Odysseus Ay İniş Aracı: Keşfetmenin Yeni Sınırı

Uzay araştırmaları, insanlığın en heyecan verici ve ufuk açıcı maceralarından biridir. Güneş sistemimizi ve ötesini keşfetme arzusu, yeni dünyalar ve yaşam formları bulma umuduyla beslenir. Bu arayışta da, yapay uydular ve sondalar kritik bir rol oynar.

Bu tür uzay araçları hedefle ilgili gözlemler yapmak, veri toplamak ve keşif yapmak için kullanılırlar. Ay’da yapılan araştırmalar için önemli görevleri olan ve yaklaşık 1 milyar Euro maliyetli Odysseus da Ay’ın keşfinde yeni bir sınırın açılmasını sağlayacak sonda olarak planlanmıştır.

Makalede, NASA’nın Ticari Ay Yükü Hizmetleri (CLPS) programı ile Intuitive Machines (IM) arasındaki ortaklık tarafından gerçekleştirilen bir Ay görevinde (IM-1) yer alan Odysseus sondasının özelliklerini, görevlerini ve Ay araştırmalarına katkılarını inceleyeceğiz.

1. Intuitive Machines Şirketi

Amerika Birleşik Devletleri, uzay araştırmalarında öncü bir rol oynamış ve Apollo programı ile Ay’a insan göndermeyi başaran ilk ülke olmuştur. Son yıllarda ise NASA, Ay’a tekrar insan göndermeyi planlayan ve heyecan yaratan Artemis programını başlatmıştır.

Artemis programının bir parçası olarak, Houston, Teksas merkezli bir uzay araştırmaları şirketi olan Intuitive Machines tarafından Odysseus Ay iniş aracı geliştirilmiştir.

Şirket, Ay’a robotik görevler geliştirmeye ve ticari ay keşfi ve araştırmaları için pazar lideri olmaya odaklanmaktadır. Intuitive Machines, aynı zamanda NASA’nın Artemis programı kapsamında Ay’a kargo taşımak için seçilen üç şirketten biridir.

2. Odysseus İniş Aracı

Odysseus, Intuitive Machines tarafından geliştirilen ve 2023 yılında Ay’a gönderilen bir uzay aracıydı ve ana görevi, Ay’ın kutup bölgelerinde su buzunun varlığını ve dağılımını araştırmak olarak belirlenmişti.

Odysseus, Ay’ın jeolojik geçmişini ve evrimini incelemek, mineral ve element bileşimini haritalamak ve potansiyel iniş alanlarını ve gelecekteki insanlı görevler için kaynakları belirlemek gibi ek görevlere de sahipti.

3. Özellikleri

• Ağırlık: 100 kilogram,
• Boyut: 1 metre küp,
• Güç Kaynağı: Güneş panelleri,
• Yörünge: Ay kutup yörüngesi,
• Öngörülen Görev Süresi: 1 yıl.

4. Misyonu

Odysseus uydusunun 4 ana misyon hedefi şunlardı:

• Ay’ın kutup bölgelerindeki su buzunun varlığını ve dağılımını araştırmak,
• Ay’ın jeolojik geçmişini ve evrimini incelemek,
• Ay’ın mineral ve element bileşimini haritalamak,
• Potansiyel iniş alanlarını ve gelecekteki insanlı görevler için kaynakları belirlemek.

5. Amacı

12 Ekim 2023 tarihinde Ariane 5 roketi ile fırlatılmış ve 1 Aralık 2023 tarihinde Ay’ın yörüngesine girmiş olan Odysseus (Lunar) iniş aracı, Ay keşfinde yeni bir sayfa açması ve gelecekteki insanlı görevler için yolu hazırlaması amaçlanmıştır.

Görev, Ay’ın kutup bölgelerinde su buzunun varlığını doğrulayarak, Ay’da kalıcı bir insan varlığının kurulmasına katkıda bulunması ana hedefler arasında yer almıştır. Bu kapsamda da uydunun yörüngesi, Ay’ın kutup bölgeleri de dahil olmak üzere tüm yüzeyini kaplayacak şekilde tasarlanmıştır.

