Bu haberleşme uyduları nasıl yörüngede kalıyor lan oğlum?

Haberleşme uyduları yaygın olarak jeostasyoner yörüngede kalırlar. Neresi lan bu jeostasyoner yörünge? Dünya yüzeyinden yaklaşık 36000 km yüksekte çok ama çok gizemli bir bölgedir.

Şaka bir yana, bu yörüngede bulunan uydulara, Dünya’dan baktığımız zaman hareketsiz olarak görürüz, çünkü dünyanın ve bu uydularin dönüş hızları aynıdır. Jeostacioner yörüngede kalabilme yeteneği, uydu için özel bir teknoloji gerektirmez. Bunun yerine, uydu, Dünya’nın çekim kuvvetine ve dönme hareketine bağlı olarak doğal olarak bu yörüngeye oturur. Uyduların bu yörüngede kalabilmesi için, Dünya’nın yerçekimi kuvveti ve uydunun hızı arasında dengeli bir durum olmalıdır.

Bu uyduların jeostasyoner yörüngede kalmanın avantajlarından faydalandıklarını söyleyebiliriz. Bu yörüngede kalmak, bir uyduya sabit bir konumda kalmak ve yerleşik antenlerini belirli bir bölgeye yönlendirmek için olanak tanır. Böylece, uydu haberleşme hizmetlerini sağlamak için belirli bir alana odaklanabilir. Jeostasyoner yörüngedeki uydu sistemleri, televizyon yayınları, radyo iletişimi, internet erişimi ve diğer haberleşme hizmetleri gibi birçok farklı uygulama için kullanılıyor.

Bu uydular genellikle roketler veya uzay araçları tarafından yörüngeye fırlatılıyor. Fırlatma sırasında, uydu yörüngeye yerleşmek için gerekli olan hız ve yön değişikliğini sağlayacak roket motorlarına sahiptir. Bu motorlar, uyduyu istenen yörüngeye oturtmak için gereken itme gücünü sağlar. Yörünge stabilizasyonu için ise uydular, kontrol sistemleri ve itme sistemi gibi donanımlara sahiptir. Bu sistemler, uyduyu yörüngede istenen konumda tutmak için gerekli olan düzeltmeleri gerçekleştirir. Bunlar genellikle itici gazlar veya elektrikli itici sistemler kullanılarak sağlanır. Uydu, yörüngede kalmak için bu itme sistemlerini zaman zaman kullanarak pozisyonunu düzeltir ve istikrarını korur.

İtici gazlar, haberleşme uydularının yörünge stabilizasyonunda ve manevralarında kullanılan bir yöntemdir. Bu gazlar, uydu üzerinde bulunan itici sistemleri veya roket motorları aracılığıyla püskürtülerek uyduya itme kuvveti uygulanmasını sağlıyor. İtici gazlar genellikle hidrazin gibi hipergolik yakıtlar veya sıvı oksijen ve sıvı hidrojen gibi yakıtlar kullanılarak oluşturulur. Bu gazlar, roket motorunun yanma odasına yakıt ve oksijenin karıştırılmasıyla oluşturulan yanma reaksiyonu sonucunda ortaya çıkar.

Yanma reaksiyonu itici gazları yüksek hızlarda dışarıya püskürtür ve bu sayede itme kuvveti oluşturulur. Tabi burda gaz derken genellikle hipergolik yakıtlar veya soğutucu gazlardan bahsediyoruz. Hipergolik yakıtlar, kendiliğinden yanma özelliklerine sahip oldukları için ateşleme için ayrı bir ateşleme sistemi gerektirmez. Bu da doğal olarak uydunun manevralarını hızlı ve güvenilir bir şekilde gerçekleştirebilmesini sağlar. Soğutucu gazları ise uydu bileşenlerinin aşırı ısınmasını engellemek ve termal kontrol sağlamak için kullanıyoruz.

Monometilhidrazin (MMH): Yakıt olarak sıklıkla kullanılan bir hidrazin bileşiğidir. Nitrojen tetroksit (NTO) ile birlikte kullanıldığında kendiliğinden yanma reaksiyonu gerçekleştirir.

