İnsanlı bir uzay misyonunda en endişe verici anlardan biri ne olabilir dersiniz? Oksijen tankının bozulması veya yangın vs. gibi büyük felaketleri saymazsak, herhalde uzay aracıyla yer istasyonu arasındaki iletişiminin tamamen kesilmesi olduğunu söyleyebiliriz. Uzun yıllar boyunca iletişim kesilmelerinin her uzay misyonunun en kritik anlarında da yaşandığını söylesek ne dersiniz?
Bu iletişim kararmalarının en dikkat çekicilerinden birisi, bir uzay mekiği ya da uzay kapsülü, uzaydaki görevini bitirip Dünya’ya geri dönerken atmosfere tam giriş anında uzay aracı ile yer kontrol istasyonu arasındaki iletişim belli bir müddet tamamen kesilmesidir. İniş anında oluşan aşırı yüksek ısıdan kaynaklanan bu iletişim kesilmesine, iletişim kararması, radyo kararması ya da iyonizasyon kararması (reenrty blackout) denilir.
Bir uzay aracı yeryüzüne dönüş rotasına girdiğinde atmosfere giriş yaparken, o kadar yüksek hıza ulaşır ki, önünde bulunan gazı iyonize edip plazma hale getirir. Örneğin uzay mekikleri (space shuttle) alçak Dünya yörüngesinde saniyede yaklaşık 8 km hıza ulaşır. Dünya’ya doğru alçalırken sürtünme şiddetli derecede artar ve mekiğin kinetik enerjisi ısı enerjisine dönüşür. Mekiğin altı ve burnunda oluşan şok dalgalarıyla buralardaki sıcaklık 10 bin dereceye kadar çıkar. Bu yüksek sıcaklık, mekiğin çarpıp sıkıştırdığı gazı iyonize eder ve mekiğin çevresinde bir plazma bulutu oluşturur. Burada bir hatırlatma yaparsak, maddenin plazma halinde o kadar büyük enerji vardır ki, atomun içindeki elektronlar, çekirdeğin çekiminden kurtulurlar. Böylece ortamda kendi halinde dolaşan elektronlar ve kendi halinde dolaşan çekirdekler ayrı ayrı gezinmeye başlarlar. Uzay aracı atmosfere giriş yaptığında da iyonlar bir tabaka halinde kapsülü çevreler ve bir iyonize bulut oluştururlar. Bu plazma ortamında, yüksek sıcaklıktaki iyonize gaz, belirli frekanslarda yapılan radyo iletişimine engel olur ve dolayısıyla yer istasyonuyla iletişim tamamen kararır. Bu süre 4 dakikadan 30 dakika maksimuma kadar değişiklik gösterir. Genel olarak ortalama 12 ile 13 dakika süren kararma uzay mekiğinin yere inişine yaklaşık 25 dakika kala başlar, 12 dakika kala bitmiş olur. Kararmanın ne kadar süreceği uzay aracının hızına ve giriş açısı gibi etkenlere bağlıdır. Unutmadan söyleyelim, uzay mekiklerinin Dünya’ya dönerken atmosfere giriş açıları hayati derecede önemlidir. Eğer ki çok yatay bir açıyla girerlerse, atmosferden sanki bir ayna gibi uzaya geri yansır, savrulurlar. Eğer dik açıya yakın bir açıda girerlerse hızları daha da artar, böylece aracın önündeki sıcaklık çok daha yükselir ve kapsülü yakabilir. O nedenle sürtünmeyi kontrol altında tutmak için Dünya’ya geri dönen uzay araçlarının yörüngeleri, bu duruma göre hesaplanarak belli bir eğim açısıyla atmosfere giriş yaptırılırlar.
