Uyduların güç kaynakları olarak bazı aletlere gereksinimleri vardır. Bu aletler bildiğimiz piller olabilir. Eğer uydunun çalışma süresi birkaç aydan fazla ise piller büyük problemler yaratmaktadır. Öyle bir enerji kaynağı olsun ki süreklilik arzetsin. Bu güne kadar kullanılan en ekonomik kaynak güneş enerjisidir. Enerji güneş uydu panellerindeki güneş hücreleri yardımıyla sağlanır. Bunlar güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren yarı iletken aletlerdir. Ancak bunlar yalnızca güneş ışığı varolduğu zaman çalışabildiğinden uydu karanlıkta iken (Yer'in gölge konisi içindeyken) gerekli olan enerji için hala doldurulabilir pillere ihtiyaç vardır. Bu piller güneş hücreleri ışık aldığı zaman doldurulur ve ışık olmadığı zaman kullanılır.

Güneş Hücrelerinin çalışma prensibi:

Bazı elementler yarı iletkendir. Örneğin germenyum (Ge) ve silisyum (Si). p ve n olarak isimlendirilen iki farklı tür yarı iletken üst üste konur. n tipi yarı iletkenler kolayca elektron verebilen maddelerden yapılmıştır. Buna karşılık p tipi yarı iletkenler ise kolaylıkla elektron alabilen elementlerden yapılmıştır.

Bir tek elektronun n'den kopup p'ye geçebilmesi için bir enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji  ₁ olsun. Bu takdirde T mutlak sıcaklık olmak üzere bütün elektronların n den kopup p ye gitmeleri için gerekli enerji,

olur. Burada k, boltzman sabitidir. Bu durumda n tipi maddenin elektron alması için gerekli olan enerji miktarı ise

kadardır. p ve n tipi yarı iletkenlerin eklem noktaları vardır. Burada iki tip yarı iletken temas halindedir. Dolayısıyla elektronlar n tipinden p tipine harekete başlarlar, n tipi madde elektron kaybettiği için (+) ; p tipi madde ise elektron kazandığı için (-) olarak yüklenmiştir. Bunu bir mıknatısın iki kutbu gibi düşünebiliriz. Ancak bazı olaylar tüm söylediklerimizin olmasını önlemek için bir potansiyel barajı oluştururlar. Dolayısıyla p ve n tipinden oluşan bu bileşimde hiçbir akım meydana gelmez. Mutlaka bu potansiyel barajının aşılması gerekmektedir. Bunun için de güneş ışınlarına ihtiyaç vardır.

E_j , n ile p arasındaki potansiyel farkı olsun. Eğer n ile p arasında bulunan ekleme bir gerilim uygularsak bu takdirde geçen akımın miktarı;

I_o gerilim uygulanmadığı zaman geçen akımın miktarı olmak üzere, bağlantı yerine gerilim uygulamak yerine n veya p nin üzerine ışık düşürüldüğü zaman bir akım oluşmaktadır. Bu takdirde yüklenmemiş bir devrede elektron volt cinsinden meydana gelen maksimum enerji,

olur. Düşen ışınımın yoğunluğu arttıkça maksimum enerjide de bir artış olmaktadır. Ancak 40 mW/cm² ışık yoğunluğundan sonraki değerlerde maksimum enerji 0.6 eV civarında sabit kalmaktadır. Genellikle E_g = 1.6 eV olması istenir. Buradaki E_g , kullanılan madde içerisindeki enerji boşluğudur. Eğer silisyum kullanılacak olursa bu değer 1.1 eV oluyor. Silisyum tabanlı güneş hücrelerinde verim %22 civarındadır ve hala en iyi güneş hücrelerinin yapımında silisyum kullanılmaktadır. p tipi madde direk güneş ışığını gören yüzeye, n tipi ise hemen onun altına konmaktadır. Eğer n tipi maddeden bir güneş hücresi yapılacaksa üstleri kuars veya safir ile kaplanmaktadır.



