Dragon Kapsülleri Uzay İstasyonuna Nasıl Kenetleniyor

Uluslararası Uzay İstasyonu yaklaşık 400 km yüksekte saatte 28 bin km hızla dönerek Yer çevresinde bir turunu 92 dakikada tamamlıyor. Peki SpaceX şirketinin Dragon, Rusya’nın Soyuz-Progress ve Japonya’nın HTV kargo kapsülleri uzay istasyonuna saatte 28 bin km hızla nasıl kenetleniyor? İstasyona çarpıp parçalanmadan nasıl yük ve astronot aktarabiliyor?

Tam otomatik Dragon kapsülleri

Eskiden uzayda kenetlenme bilimkurgu filmlerine konu olacak kadar görkemli bir manevraydı. Artık Tesla otopilot özellikleriyle donatılan yapay zeka destekli SpaceX Dragon kapsülleri, Uluslararası Uzay İstasyonu’na (ISS) otomatik olarak kenetleniyor. Yine de bu kenetlenme manevrasının kolaylaştığı anlamına gelmiyor. Tersine bu hâlâ çok zor bir uygulama ve neden zor derseniz:

Uzaydaki her şey hareket halinde ve cisimlerin büyük kısmı da birbirinin çevresinde dönüyor: Örneğin, Samanyolu galaksisi saniyede 630 km ile Laniakea süper galaksi kümesiyle birlikte evrendeki Büyük Çekici denilen kütle merkezine doğru kayıyor. Ancak Güneş Sistemi de hareket halinde:

Güneş Sistemi saniyede 240 km hızla Samanyolu çevresindeki süper kütleli kara delik Sagittarius A* çevresinde dönüyor. Yeryüzü ise Güneş çevresinde saniyede 30 km ve ekvator üzerinde kendi çevresinde saatte 1656 km hızla, yani sesten hızlı dönüyor. Dünya çevresinde devinen ISS ve diğer bütün istasyonlarla uydular da (yersabit irtifa hariç) yörüngede kalmak için yüksek hızda gitmek zorunda kalıyor.

O sebeple Dragon kapsülleri hem uzaya doğru şekilde yükselmek, hem de hızını eşitleyerek ISS’e varıp uzay istasyonuna dikkatlice kenetlenmek zorunda. Aksi takdirde ISS’e sesten daha yüksek bir hızda çarpabilirler. Bütün bu riskleri önlemek için de uzayda karmaşık manevralar yapmak gerekiyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Dragon kapsülleri ile uzaya çıkmak

Öncelikle direkt uzaya çıkmak zordur. Nitekim Dragon kapsülleri ile alçak yörüngede dönme hızınız saniyede 7,6 km’yi bulacağı için SpaceX Falcon 9 Blok 5 gibi güçlü roketler kullanarak bu hıza çıkmanız gerekir. Öte yandan, Yer’in kendi çevresinde dönmesini de dikkate almanız gerekiyor.

Uzay aracını roketle direkt yukarıya ateşleyerek yörüngedeki bir araca kenetlenmeniz imkansızdır. Öyle ki ilk kenetlenme denemeleri de uzaya fırlatılan araçlar yörüngedeki araçları ıskaladığı için başarısız oldu.

Örneğin, direkt yukarı yükselir ve uzay aracının burnunu kenetleneceğiniz istasyona tutarak roketleri ateşlerseniz uzay istasyonundan hızlı gitmeye başlarsınız. Bu yüzden de ISS’ten bir üst yörüngeye çıkarak istasyonu hepten ıskalar ve bırakın kenetlenmeyi, istasyondan uzaklaşmaya başlarsınız.

Ayrıca hiçbir roket direkt yukarıya yükselmez. Bunun yerine, Dünya’nın kendi çevresinde dönme hızından kaynaklanan merkezkaç kuvvetinden yararlanmak istersiniz. Böylece Dünyamız da sizi kendi devinimiyle biraz itmiş olur. Bu da az yakıt harcayarak daha hızlı gitmenizi veya az yakıtla daha çok yük taşımanızı sağlar. Yoksa yörüngeye çıkmadan yakıtınız biter ve geri düşersiniz. Peki neden?

Dragon kapsülleri ve yörünge

Yörünge mekaniği yüzünden: Uzay istasyonuna yük taşıyan Dragon kapsülleri belirli bir yüksekliğe eriştikten sonra Doğuya kıvrılıyor; çünkü Yer batıdan doğuya dönüyor (Güneş doğudan doğuyor!). Kısacası roketler kısa bir süre dikey yükseldikten sonra, yörüngeye oturana dek sarmallar çizerek yükseliyor. Böylece uçuş bir aksilik nedeniyle iptal olursa balistik rotada Dünya’ya geri dönebiliyor.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Kenetlenmeden önce yörünge

Direkt uzaya yükselmek ise roketlerin yörüngeye oturmasına izin vermiyor; çünkü Dünya yuvarlaktır. Bu sebeple yörüngeye girmek demek, aslında Dünya çevresinde yeryüzünün altınızdan uzaklaşma hızıyla dönmek demektir. Öyle ki yörüngedeyken sürekli Dünya’ya düşersiniz.

