NASA, Uzayın Çeşnini Haritalamak İçin Mikroskopik “Takipçileri” Güneş Işığında Uzatmak İstiyor

Atmosfer dinamik bir yerdir ve dinamizmin atmosferin hangi kısmına bağlı olduğunu ne kadar iyi anlıyoruz. Alçak irtifalara, tam donanımlı algılama ekipmanına sahip geleneksel balonlarla ulaşılabilir. Daha yüksek erişimler, esnek yörüngeleri sayesinde daha az yoğun bölgelerden geçmelerine olanak tanıyan uyduların alanıdır. Ancak bilim adamlarının “cahil küre” olarak adlandırdığı, 30-100 kilometre yükseklikte, küresel iklim dinamiklerinde hala önemli bir rol oynayan, ancak Dünya’ya geri dönmeden önce yalnızca birkaç dakika boyunca veri toplayan geçici sondaj roketleriyle ulaşabilen bir bölüm var. Ancak Rarefied Technologies’den Benjamin Schafer’in NASA Gelişmiş Kavramlar Enstitüsü (NIAC) hibesi alan yeni teknolojisi, bu sorunu, aylarca o bölgede yüzebilen bir sensör filosu yerleştirerek çözmeyi ve aynı zamanda dünyanın her yerindeki hava durumunu etkileyen bu yakalanması zor uzun vadeli kalıplara dair bilgi sağlamayı umuyor.

Peki, tüm uyduları aşağıya çekebilen ancak balonların uçamayacağı kadar seyrek olan bir sensör filosu nasıl atmosferik seviyede yüzebilir? Fotoforetik etki denilen bir şeyi kullanıyorlar. Bu fikirden daha önce bahsetmiştik, ancak kısa bir genel bakış için fotoforetik etki, uyduların ve balonların basmasının zor olduğu irtifalarda tam olarak yüzmek için güneş ışığını ve sınırlı miktardaki atmosferi kullanan mühendislik malzemelerini kullanır.

Bu sensörlerin yapıldığı malzemeler, üst kısmı şeffaf, alt kısmı karanlık olacak şekilde tasarlanmıştır; böylece güneş ışığının alt kısımlara ulaşmasını sağlar ve en önemlisi, sensörün üst ve alt kısımları arasında bir sıcaklık farkı oluşturur. Bu sıcaklık farkı, sıcak alt yüzeye çarpan gaz parçacıklarının, üst tarafa çarpanlardan daha büyük bir kinetik enerjiyle sıçramasına neden olur. Ve kinetik enerji dengesizliği, uzay araştırmalarında yaygın olarak kullanılan başka bir kelimeye sahiptir: itme.

Fraser, fotoforetik sensörler için başka bir NIAC hibesinden bahsediyor!

Bu etki deniz seviyesinde pek işe yaramaz; kalın alan çok fazla sürtünme yaratır. Vakumda da çalışmaz; kinetik enerji aktarımına neden olan gaz molekülleri yoktur. Ancak 30-100 km arasındaki tatlı noktada bu tip tahrik sistemi sihir gibi çalışır. Mühendisler ayrıca onları UV ışığında kasıtlı olarak bozunacak şekilde de tasarlayabilirler, böylece mezosferde kesinlikle sıkışıp kalmazlar ve yüzeyleri uzay enkazının başka bir parçası olmadıklarından emin olmak için yeterince bozulduğunda sonunda Dünya’ya geri dönerler.

Sensörlerin bizzat konuşlandırılması nispeten kolay bir iştir. Yüksek irtifa balonu veya sondaj roketi, sensörleri yaklaşık 30 km yüksekliğe taşıyor, ardından serbest bırakılıyor ve herhangi bir uçuş kontrolü olmaksızın otonom olarak denge yüksekliği olan 90-100 km civarına yükseliyor.

Ancak probların kendisi, kendi verilerini aktif olarak iletmek için gerekli sensör ekipmanına ve pil takımlarına ihtiyaç duymayacak kadar hafiftir. Bu nedenle misyon, onları takip etmek için üzerlerindeki yörüngede bulunan uyduları kullanmayı planlıyor. Ve bunu yapmak için, LIDAR ışığını bu uydulara geri yansıtacak şekilde özel olarak tasarlanacaklar.

Fotoforetik etkinin nasıl çalıştığını gösteren örnek resim. Kredi – AIAA

Bu, doğrudan kimyasal numuneler almak yerine mezosferdeki rüzgar akışı düzenlerini takip etme yeteneklerini sınırlayabilirken, aynı zamanda uzay görevlerinin uygulanabilirliği açısından önemli bir ölçüm olan Boyut, Ağırlık, Güç ve Maliyeti (SWaP-C) de büyük ölçüde azaltır. Nispeten ucuz ve hafif bazı sensörlerin piyasaya sürülmesi karşılığında, iyonosferik hava koşulları hakkında daha önce hiç sahip olmadığımız bir hassasiyet düzeyinde anında geri bildirim alabiliyoruz.

Yine de hâlâ zorluklar var. Sondalar sıcaklık farklılıkları için güneş ışığına bağlı olduklarından, gece boyunca irtifa kaybetmeye başlayacaklar ve bu da yörünge düzenlerinde bazı değişkenliklere neden olacak. Bu küçük sensörlerden binlercesini LIDAR kullanarak takip etmek, özellikle bundan kaynaklanan tüm verilerin işlenmesi açısından başlı başına bir zorluk olabilir.

Ancak NIAC’ın kendisi çılgın fikirler için tasarlandı ve bu görev kesinlikle bu kategoriye uyuyor. Aşama I hibesi birkaç yüz bin dolardır ve önümüzdeki yıllarda tam teşekküllü bir görev gerçekleştirmeye yönelik daha kesin bir yol ile Aşama II’ye geçilmesi umuduyla. Şimdilik, üst atmosferde güneş ışığıyla çalışan yüzen sensörler fikri hala sadece bir hayal, ancak gerçeğe dönüşme potansiyeli var.