Tek Depoyla Mars Yolu: Küçük Uydular İçin Çift Modlu İtki Çağı

Hızlı Erişim / İçindekiler

• Tek Yakıtla İki Farklı İtki
• Elektrosprey Motorları Nasıl Çalışır
• ASCENT ile Yapılan Testler
• NASA’nın CubeSat Görevi
• Dünya Yörüngesi ve Ötesi İçin Esneklik

MIT araştırmacıları, tek bir yakıtın hem kimyasal hem de elektrikli iticileri çalıştırabileceğini gösterdi. Bu yaklaşım, küçük uyduların hem ani manevra hem de uzun soluklu yol alma kabiliyetini tek pakette topluyor. Sonuç: daha hafif sistemler, daha düşük maliyet ve asteroit kuşağından Mars’a uzanan görevler için yeni bir kapı.

Tek Yakıtla İki Farklı İtki

Geleneksel tasarımda kimyasal iticiler ve elektrikli iticiler ayrı yakıt, ayrı donanım ister. Bu durum ağırlık ve karmaşıklık demek. MIT ekibi ise her iki sistemi aynı depodan beslemeyi başardı. Böylece uydular, hızlı ivmelenme gereken anlarda kimyasal iticiyi, uzun ve hassas yolculuklarda elektrikli iticiyi devreye alabiliyor. Uzay araçları için bu, görev planlamasında ciddi bir serbestlik sağlar.

Çalışmanın merkezinde ABD Hava Kuvvetleri’nin geliştirdiği "yeşil monopropellant" ASCENT var. Hidrazin kadar zehirli olmayan bu iyonik sıvı karışımı, kimyasal itki için tasarlanmıştı. Ekip, ASCENT’in elektrosprey motorlarında da verimli çalıştığını kanıtladı. Eski doktora sonrası araştırmacı Amelia Bruno’ya göre tek pakette kimyasal ve elektrikli itki, küçük uydulara daha fazla bilim, daha fazla gözlem ve daha iddialı görevler sunar.

Elektrosprey Motorları Nasıl Çalışır

Elektrosprey iticiler kabaca bir 10 kuruş büyüklüğünde. İyonik sıvı yakıta elektrik alan uygulanır, yüklü parçacıklar sıvıdan çekilip uzaya fırlatılır. Ortaya çıkan tepki kuvveti itki üretir. Yakıt verimliliği yüksektir. Bu nedenle gezegenler arası yolculuklarda yavaş ama istikrarlı hızlanma için idealdir. Kimyasal iticiler ise tam tersi. Kısa sürede yüksek itki verip uyduya ani konum değiştirme, yörünge yükseltme veya yavaşlama imkânı tanır.

Paulo Lozano’nun laboratuvarı yıllardır bu minyatür sistemleri geliştiriyor. İyonik sıvılar uzay boşluğunda bile sıvı kalabilen nadir malzemelerden. Kararlı yapıları ve iyon yoğunlukları, elektrosprey için biçilmiş kaftan. Lozano’ya göre iki sistemin tek yakıtla beslenmesi, CubeSat’ları Mars’a veya asteroit kuşağına göndermeyi mümkün kılar. Yolda elektrosprey ile ilerlersin, ilginç bir hedef görünce kimyasal iticiyle hızla yönelirsin.

ASCENT ile Yapılan Testler

Ekip, ASCENT’i küçük küp haznelere doldurdu. Her hazne yaklaşık bir LEGO parçası boyutunda ve bir gram yakıt aldı. Viskozite bebek yağı gibi. İticiler CubeSat’ın iki yanına yerleştirildi ve MagLev adlı manyetik levitasyon düzeneğinde test edildi. Büyük vakum odası uzay koşullarını taklit etti.

Voltaj uzaktan değiştirildi. Oluşan elektrosprey, CubeSat’ı fırıldak gibi döndürecek kadar kuvvet üretti. 100 saate varan kesintisiz çalıştırmalar yapıldı. Ölçümler net: ASCENT, klasik elektrosprey yakıtlarıyla benzer itki ve verim sundu. Bruno, "Artık ASCENT ile çalıştığını biliyoruz. Sırada daha iyi hale getirmek var" diyor.

NASA’nın CubeSat Görevi

Kasım ayında fırlatılması planlanan NASA destekli Green Propulsion Dual Mode görevi, konsepti yörüngede sınayacak. Evrak çantası boyutundaki uydu, tek depodan beslenen bir kimyasal itici ve dört elektrosprey itici taşıyor. Lozano, "Bu, bir uydunun ortak yakıt deposuna sahip olacağı ilk deneme olacak" bilgisini paylaştı.

Başarı halinde küçük uydular Dünya yörüngesine hapsolmaktan kurtulacak. Mars uçuşları, asteroit randevuları veya derin uzay gözlemleri ucuz platformlarla yapılabilecek. Görev aynı zamanda donanım mimarisini sadeleştiriyor. Tek depo, tek dolum prosedürü, tek sızdırmazlık kontrolü demek.

Dünya Yörüngesi ve Ötesi İçin Esneklik

Teknoloji sadece derin uzay için değil. Lozano, hava ve iklim takibini örnek gösteriyor. Bir fırtına yaklaşırken küçük uydu takımyıldızını belirli bir bölgeye hızla yığmak gerekebilir. Bazen de yavaşça konuşlanıp uzun süre veri toplamak istenir. Çift modlu itki, komuta ekibine bu kararı görev sırasında verme şansı verir.

Ağırlıktan tasarruf, fırlatma maliyetini düşürür. Daha küçük uydular, daha sık fırlatılabilir. Bilimsel gözlem, afet izleme, haberleşme ve teknoloji testleri için erişim artar. ASCENT’in zehirli hidrazine alternatif olması, yer operasyonlarında güvenlik riskini de azaltır. Böylece üniversiteler ve özel girişimler, daha güvenli yakıtla daha karmaşık görev tasarlayabilir.

Kaynak: sciencedaily.com MIT’s new spacecraft engine could send tiny satellites to Mars

BilimBox Yorumu: Mesele sadece "tek depo, iki motor" değil. Bu, küçük uydu tasarım felsefesinin değişmesi demek. Bugüne dek CubeSat’lar, fırlatma maliyetini düşürmek için yetenekten feragat etti. Hızlı manevra yapamayan, hedefe varması haftalar süren platformlardı. Şimdi denkleme kimyasal itki ekleniyor. Yani görev planlayıcı, rotada esneklik kazanıyor. Bir asteroit keşif uydusu düşün. Yolda enerji tasarrufu için elektrosprey ile süzülür. Hedefe yakın bir jeolojik anomali tespit ettiğinde kimyasal iticiyi ateşler, 20 dakika içinde yörünge düzlemi değiştirir. Bu çeviklik, büyük görevlerde milyar dolarlık araçlarla yapılan işi, bavul kadar uydularla yapılabilir kılar. Diğer yandan ASCENT’in iyonik sıvı olması, yakıtın uzayda buharlaşma ve donma sorunlarını azaltır. Depolama ömrü uzar. Bu da derin uzayda bekleme yörüngesinde duran, fırsat görevi kovalayan uyduların önünü açar. Ticarileşme tarafında tablo daha net. Tek tip yakıt, üretim bandını standartlaştırır. Test prosedürleri birleşir. Fırlatma sağlayıcıları için entegrasyon kolaylaşır. Sonuç: üniversite laboratuvarından çıkan bir CubeSat, birkaç yıl içinde Mars yörüngesine bilimsel yük taşıyabilir. Eskiden bu cümleyi kurmak hayal gibi dururdu. Artık mühendislik planı var.