Uydu İçinde Isı Kontrolü

Bilimsel aletler, özellikle ölçüm yapan detektörler sürekli olarak uygun sıcaklıkta tutulan bir ortam içinde verimli çalışabilirler. Dünya çevresinde dolanan bir uydu devamlı olarak vakum içinde bulunmaktadır. Elektronik devrelerde akımın bir kısmı ısı enerjisine dönüşür. Buda devrelerde direncin artmasına neden olur. Düzenli bir çalışma için sistemin aynı ısıda tutulması gerekmektedir. Hava içinde bulunan bir sistemde soğutma konveksiyon akımları sayesinde sağlanır. Örneğin PC lerdeki fan adı verilen küçük vantilatörler bu işlevi sağlarlar. Ya da içinden hava geçebilen delikli ve yollu alüminyum metal soğutucular kullanılır. Eğer hava yoksa bunların hiçbiri işe yaramaz. Halbuki uydularda sıcaklık yüzeyden soğurulan ve salınan ışınım enerjisine bağlıdır. Enerji dengesi ışıma yoluyla sağlanmaktadır.

Uyduda aletlerin bulunduğu kap (uydunun içindeki aletlerin bulunduğu iyi korunmuş vakum ortam) uydunun yüzeyinden gelecek veya salınacak ısıya karşı iyice yalıtılmıştır. Ayrıca yüzey ile kap arasındaki ısı alışverişi sürekli olarak kontrol edilmektedir. Kabın içindeki aletlerin harcadığı ortalama enerji miktarının bilinmesiyle sıcaklığın hangi aralıkta tutulması gerektiği hesaplanır. Dolayısıyla bir enerji dengesinin olması için

a) İçeride üretilen enerji miktarı
            b) Dışarı kaçan enerji miktarı
            c) Dışarıdan gelen enerji miktarının bilinmesi gerekmektedir.

Uydu yüzeyinin sıcaklığı T olsun. Bu takdirde sıcaklık kontrolünü şu şekilde gösterebiliriz:

burada

	Rsas+Rras+Reae	:	Uydunun dış ortamdan kazandığı ısı enerjisi yani KAZANÇ enerjisidir.
	AaeT4	:	Uydunun tüm yüzeyinden yaydığı ışınım miktarı, KAYIP enerjidir.
	T4	:	Kara cisim için Stefan kanununa gösterir. Çünkü uyduyu bir kara cisim olarak alabiliriz.
	Rs	:	Doğrudan güneşten uydu yüzeyine düşen ışınım enerjisidir.
	Rr	:	Dünya yüzeyinden yansıyıp uydu yüzeyine bir saniyede düşen güneş enerjisidir.
	Re	:	Dünyadan bir saniyede uydu yüzeyine gelen kırmızı ötesi enerji (bu enerjinin %99 dünyanın iç kısımlarındaki magma tabakasından gelmektedir)dir.
	as ve ae	:	Güneş ışınımı ve dünyanın kırmızı ötesi ışınımı için uydu yüzeyinin soğurma katsayısıdır.
	A	:	Uydu yüzeyinin alanı
		:	Uydunun ısı kapasitesi
	m	:	Uydunun kütlesi
	s	:	Uydu yüzeyinin yapıldığı maddenin özgül ısısı

Yukarıdaki denklem bir an için geçerli olan bir denklemdir, çünkü enerji birimleri enerji/saniye cinsindedir. Oysa uydu dünya çevresinde dolandıkça ısı olayı sürekli değişmektedir. Bundan dolayı T üzerinde bir ortalama almak gereklidir, sonuç olarak

denklemi geçerlidir. Bu denklemden de görülüyor ki bazı terimleri kontrol etmek mümkün değildir. A, uydu uzaya atılmadan değiştirilebilir, ancak fırlatıldıktan sonra A nın değiştirilmesi mümkün değildir. R_e, R_s, R_r kontrol edilemezler. Buna karşılık a_s/a_e kontrol edilebilir.