6. Faydalı Yük

Odysseus (Lunar) uydusu, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli bilimsel araçlarla donatılmıştır.

• Buz Radar
  • Ay’ın kutup bölgelerindeki buz tabakalarının kalınlığı ve yapısını haritalamak için kullanılması için geliştirilmiştir.
  • Frekans aralığı: 100 MHz – 1 GHz,
  • Çözünürlük: 10 metre,
  • Penetrasyon derinliği: 10 kilometre.
• Magnetometer
  • Ay’ın manyetik alanını ölçmek için kullanılması için geliştirilmiştir.
  • Hassasiyet: 1 nT,
  • Ölçüm aralığı: +/- 65.536 nT.
• Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleme Sistemi
  • Ay’ın yüzeyinin ayrıntılı görüntülerini almak için kullanılması için geliştirilmiştir.
  • Çözünürlük: 0,1 metre/piksel,
  • Görüş alanı: 10 kilometre,
  • Spektral bantlar: Görünür ve kızılötesi.
• Lazer Altimetre (LRA)
  • Ay’ın topografik haritasını çıkarmak için kullanılır.
  • Lazer darbeleri göndererek ve geri dönüşlerini analiz ederek Ay’ın yüzeyinin yüksekliğini ölçmek için geliştirilmiştir.
  • Çözünürlüğü 10 metreye kadar ulaşabilir.
  • Hassasiyet: 10 santimetre,
  • Ölçüm aralığı: 10 kilometre.
• Nötron Dozimetresi (NDL)
  
  • Ay’ın radyasyon ortamını ölçmek için geliştirilmiştir.
  • Ay’ın yüzeyindeki ve yörüngesindeki radyasyon seviyelerini belirlemek için geliştirilmiştir.
  • Gelecekteki Ay görevleri için astronotların radyasyona maruz kalma riskini değerlendirmek için de kullanılabilmesi öngörülmüştür.

• Yüksek Enerjili Nötron Spektrometresi (LN-1)
  
  • Ay’ın yüzeyindeki elementlerin kimyasal bileşimini analiz etmek için geliştirilmiştir.
  • Nötronlar kullanarak Ay’ın kayalarındaki elementleri ve izotoplarını belirlemek amacıyla geliştirilmiştir.
  • Ay’ın su buzunun varlığını araştırmak için de kullanılabilmesi öngörülmüştür.

• ROLSES
  • 1 saniyelik çözünürlükle 10 kHz – 10 MHz (veya muhtemelen 30 MHz) arasında radyo spektrumları sağlayan düşük frekanslı bir radyo spektrometresidir. FotoElektron Kılıfının (ROLSES) Ay Yüzeyindeki bu Radyo dalgası Gözlemleri, yüzeyden 1 m ve 2 m yükseklikteki antenler kullanılarak, ay yüzeyinin ~0-2 m yukarısındaki fotoelektron kılıf yoğunluğunun belirlenmesine olanak sağlaması için geliştirilmiştir..
  • Aynı zamanda ayın uzak tarafında antenleri bulunan daha büyük ay radyo gözlemevlerinin anten tepkisi üzerinde bir etki olup olmayacağını belirlemek için de önemlidir.

7. Güç Bütçesi

Odysseus aracın çevresini kaplayan güneş panelleri ile beslenen bir güç kaynağına sahiptir. Uydunun güç bütçesi, bilimsel aletlerin çalışmasını ve iletişim sistemlerinin işletilmesini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.

Güç Kaynağı

• Güneş panelleri: 200 W
• Piller: 25 Ah/saatlik bir pil, 28 VDC

8. Haberleşme Sistemleri

Odysseus, Dünya ile iletişim kurmak için doğal olarak radyo frekansı bağlantısı kullanarak haberleşmiştir. Uydunun haberleşme sistemleri, bilimsel verilerin aktarılmasını ve uydunun uzaktan kontrol edilmesini sağlamış, görev boyunca yer istasyonuna yaklaşık 350 MB’tan fazla veri göndermiştir.