Aynı zamanda yuvarlak Yeryüzü altınızdan kayarak uzaklaşmakta olduğu için de Yer’le aranızdaki mesafeyi korur ve ne kadar düşerseniz düşün, gerçekte yörüngeye oturmuş olursunuz. Alman kökenli Helloween power metal grubunun Gambling with the Devil albümündeki As long as I fall şarkısında söylediği gibi, düştüğünüz sürece yere çarpmayacağınızdan bir sorun yoktur. 😉

Oysa roketle direkt yükselirseniz resimdeki gibi çok dik bir parabol çizersiniz. Böylece yakıtınız bitince Dünya’ya geri düşersiniz. Bunu önlemenin tek yolu ise Yeryüzü’nden kaçış hızına ulaşmak, yani saniyede 11 km’den hızlı gitmektir; ama o zaman da yörüngeye girmek yerine uzaya fırlayıp gidersiniz. Özetle yörüngeye girmenin tek yolu, roketlerin Doğudan batıya kıvrılarak yükselmesidir.

Yörüngeye giriş videosunu izleyin

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Dragon kapsülleri nasıl kenetleniyor?

Bunun en kısa cevabı Hohmann tarafından geliştirilen yörüngeler arası geçiş yöntemini kullanmaktır. Öyle ki roketimiz Doğudan batıya doğru kıvrılarak ve sarmallar çizerek yükselir. Böylece Dünya çevresindeki ilk kararlı yörüngeye ulaşmış olur. Neden kararlı yörüngeye ulaşmalı derseniz:

Dünya çevresinde dönen bütün rotalar kararlı yörüngeler değildir de ondan! Öte yandan, kararlı olmamakla birlikte bir sonraki yörüngeye ulaşmanızı sağlayan güvenli sarmak yükseliş rotaları vardır. İşte bunlara Hohmann aktarım yörüngeleri diyoruz.

Nitekim Dünya çevresinde üç ana yörünge grubu bulunuyor: Alçak yörünge (160-2000 km irtifa), orta yörünge (2000-35.786 km) ve 35 bin 786 km’den yüksek olan yörüngeler. Bu arada, 35 bin 786 km yersabit yörüngedir. Burada dönen uyduların konumu Dünya’ya göre hemen hiç değişmez ve dolayısıyla hep aynı yere bakarlar (sonuçta Yer çevresinde bir günde, 24 saatte dönerler).

Dahası casus uydular yersabit yörüngeleri pek sevmez. Sonuçta bunlar ülkeleri gözetlemek için 300 km yükseklikte olmalıdır (daha yakın ve uzak olabilirler). Ayrıca başka ülkeleri gözetlemek için de Dünya’dan hızlı dönerek yer değiştirmek zorundadır ve bunu yersabit yörüngede yapamazlar. Yine de bu sizi yanıltmasın: ABD, Rusya’daki nükleer üsleri 7/24 gözetlemek için hep aynı yere bakan yersabit uydular kullanıyor. Nükleer saldırı erken uyarı uyduları da bu sınıfa giriyor.

Küresel ısınma ve iklim değişikliği

Buna ek olarak ABD Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA) İklim Öngörü Merkezi (CPC) uyduları ile diğer hava durumu gözlem uyduları ile küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliği tespit uyduları da yersabit yörüngede dönüyor. Nitekim şu anda Dünya çevresinde 402 yersabit uydu dönüyor. Ancak, yersabit derken, genellikle ekvatora paralel dönen uyduları kast ediyoruz. Yapılan hesaplara göre uzay kazası olmadan 1800 uydu ekvatora paralel dönebilir.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Dragon kapsülleri ve transfer yörüngeleri

İçinizde hoca bu yazıda hâlâ uzaya çıkamadı diyen var mı? Size yörüngede kenetlenme manevrası gerçekleştirmenin zor olduğunu söylemiştim. 🙂 Dragon kapsülleri de Hohmann aktarım manevraları ile alçak yörüngeye çıkıyor ve Uluslararası Uzay İstasyonu’na ulaşıyorlar. Ancak, istasyonu bulmak da kolay olmuyor.

Sonuçta ISS, 108,5 m uzunluk ve güneş panelleriyle birlikte 72,8 m genişlikte olan, ayrıca 450 ton çeken futbol sahası büyüklüğünde dev bir uydudur. Aslında insanlığın inşa ettiği en büyük uzay aracıdır. Öte yandan, yerden sadece 400 km yüksekte dönüyor ve süper ince olsa da son atmosfer tabakasına sürtünerek hız kaybına uğruyor.

Bu sebeple de yavaşlıyor ve Dünya’ya daha yakın dönmeye başlıyor. Hem ISS’i ideal yörüngeye çekmek, hem de ara sıra yoluna çıkabilecek uzay çöplerinden kaçmak için uzay istasyonunun yüksekliği 400-410 km arasında değişiyor. Kısacası Dragon kapsülleri ile ISS’e kenetlenmek için önce onu güncel yörüngesinde bulmak gerekiyor.