Ancak her ne kadar a_s/a_e oranı istenilen şekilde seçilerek sıcaklığı kontrol etmek olanağımız var gibi görünüyorsa da gerçekte durum böyle değildir. Çünkü yüzeyin yapıldığı malzemenin uydunun amacına yönelik birçok başka koşullara uyması gerekir. Örneğin, uydunun görsel olarak gözlenmesi gerekiyorsa yüzeyi görsel ışınımı iyi yansıtmalı ve çok büyük olmalıdır. Böyle bir yüzeyin a_s/a_e oranı 5 civarındadır ve bir uydu için çok büyük bir değerdir. Burada yapılacak iş yüzeyi çok ince bir dielektrik bir tabaka ile kaplamaktır. Görsel ışınım için bu tabaka saydam, fakat yakın kırmızı ötesinde saydam olmadığından a_e büyümüş olur. Dolayısıyla a_s/a_e oranı da küçülür. Genelde dielektrik malzeme olarak SiO₂ kullanılır.

Bazı uydularda aktif sıcaklık kontrolü gerekir. Bu hallerde sıcaklık artınca uydu içindeki aletlerin çalışmasını durduran bir sistem vardır.



Veri Aktarımı

Şu andaki teknolojiye göre Pluton gezegeni yakınlarından veri aktarımı yapılmıştır. Veri aktarımı için gerekli enerji miktarının hesaplanması zorunludur. Çünkü yeryüzünde yaptığımız haberleşmelerde sınırsız miktarda enerji kullanabiliriz. Oysa uydularda;

· Enerji miktarı kısıtlıdır
            · Belli bir zaman dilimine sığdırılan veri sayısı çok fazladır
            · Veri aktarılan uzaklıklar çok büyüktür
            · Veri aktarma sistemleri çok enerji harcayan sistemlerdir

Bu nedenle veri aktarımı çok zorluklar çıkarır. Örneğin bir haberleşme uydusu ile doğrudan konuşma için 7x10⁴ bit/sn, TV de siyah-beyaz resim için 4x10⁴ bit/sn, renkli resim için 1.2x10⁵ bit/sn lık aktarım gerekir. Son teknolojiye göre veri aktarı çok hızlanmıştır. Özellikle telefon konuşmaları sırasında veri sıkıştırılarak gönderilmektedir. Genel olarak veri aktarımı üç aşamalı bir işlemdir. Veri alınır, kodlanır ve gönderilir. Her üç işlem için de enerjiye gereksinim vardır.

Kullanılan dalgaboyu veya renk aralığında saniyede algılanacak bitlerin sayısı

dir. Burada radyo frekans aralığı yani band, P_r alıcı antenin algılama gücü (watt), P_n gürültü (parazit) gücü (watt).

Yakınsama: P_r / P_t << 1 durumunda enerjinin çoğunun gürültüye harcanması demektir. Bu durumda

Kazanılan bilgilerin biriktirilmeden aynı hızla yayınlanabilmesi için gerekli enerji ise,

   P_r : Alıcı antenın algılama gücü
   P_t : Yayın gücü
   G_t : Vericinin kazancı
   A  : Alıcı anten alanı
   R  : Vericinin anten ile olan uzaklığı

Bu yukarıdaki formül yönlendirilemeyen verici anten (uyduda, tek dipol çubuk anten) için geçerlidir. Yer alıcı antenin çapının da 15 m olması gerekir. (Çok uzak uydularla haberleşmelerde yeryüzündeki büyük çanaklı alıcılar veya interferometre kullanılır.) Eğer antenler yönlendirilebilirse kazanç çok büyük olur. Şu an için en uzak haberleşme Voyager uyduları ile yapılmaktadır.