Odysseus Haberleşme Sisteminin Özellikleri

• X Band Haberleşme Sistemi: Yüksek veri aktarım hızı ve uzun menzil sunan bir haberleşme sistemi olup, uzay aracı ile yer istasyonları arasındaki ana haberleşme sistemidir.
• S Band Haberleşme Sistemi: X band sistemine göre daha düşük veri aktarım hızı ve menzil sunar, ancak daha az güç tüketir. Odysseus, acil durumlar ve yedekleme için S Band sistemini kullanır.
• Ka Band Haberleşme Sistemi: X Band sisteminden daha yüksek veri aktarım hızı sunan bir haberleşme sistemidir. Odysseus uydusu, gelecekteki görevlerde Ka band sistemini kullanmayı planlamaktadır.

Odysseus Uydusunun Haberleşme Sisteminin Bileşenleri

• Yüksek Kazançlı Anten: X ve Ka band haberleşme sistemleri için kullanılır. Anten, Dünya’ya doğru yönlendirilir ve yüksek veri aktarım hızı saplamak için kullanılmıştır.
• Düşük Kazançlı Anten: S band haberleşme sistemi için kullanılır. Anten, her yöne sinyal gönderir ve acil durumlar ve yedekleme için kullanılmıştır.
• Radyo Vericiler ve Alıcılar: X, S ve Ka band sinyallerini göndermek ve almak için kullanılmıştır.
• Haberleşme İşlemcisi: Haberleşme sisteminin kontrolünü ve yönetimini sağlamaktadır.

Odysseus Uydusunun Haberleşme Sisteminin İşleyişi

• Odysseus uydusunun taşıdığı bilimsel aletler tarafından üretilen veriler, önce uydunun dahili belleğine kaydedilir.
• Daha sonra, bu veriler X veya Ka band haberleşme sistemi aracılığıyla Dünya’ya bulunan yer istasyonlarına gönderilir.
• Yer istasyonları, bu verileri işleyerek bilim insanlarına ve araştırmacılara sunar.
• Yer istasyonları, Odysseus’a komut ve kontrol sinyalleri de gönderir. Bu sinyaller, uzay aracının konumunu, yörüngesini ve aletlerinin çalışmasını kontrol etmek için kullanılır.

Veri Aktarım Hızı

• 10 Mbps (yörüngede),
• 1 Mbps (Ay’ın yakınında).

9. İniş Sistemleri

Odysseus, Ay’ın kutup bölgelerini keşfetmek için tasarlanmış bir uydudur. 2023 yılında fırlatılan bu uydunun iniş sistemi, Ay’ın zorlu iniş koşullarına uyum sağlayacak şekilde özel iniş sistemleriyle tasarlanmıştır.

1 Aralık 2023 tarihinde Ay’ın yörüngesine girdikten sonra yumuşak iniş için hazırlıklara başlamıştır. Yumuşak iniş, uzay aracının Ay’ın yüzeyine hasar almadan inmesini sağlamak için önemli aşamalardan birini oluşturmuştur.

Resim-1. İniş anında iniş aracının 3D baskı ile üretilmiş motorunun sıvı metan ve sıvı oksijen yakışı ile itici frenlemesi belirgin bir şekilde görünmekte. Yan yüzde ise (parlak turuncu renkli) ısıl koruma battaniyesi ile sarılmış Helyum tankı yer almakta. (Image Credit: Intuitive Machines)

Uzay aracı Ay’ın Malapert A iniş bölgesinden (80.13°S , 1.44°E koordinatlarında 2.579m yükseklikte) inmiştir. Yukarıdaki videoda iniş bölgesinin sensör verileri ve görüntü işleme teknikleri kullanılarak yapılan test sahasındaki denemeler yer almaktadır. Malapert bölgesi ve bölgesi aynı zamanda bilim insanlarının optik ve radyo teleskop kurmak için seçtiklerin bölgelerden biri olarak öne çıkmıştır.

Resim-2. Altta iniş yerini gösteren LRO görüntüsü, sağda iniş. (Image Credit: NASA/Goddard/Arizona State University and Intuitive Machines)

İniş Aşamaları

Rexim-3. İniş zaman penceresi. (Image Credit: Intuitive Machines)

• Yörünge Düşürme: Odysseus, Ay’ın yörüngesindeki yüksekliğini kademeli olarak düşürmeye başlamıştır.
• Giriş: Uzay aracının zayıf atmosfer ile teması başlamış ve yörünge hızı azaltılmıştır.
• Alçalma: Uzay aracın iniş bölgesine doğru alçalması başlamıştır.
• Yumuşak İniş: Uydunun Ay’ın yüzeyine inişi gerçekleşmiştir.