Bu nedenle Dragon kapsülleri önce ISS yörüngesine çıkıyor; ama biraz hızlı giderek uzay istasyonunun biraz önüne geçiyor. Sonra hız keserek burnunu ISS’e çeviriyor ve artık kapsüllerden biraz hızlı giden uzay istasyonunun yörüngede kendilerine yetişmesini sağlıyor. Bu sırada kenetlenme manevrası yapan Dragon kapsülleri ISS’e 0,0325 m/saniye hızla emekleyerek yaklaşmış oluyor. Artık bu manevraları acil durumlar hariç insanlar yerine kapsülleri yöneten yapay zeka yapıyor.

İlgili yazı: Beyin Simülasyonu ve Elektrikle Beyin Kontrolü

 

İlk kenetlenme manevraları

Sovyetler Birliği 1959’da uzaya ilk uyduyu göndererek insanlığın uzay macerasını başlattı. Ardından 1962 yılında, iki Vostok roketi ile iki ayrı uzay aracı fırlattı ve bunlar, aynı yörüngede birbirinin birkaç km uzağından geçtiler. Bu tam bir kenetlenme manevrası değildi; ama başarılı bir uygulama oldu.

Ardından, 1965 yılında Amerikalı astronot Wally Schirra, Gemini 6 kapsülü ile 15 Aralık 1965’te yine yörüngede dönmekte olan Gemini 7 kapsülüne 30 cm kadar yaklaştı. İki uzay aracının kenetlenme için hava kilidi ve kenetlenme mekanizmaları yoktu. Ancak, 20 dakika boyunca birbirine göre konumunu korudular. Bu da insanlığın kenetlenme öncesinde ilk yörünge buluşması oldu.

Yine de Dragon 2’nin tam otomatik kenetlenme sisteminden önce uzayda kenetlenme teknolojisi birçok ara aşamadan geçti. Örneğin, SpaceX Dragon 1 kargo kapsülü, yapay zeka yardımıyla ISS ile buluşabiliyordu; ancak kendi başına kenetlenme imkanına sahip değildi. Bunun için astronotlar istasyondaki Canadarm robot kolu kullanarak yaklaşan aracı yakalıyor ve hava kilidine çekiyordu.

Her durumda kenetlenme kilitleri, dilleri ve kenetleri sensörler yardımıyla kontrol ediliyor. Böylece tam kenetlenme ve hava sızdırmazlık sağlanıyor. Yoksa uzay istasyonunun havası aniden uzaya boşalabilir veya eksik kenetlenme yüzünden hasar alan bir parça alev alıp patlayabilir. Siz de bu tür bir kazayı Interstellar filminde görebilirsiniz. Bu yazıda ise Apollo ve ISS  kenetlenme ekipmanı görsellerine bakabilirsiniz.

İlgili yazı: İnsanlar Artık İki Anneden Doğacak

 

Erkek ve dişi kenetlenmesi

Dragon kapsülleri ve diğer araçların kenetlenmesi için erkek ve dişi bağlantılar ile mekanik uyarlayıcılar kullanılıyor. Böylece kenetlenme fişi prize takmak gibi gerçekleşiyor.

Nitekim Canadarm robot kol geliştirilmeden önce; yani Ay’a insan gönderdiğimiz Apollo programının etkin olduğu 1960’larda, Apollo kapsülleri birbirine yaklaştığında astronotlar pnömatik silindirler kullanıyordu. Azot gazıyla çalışan silindirler astronotların kol gücü kullanarak gaz pompalamasıyla çalışıyor ve karşılığında kenetlenecekleri uzay aracını kavrayıp kendine çeken kolları çalıştırıyordu.

Kısacası, astronotları taşıyan mürettebat kapsülü Ay’a iniş modülüyle kenetlenmek için önce yörüngede onunla buluşuyordu. Yeteri kadar yaklaştığında ise bir astronot özel bir kolu itip çekerek yakalama kenetlerini çalıştıran pnömatik silindirlere gaz pompalıyordu. Emme basma tulumba gibi çalışan bu kenetler de iniş modülünü yakalayıp mürettebat kapsülünün hava kilidine çekiyordu.

Peki astronotlar uzay istasyonunda kişisel uzay gemisiyle nasıl uzay yürüyüşü ve bakım-onarım yapacak? Mars’a gidecek astronotlar güneş rüzgarı ve kozmik ışınların zararlı etkilerinde radyasyon zırhlı ile nasıl korunacak ve Mars’ta ihtiyacı olun su, yakıt ile oksijeni nasıl üretecek? Bütün bu soruların cevabına hemen bakabilir ve SpaceX’in yeni Dragon 2 kapsülüyle Mars’a gidecek füzyon roketlerini şimdi görebilirsiniz. Eylülde sonbahar sendromundan uzak muhteşem bir hafta dilerim.

Dragon 2 kapsülü ISS ile kenetleniyor

¹Geostationary satellites