Uydu İçinde Çevre Kontrolü

Dünya yüzeyindeki labaratuar ile bir uydunun içi karşılaştırıldığında çevre koşulları çok farklıdır. Bu farklılıklar şunlardır:

· Vakum ortam
            · Yerçekiminin yokluğu
            · Kozmik ışınlar
            · Mikro meteor tozları

Vakum ortam: Basıncın olmadığı bir ortamda aletleri koruyan koruyucu katmanlar çabucak buharlaşır. Sıcaklık çok düşüktür. Normal olarak aletlerin bulunduğu kap içinde ısı dengesi sağlansa bile bazı aletler uydu dışındadır. Bu dışardaki aletlerde genellikle hareketlidirler. Hareketli aletlerin eklem yerleri soğuktan yapışır ve hareket edemez hale gelebilir. Basıncın düşüklüğü elektrikli aletlerde elektrik deşarjına neden olur.

Yerçekimin yokluğu: Eğer sıvılarla çalışılmıyorsa fazla önemli değildir. Ancak yörüngede uzun süre kalan astronotlarda kas erimesi, eklem yerlerinde şişme ve boy uzaması gibi bedensel rahatsızlıklar oluşur.

Enerji yüklü parçacıklar: Güneşte oluşan parlamalar ve yıldızlar arası ortamdan gelen yüksek enerjili parçacıklar güneş pillerinde bozulmalara neden olmaktadır. Ayrıca kısa dalgaboylu ışınlar insan hücrelerinde tahribata neden olmaktadır.

Mikro meteor tozları: Çok küçük parçacıklardır. Uydunun yörüngesinde bir değişime neden olmazlar, ancak zamanla uydunun üzerini kaplayarak özellikle güneş pillerini zayıflatırlar. Uydunun ısınmasına neden olabilirler.



Uydunun Yerinin Tayini

Uzay araçlarında yönlendirme ve yer tayini birkaç aşamada yapılır. Bu aşamalar çok önemlidir ve sürekli takibi gerektirmektedir.

1. Uzay aracının yerinin tayini: Belli bir anda bulunduğu yeri tayin etmek.
2. Uzay aracının yönünün tayini: Belli referans sistemlerine göre durumu belirlemek.
3. Yörüngenin belirlenmesi.

Bu üç madde astronotikte uzay aracının veya uydunun uzaydaki durumu, yeri ve konumu için gereklidir. Yörüngenin belirlenmesi iki şekilde olur. Ya uydu kendi yerini bildirir ya da yeryüzünden gözlem veya radar sistemleriyle tespit edilir.

Bir uydu fırlatılmadan önce nasıl bir yörüngeye oturtulacağı belirlenir. Ancak her zaman istenilen olmaz. Genelde uydu kendi yörüngesini belirler. Uydu önceden tespit edilen Yörüngeden daha farklı bir yörüngeye oturabilir. Eğer bu yörünge kararlıysa, genelde uydunun yörüngesi değiştirilmez. Yeni yörüngeye göre uydunun çalışması düzenlenir. Böyle sürprizlerle karşılaşmamak için uydular geçici yörüngelere (daha dairesel ve yere yakın) oturtulduktan sonra, istenilen yörüngeye yerleştirilir.

Yörüngenin tayininin yapılabilmesi için uydunun yönünün ve yerinin iyice belirlenmesi gerekir. Uydularda yer tayini oldukça kolay bir işlemdir. Fakat bir uydunun fırlatılması sırasında uydu ve fırlatıcı sisteminin yer tayini son derece önemlidir. Fırlatıcı sistemlerde yer tayini çok karışık hesapları gerektirmektedir. Özellikle askeri amaçlı roket sistemlerde yer tayini hayati öneme sahiptir. Bir uydu istenilen yörüngeye başarıyla oturtulsa bile sorunlar bitmiş değildir. İkinci problem ise uydunun kendi ekseni etrefındaki dönmesinin kontrol edilmesi ve istenilen durumda tutulmasının sağlanmasıdır. Eğer bu sağlanamazsa uydu kaybedilmiş demektir. Uydunun kendi ekseni etrafında dönmesine spin denir. Her uydunun spin durumu üslendiği göreve göre seçilir. Eğer uydunun görevi yeryüzeyini incelemek veya haberleşme ise uydunun bazı aletleri (alıcı ve vericiler, kameralar vs.) daima yeryüzüne dönük olmalıdır. Uydunun yörünge peryodu ile kendi ekseni etrafındaki dönmesi arasında bir ilişki vardır. Dönme ekseni daima yörüngeye dik olmalıdır. Spini bozacak etkilerin başında uydu dizaynındaki hatalar büyük rol oynar. Bu nedenle uydular dönme eksenlerine göre simetrik yapılırlar.

