Atmosfer, sürekli değişen bir ortamdır ve bu dinamizmi ne kadar iyi anladığımız, atmosferin hangi bölgesini incelediğimize bağlıdır. Düşük irtifalar, geleneksel balonlarla donatılmış sensör sistemleriyle ulaşılabilirken, daha yüksek bölgeler uyduların görev alanıdır. Ancak, 30-100 kilometre arasındaki ve küresel iklim dinamiklerinde önemli bir rol oynayan ancak geçici ses füzepleriyle kısa süreliğine incelenebilen “bilinmeyen bölge” bulunmaktadır. Rarefied Technologies’den Benjamin Schafer’ın geliştirdiği yeni bir teknoloji, NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) tarafından desteklenerek, bu bölgede aylarca kalabilecek ve küresel hava koşulları üzerindeki uzun vadeli etkileri hakkında bilgi sağlayacak sensörler yerleştirmeyi amaçlamaktadır.
Peki, uyduların ulaşamadığı, ancak balonların yükselmekte zorlandığı atmosfer seviyesinde bir filoyu nasıl havada tutabiliriz? Bu teknoloji, “fotoforik etki” olarak bilinen bir prensibi kullanır. Daha önce bu fikir hakkında haber yapmıştık, ancak kısa bir özet vermek gerekirse, fotoforik etki, sınırlı miktardaki atmosferi kullanarak ve özellikle uyduların ve balonların ulaşmakta zorlandığı irtifalarda havada kalmayı sağlayan mühendislik malzemelerini kullanır.
Bu sensörlerin yapıldığı malzemeler, üst yüzeyinin şeffaf ve alt yüzeyinin koyu olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sayede güneş ışığı, sensörün içinden geçerek alt yüzeye ulaşır ve burada sıcaklık farkı yaratır. Oluşan bu sıcaklık farkı, alt yüzeye çarpan gaz moleküllerinin daha yüksek kinetik enerjiyle dışarı atılmasına neden olur. Kinetik enerjideki dengesizlik ise uzay araştırmalarında sıkça kullanılan bir terim olan “itme” olarak adlandırılır.
Bu etki, deniz seviyesinde iyi çalışmaz çünkü atmosfer çok yoğundur ve yeterli kaldırma kuvveti sağlamaz. Aynı şekilde, vakumda da işe yaramaz çünkü herhangi bir gaz molekülü bulunmaz. Ancak, 30-100 kilometre arasındaki ideal bölgede, bu tür bir itme sistemi mucizevi sonuçlar verir. Mühendisler ayrıca, sensörlerin UV ışığına maruz kaldıklarında zamanla bozulmalarını sağlayacak şekilde tasarlanmasını sağlayabilirler, böylece mesosferde kalıcı olarak sıkışıp kalmazlar ve sonunda Dünya’ya geri dönerler.
Sensörlerin yerleştirilmesi oldukça basittir. Yüksek irtifa balonları veya ses füzesi, sensörleri yaklaşık 30 kilometrelik bir yüksekliğe taşır ve ardından serbest bırakılırlar. Sensörler, herhangi bir kontrol olmaksızın otonom olarak yükselir ve yaklaşık 90-100 kilometreye ulaşan denge noktalarına yerleşir.
Ancak, sensörler çok hafif oldukları için kendi verilerini doğrudan iletmek için gerekli olan sensör ekipmanı ve pil paketlerine sahip olamazlar. Bu nedenle, görevde uyduların üzerindeki sensörleri takip etmek için özel olarak tasarlanmış LIDAR ışığını yansıtacaklardır.
Fotoforik etkinin nasıl çalıştığına dair bir illüstrasyon. Kaynak: AIAA
Bu, sensörlerin mesosferdeki rüzgar akışlarını doğrudan ölçmek yerine kimyasal örnekler almasını engelleyebilir, ancak aynı zamanda Uzay Görevlerinin uygulanabilirliği açısından kritik olan Boyut, Ağırlık, Güç ve Maliyet (SWaP-C) oranını önemli ölçüde düşürür. Nispeten ucuz ve hafif sensörler yerleştirerek, daha önce mümkün olmayan bir hassasiyette iyonosferik hava koşulları hakkında anında geri bildirim alabiliriz.
Ancak, bazı zorluklar da bulunmaktadır. Sensörler, sıcaklık farkı için güneş ışığına ihtiyaç duydukları için gece boyunca irtifa kaybetmeye başlayacaklardır, bu da yörünge düzenlerinde bir değişkenliğe neden olabilir. Binlerce küçük sensörü LIDAR ile takip etmek de kendi başına bir zorluktur, özellikle elde edilen verilerin işlenmesi açısından.
NIAC’ın amacı, cesur fikirleri desteklemektir ve bu görev kesinlikle bu kategoriye giriyor. İlk aşama hibesi birkaç yüz bin dolar değerindedir ve gelecekteki yıllarda daha tanımlanmış bir şekilde tamamen donatılmış bir göreve dönüşme potansiyeline sahiptir. Ancak şimdilik, güneş enerjisiyle çalışan sensörlerin üst atmosferde havada kalması hala sadece bir hayaldir, ancak bu hayalin gerçekleşme potansiyeli vardır.
Kaynak: Universe Today