Nitrojen Tetroksit (NTO): Oksitleyici olarak kullanılan bir gazdır. MMH gibi hidrazin bileşikleriyle birlikte kullanıldığında kendiliğinden yanma reaksiyonu oluşturur.

Uydunun yörüngede kalması veya yörünge değiştirmesi gerektiğinde, itici gazlar kontrollü bir şekilde püskürtülerek uyduya ters yönde bir kuvvet uygulanır. Bu itme kuvveti, uyduya zıt yönde bir momentum sağlar ve böylece uydu yönünü veya hızını değiştirebilir. Uydu kontrol sistemleri, itici gazların püskürtülme zamanlamasını, miktarını ve yönünü ayarlayarak uyduyu istenen yörüngeye oturtabilir veya yörünge stabilizasyonunu sağlayabilir. İtici gazların kullanımıyla uydu, yörüngede kalması gereken konumunu koruyabilir, yörünge düzeltmeleri yapabilir veya farklı yörüngelere transfer olabilir. Bu şekilde itici gazlar, haberleşme uydularının uzaydaki hareketlerini kontrol etmek ve yörüngede kalmasını sağlamak için önemli bir rol oynar.

İtici gazların püskürtülmesi için bu uydu sistemlerinde genellikle “thruster (itici)” veya “propellant nozzle (itici gaz nozülü)” gibi terimler kullanılır. Bu terimler, itici gazın uydu üzerindeki püskürtme mekanizmasını ifade ediyor.

Bu püskürtme mekanizmaları, itici gazı kontrol ederek uyduya itme kuvvetini sağlar. İtici gazlar, uydu üzerindeki püskürtme nozullarından çıkarak yüksek hızlarda dışarıya doğru püskürtülür. Bu püskürtme, Newton’un üçüncü hareket yasasına göre uyduya ters yönde bir itme kuvveti uygular.

Ne diyor Newton abimiz: “Her hareket eden nesne, aksiyon ve reaksiyon (etki-tepki olayı) olarak adlandırılan iki eşit ve zıt yönlü kuvvetler çifti üretir. Yani bir nesne başka bir nesneye kuvvet uyguladığında, o nesne de aynı büyüklükte, fakat zıt yönlü bir kuvvetle yanıt verir.” Bu yasa, eylem ve tepki arasındaki karşılıklı etkileşimi açıklar. Örneğin, bir topu yere ittiğinizde, top yere doğru eşit ve zıt yönlü bir kuvvet uygular. Bu nedenle, eylem (itme) kuvvetiyle birlikte tepki (zıt yönlü itme) kuvveti ortaya çıkar.

Newton’un üçüncü hareket yasası, günlük yaşamda ve fizikte birçok olayı açıklamak için kullanılıyor. Örneğin, yüzme sırasında suyu ittiğinizde, su da size geri bir kuvvet uygular. Arabanızı iterek hareket ettirirken, yol da arabaya zıt yönlü bir kuvvet uygular. Bu yasa, karşılıklı etkileşimlerin ve kuvvetlerin temel bir prensibi olaarak kabul edilir.

Uydu sistemlerinde kullanılan itici gaz püskürtme mekanizmaları, genellikle küçük ve hassas itme kuvvetlerini kontrol edebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu mekanizmalar, itici gazın püskürtülme miktarını, yönünü ve zamanlamasını ayarlamak için kullanılır. Böylece, uydu manevralarını gerçekleştirmek, yörünge değişiklikleri yapmak veya yörünge stabilizasyonunu sağlamak için gereken itme kuvvetini kontrol edebilir.