Bu sorun 1983 yılında ilki fırlatılan NASA’nın TDRS (Tracking and Data Relay Satellite System) isimli iletişim rölesi görevi yapan uyduları ile çözüldü. Bu röle uyduların görevi, örneğin birbirini görmeyen uzak mesafedeki iki antenin ortasında bulunarak sadece gelen verileri bir antenden diğerine kayıpsız transfer etme işidir. Her ne kadar şu anda uzay mekiği programının sonuna gelmiş olsak da, YouTube’de mekiklerin iniş videolarını izlerseniz, mekiğin alt tabanı bugün kullanılan kapsüllere oranla daha da geniş olduğundan, çok daha yavaşlatılarak indiğini görürsünüz. Zaman içinde yapılan çalışmalarda uzay mekiğinin atmosferde sürtünürken her yanı iyonize gaz ile kaplanıyor olsa da özellikle kuyruk bölümünde iyonizasyondan çok az etkilenen bir boşluk görüldü. O nedenle tam kuyruk bölümüne takılan bir anten ile veriler direkt TDRS uydularına yani uzaya gidiyordu, oradan da uzaydan yer istasyonuna geri döndürülüyordu. Yani iletişim kararması böylelikle önlenmiş oldu. Bu tür bir durum tabii ki Apollo kapsüllerinde ya da bugün aşağı inen kapsüllerde olmuyor, çünkü dairesel tabanı olan kapsüller, atmosfere giriş yapınca iyonize gaz bir paket gibi bütün alt yüzeyi kaplıyor.
Atmosfere giriş iletişim kararması, uzay araçlarının sadece Dünya atmosferine girişlerinde karşılaşılan bir durum değildir. Lucy Rogers’ın (It’s ONLY Rocket Science) kitabında verilen örneklerde Dünya ötesinde örneğin Mars Pathfinder misyonu, Mars’a inişinde 30 saniyelik bir iletişim kararmasına uğramış. Öte yandan Satürn’ün uydusu Titan’a inen Huygens kondusu da paraşütleri açılıp atmosferde yavaşça süzülmeye başlayana kadar iletişim gerçekleşmemiş.
Tabii başka türden iletişim kararmaları da olabiliyor. Örneğin bir Güneş tutulmasında Ay, Güneş’in önüne geçer ve Güneş’in görüntüsü engellenir. Benzer şekilde insan yapımı uydu ile aramıza Ay, Güneş ya da bir gezegen geçerse iletişim belli bir süre kesilir. Buna ilk örnek, Sovyetler Birliğinin Luna 3 adlı uydusu 1959 yılında Ay çevresinde dolanırken Ay’ın arka tarafına geçtiğinde sinyaller Ay’ın katı gövdesinden geçemediği için iletişim kopmuştu. Bir gün boyunca sinyal kesildiğinden fotoğraflar gelmemiş, ancak uydu Dünya’ya yaklaştığında iletişim yeniden kurulabilmiş. İlk başlarda sadece sinyalin gücünün düşük olduğu düşünülmüş ancak sonradan Ay’dan kaynaklı bir kararma olduğu anlaşılmıştı. Bu durum Apollo 8 ile Ay yörüngesine ilk giden astronotların da başına geldikten sonra olağan bir durum haline geldi.
Öte yandan her 26 ayda bir Güneş ile Mars yörüngeleri aynı hizaya gelir ve Dünya ile Mars’ın arasına Güneş girer. Bu duruma kavuşum denir. Dolayısıyla Mars’taki araçlar ile iletişim kurmak Güneş ve Güneş’in yaydığı yüksek enerjili parçacıklar nedeniyle engellenir. Bu durum birkaç hafta sürer ve iletişim yapılmaz. Çünkü, bu zaman aralığında her ne kadar Mars’taki bir aracın bize göndereceği veri eksik olsa da tekrar gönderilebilir bir problem olmaz, ancak tam tersine biz Mars’taki araca bir görev yapması için sinyal göndersek ve bu sinyal eksik bilgi içerirse araca zarar verebilir. Böyle kavuşum dönemlerinde Mars’taki araçların bazı bilim enstrümanları görevlerini yapmaya devam etse de robot kol veya sürüş gibi hareket gerektiren bütün aktiviteler durdurulur. İki hafta boyunca beklerken ne yapması gerektiğini belirten akış şeması gönderilir ve insanlar da tatile çıkarlar.
İletişim kararmalarının çözümü genelde hem Dünya’yı hem uzay aracını uzaktan gören röle uyduları diyebiliriz. Şu an itibariyle 7 adet TDRS uydusu aktif olarak görev yapıyor. Atmosfere girişteki iletişim kararmasına bazı filmlerde de dikkat çekildi. Buna örnek olarak 2003 yapımı The Core (Çekirdek) ilmini gösterebilirim.
Bu yazı Popular Science Turkiye Dergisi için yazılmıştır, dergi sayfalarını indirmek için pdf’i tıklayınız.
Yıldız Günlükleri (Popular Science Turkiye – Haziran 2018)
