) elemana sahiptir. Radyo sinyali, antene altta bulunan bir koaksiyel konektör aracılığıyla girer, dengeli koaksiyel hattın kısa bir bölümü boyunca ilerler ve tek kutup tarafından yayılır. Koaksiyel çizgi 1/4 dalga bobini kullanılarak dengelenir. UHF radyo sinyali, tüm elektromanyetik radyasyon gibi, ışık hızında (saniyede 2.997925 x10 üzeri 8 metre) hareket eder.

Gezici anten, gezici ilk kez ayağa kalktığında açılan bir direk üzerindedir. Bir kez konuşlandırıldığında, dikey olarak yerine oturur ve görev süresi boyunca bu şekilde kalır. Gezici antenin açıldığında yüksekliği yaklaşık 83 cm’dir.

mikro rover 10

Resim 6. Rover Model Anten Test Aralığı Görüntüleri. (Image Credit: NASA/JPL)

Rover Anten Özellikleri

  • Toplam Uzunluk: 45,0 cm (destek tüpü dahil)
  • Malzemeler: Fiberglas tüp, Alüminyum Tüp, Teflon destekler, koaksiyel kablo
  • RF Konnektör Tipi: Koaksiyel SMA
  • RF Merkez Frekansı: 459.7 MHz
  • RF Bant Genişliği: <2: 1 VSWR için 700 KHz
  • RF Kazancı: 1.4 dBiv
  • Boş Alan (free space) Eşleşmesi: Merkez frekansta 1.09: 1 VSWR

Yüzey İniş Aracı (Lander) üzerindeki Anten ve Çalışma Prensibi

LMRE anteni, gezici (Rover) anteninkine çok benzer şekilde çalışır. Tek istisna, konuşlandırılabilir bir anten olmamasıdır. Konumu, LGA anteninin yanındaki destek yapısına sabitlenmiştir.

LMRE Anten Özellikleri

  • Toplam Uzunluk: 33.6 cm
  • Malzemeler: Fiberglas tüp, Alüminyum Tüp, Teflon destekler
  • RF Konnektör Tipi: Koaksiyel SMA
  • RF Merkez Frekansı: 459.7 MHz
  • RF Bant Genişliği: <2: 1 VSWR için 16 MHz
  • RF Kazancı: 1.4 dBiv
  • Boş Alan Eşleşmesi: Merkez frekansta 1.25: 1 VSWR

Antenlerin Yerleşimi ve Paternleri Resim Galerisi

Microrover Sojourner; 80C85 işlemciye sahipti ve görevi boyunca yaklaşık 100 metre kadar yol katetti ve son iletişimini 27 Eylül 1997’de yüzey aracı ile kurdu ve daha sonra hareketsiz kaldı ve görevi sonlandırıldı. Geliştirme süreci ile ilgili aşağıdaki belgeseli izlemenizi öneririm. Video da bu çalışma için ne kadar emek verildiği, ekibin heyecanı ve diğer çalışmalar görülmektedir.

Microrover konusu ilginizi çektiyse yakın zamanda Mars’a gönderilen Perseverance Mars 2020 rover makalemize göz atabilirsiniz. Görüşmek üzere…

Beğen  4
Fatma Nur AKI (TA2AKI)
Yazar

İstanbul Ticaret Üniversitesi'nde Öğretim Görevlisi. Branş: Fizik. Dünya'daki Mars Projesi (Mars on Earth Project) gönüllüsü ve site yazarı. Amatör telsiz çağrı işareti TA2AKI. (Instructor at Istanbul Commerce University, Physicist. Mars on Earth Project Volunteer and web author. Amateur radio call sign TA2AKI)

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Yapılan Yorumlar ( 4 )
  1. Avatar
    • Fatma Nur AKI (TA2AKI)
  2. Avatar