Uydu yörüngeye oturtulacağı son fırlatıcı kademeden ayrılırken uyduya yüksek spin hızı verilir. Eğer uydu bir uzay mekiği ile yörüngeye çıkartıldıysa, mekiğin kargo bölümünden ayrılırken yüksek bir spin hızıyla uzaya bırakılır. Daha sonra uydunun amacına göre bu yüksek spin hızı düşürülür. Spin ayarlaması için iki metod kullanılır:

1. Mekanik Yöntem: Uydunun dönme ekseni ile belirli bir açı yapan kolların üzerindeki ağırlıkların yerleri değiştirilir ya da açı değiştirilerek tıpkı buz pistinde dönme hareketi yapan sporcunun kollarını açarak veya kapatarak dönme hızını değiştirmesi gibi, uydunun spin hızı kontrol edilir. Yani momentum değişimi kullanılarak hız kontrolü sağlanır.





Uydunun kendi ekseni etrafındaki dönmesi ile spin kollarının uzunluğu arasında bir ilişki vardır.

l kolların uzunluğu, R kollar açılmadan önceki uydunun yarıçapı, M uydunun kütlesi, I eylemsizlik momenti



2. Roket motorlarını ile spin: Spinde olan bozulmalar küçük roket motorlarının farklı doğrultularda çok kısa çalışmaları ile düzeltilebilir. Özellikle gözleyecekleri uzay cismine kitlenen uydunun ince ayarlarını bu küçük roket motorları ile yaparlar.

Spin hızını bozan en büyük etken Yer'in manyetik alanıdır. Uydu üzerine düşen manyetik alan akısı sürekli değişmektedir. Bu manyetik değişim uydu içindeki elektrik devreleri üzerinde etkili olmakta ve ek akımlar oluşturmaktadır. Bu akımlara Eddy akımları denir. Eddy akımları kısaca manyetik alanın değişiminin sonucudur. Uydu-Yer arasında sürekli bir enerji dengesi değişimi vardır. Uydu yerin manyetik alanı içinde kareket ettiğinden yakın çevresindeki manyetik alanı bozar ve sıkıştırır. Bu burulma etkisi spin üzerinde bir frenlemeye neden olur. Bu nedenle uyduları yalıtkan maddelerden yapmaya özen gösterilir.

Spin, Yer'in çekim alanındaki değişimlerden de etkilenir. Yeryüzündeki büyük dağlar ve maden yatakları spini etkiler. Atmosferdeki yoğunluk değişimleri spini bozucu etkiler arasındadır. Güneş ışınlarının oluşturduğu ışınım basıncının etkisi kendisini spinde gösterir. Spini bozan en önemli tehlike ise uydunun yörüngesi üzerinde bir cisimle uygun olmayan bir açı altında çarpışmasıdır.

Bir uydunun spininde bozulma olup olmadığı uydu içersine yerleştirilen jireskoplar ile kontrol edilir. Jireskopların kullanımından önce atılan uydularda bu kontroller Güneş ve Ay'ın uydu içinden bir gözle takip edilerek sağlanıyordu. Bugün artık jireskoplar kullanılıyor. Bugün özellikle astronomik amaçlı uydularda birçok yıldız sensörü bu görevi yapmaktadır. Jireskoplar farklı yapıda olabilmektedir. Genelde mekanik jireskoplar basit yapıda olmaları nedeniyle kullanışlıdır. Ancak sık sık arızaya neden olurlar (uydunun çok soğuk bir ortamda olmasından dolayı) ve bu arızaların giderilmesi çok zordur. Bugün atomik veya moleküler jireskoplar kullanılmaktadır. Bu tür jireskopların yapısında sıvı helyum kullanılır.

	Önceki Konu	Ana Sayfa