Itici gaz püskürtme mekanizmalarının ömrü, bir dizi faktöre bağlı olarak değişebilir. Bu faktörler arasında kullanılan malzemelerin dayanıklılığı, çalışma koşulları, kullanım sıklığı ve bakım düzeyi gibi etkenler yer alır. İtici gaz püskürtme mekanizmaları, genellikle çok uzun süreli kullanım için tasarlanıyor. Ancak, zamanla aşınma ve yıpranma olabileceği için performanslarında azalmalar görülebiliyor. Özellikle yüksek sıcaklık, basınç ve kimyasal etkilere maruz kalmaları durumunda malzemelerde deformasyonlar ve bozulmalar meydana gelir. İtici gaz püskürtme mekanizmalarının ömrünü artırmak için uygun bakım ve kontrol önlemleri alınır. Burada, düzenli olarak bakım, temizlik, gerekli onarımların yapılması ve performans testlerinin gerçekleştirilmesi gibi önemlerden bahsediyoruz.

Özellikle uzay araçlarında kullanılan itici gaz püskürtme mekanizmaları, uzun görev süreleri için daha fazla dayanıklılığa sahip olacak şekilde tasarlanır. Ancak uzun süreli görevlerde bile mekanizmaların ömürleri sınırlı olabilir ve kullanıldıkları süre boyunca performanslarında azalmalar yaşanabilir.

İtici gaz püskürtme mekanizmalarının çalışması için içerisinde yeterli miktarda itici gaz bulunması çok önemli. İtici gaz, genellikle uydu sistemine entegre edilen ayrı bir yakıt veya gaz deposundan temin ediliyor. Bu depo, uydu fırlatılmadan önce veya uzayda ikinci bir yakıt ikmal görevlisi tarafından doldurulabiliyor. Tabi yakıtın sonuna kadar bitmesini beklememeniz kaydıyla 🙂 Uydu sistemleri, içerisindeki itici gaz miktarını izlemek için sensörler veya ölçüm sistemleri kullanılıyor. Böylece, itici gazın tükenme noktasına yaklaştığında veya belirlenen bir eşik değerine ulaşıldığında uydu kontrol merkezi veya otomatik sistemler tarafından itici gaz ikmali planlanabiliyor.

İtici gazın miktarı, uydu görev süresi ve yapılacak manevraların gerekliliklerine bağlı olarak değişebildiğini söyleyebiliriz. Uzmanların yapacağı hesaplamalar sayesinde, uydunun görev süresi boyunca itici gazın tüketimi göz önünde bulundurulur ve tasarımı buna göre yapılır. Uydunun belirli bir süre boyunca kullanılabilmesi için yeterli itici gazın sağlanması buradaki en önemli unsurlardan biri.Neden? Çünkü, itici gazın tükenmesi durumunda, uydu manevra kabiliyetini kaybedebilir ve yörüngede istenen konumu koruyamayabilir. Bu nedenle, uydu tasarımında ve görev planlamasında itici gaz miktarının dikkate alınması bu yüzden büyük önem taşır.

Peki kaç litre gaz koyacağız arkadaş?

İtici gaz depolarının kapasitesi, uydu tasarımı ve görev gereksinimlerine bağlı olarak değişebilir. Depo kapasitesi, uydu görev süresi, itme ihtiyacı, manevra gereksinimleri ve uydu performansı gibi faktörler göz önünde bulundurularak belirlenir. Bu tür uydular genellikle yıllarca hizmet vermek üzere tasarlandığı için ve görev süreleri uzun olması hesaplandığı için itici gaz depoları genellikle küçük ve kompakttır. Ancak bu, uydunun yapacağı manevraların miktarına ve sıklığına bağlı olarak değişebilir. Bazı küçük uydu sistemlerinde itici gaz depolarının kapasitesi birkaç litre veya birkaç düzine kilogram düzeyinde olduğunu söyleyebiliriz. Daha büyük ve karmaşık uydu sistemlerinde ise itici gaz depolarının kapasitesi yüzlerce litre veya tonlarca itici gazı barındırabilecek şekilde tasarlanabilir.

Uydu tasarımında, itici gaz depolarının kapasitesi, uydu görev süresi, itme ihtiyacı ve görev esnasında yapılacak manevraların sayısı ve büyüklüğü gibi faktörler dikkate alınarak belirlenir. Bu, uydu sistemlerinin yeterli itici gazı depolayabilmesini ve görev süresi boyunca gereken manevraları gerçekleştirebilmesini sağlamayı amaçlar.