Yumuşak İnişin Sağlanması

Uzay aracı iniş bölgesine doğru alçalırken hızını ve irtifasını kontrol etmekte başarılı olmuştur. Sonrasında yana devrilse de açıklıklı iniş ayakları çok daha fazla hasar almasını önlemiştir.

Resim-4. IM-1 sinyali, Bochum’da 20 metre çaplı bir çanak antene sahip istasyon tarafından iniş sonrası alınan ve oldukça zayıf sinyal. (Image Credit: AMSAT-DL, Bochum Observatory)

İniş Bölgesi

Odysseus, Ay’ın güney kutbu yakınındaki bir bölgeye inmiştir. Bu bölgenin seçilmesinin nedeni; bölgede güneş ışığının sürekli olması, bu sayede uzay aracının güneş panellerinin sürekli olarak enerji üretmesini sağlamaktır. Aynı zamanda bu bölgede Ay’ın jeolojik tarihi hakkında önemli bilgiler içeren kayalar bulunmaktadır.

Odysseus’un iniş sisteminin temel bileşenleri ise aşağıdaki donanımdan oluşmaktaydı.

• Yumuşak iniş için roket motoru: Uydunun Ay’a çakılmasını önleyerek yumuşak bir şekilde inmesini sağlamak için,
• Radar altimetre: Uydunun yerden yüksekliğini ölçme ve iniş sırasında yükseklik kontrolünü sağlamak için,
• Doppler hızı sensörü: Uydunun yatay hızını ölçme ve iniş sırasında yatay konum kontrolünü sağlamak için,
• Gözlem kameraları: İniş sırasında çevrenin görüntülerini çekmek ve iniş bölgesinin güvenli olduğundan emin olmak için,
• İniş takımları: Yere iniş sırasında uzay aracının dengede kalmasını ve devrilmemesini sağlamak için.

10. İnişte Yaşanan Problemler

Son ana kadar tüm sistemler aktif ve verimli çalışırken, iniş aşamasında son metrelerde yaşanan bir aksaklık (muhtemelen ayak sistemlerinden birindeki problem) nedeniyle kendi etrafında dönmesi ve akabinde dengesiz bir şekilde Ay yüzeyine teması ile Odysseus yana yatmıştır.

Resim-5. Uydu verileri.  Ay ufukta alçak konumda iken sinyal durumu. (Image Credit: AMSAT-DL, Bochum Observatory)

Devam eden günlerde ise alınabilecek verilerin alınmasından sonra bataryalarındaki gücün korunması amacıyla uzay aracı uyku moduna alınmıştır.

Resim-6. Uydu verileri. Sinyal kaybı (LOS) 45 dk öncesi. (Image Credit: AMSAT-DL, Bochum Observatory)

Uyku modu bir çok uzay aracında benzer durumlar karşısında daha sonra yapılacak kurtarma operasyonlarında yeterli gücün korunması amacıyla uygulanan bir yöntemdir. Bu yöntem özellikle batarya sistemini besleyen güneş panellerinin zarar görmesi, beklenilen gücü üretememesi veya panel sisteminin tamamen devredışı kalması durumunda uygulanmaktadır.

Devre dışı kalması durumunda uzay sondaları uyku moduna alınarak, batarya içinde kalan gücün daha planlı bir kurtarma operasyonunda veya kritik sensör sistemlerinden veri almak amacıyla kullanılmaktadır.

Sonuç olarak uzay iniş aracının görevi başarılı kabul edilebilir. Uzay aracının son aşamasında yaşanmış olan sorunlar, bu tür zorlu görevlerde başarısızlık olarak algılanmaz. Zira bu tür aksaklıklar sonrasında elde edilen veriler ileride yapılacak diğer iniş görevleri için çok çok değerli bir veri havuzu ve buna karşın deneyim oluşturmayı da sağlamaktadır.