10 SORUDA CURIOSITY
2012 yılının Ağustos ayında insan elinden çıkmış yeni bir gezgin daha Mars yüzeyine konmuş bulunuyor. Bu ilk Mars aracı değil elbette, ancak Curiosity’nin asli görevlerinden birisinin Mars’a insanlı bir görev için ön araştırmayı yapacak olması onu tutkulu bir yolculuğun önemli bir kilometre taşı haline getiriyor.
(Açık Bilim Dergisi’nin 2012 yılı Eylül ayı sayısında yayınlanmıştır.)
Ağustos ayı boyunca hakkında pek çok kez yazılıp çizilen Curiosity aracını ve Mars gezegenini 10 soruda özetlemeye ve merak edilenler hakkında derli toplu bir Türkçe kaynak yaratmaya çalıştık.
Kendi oluşturduğumuz ve daha önce NASA bilim adamlarına sorulmuş olan bir takım soruları bir araya getirerek oluşturduğumuz 10 soru ve yanıtları aşağıda:
1. Curiosity kimdir, kimlerdendir?
Curiosity, NASA’nın bir birimi olarak görev yapan Jet İtki Laboratuvarı’nca (Jet Propulsion Laboratory: JPL) yürütülen Mars Bilim Laboratuvarı (Mars Science Laboratory: MSL) programının ana aracıdır. “Curiosity” Mars’a iniş sağlayaran aracın adıdır, ancak aracı da içinde barındıran ve onun Mars’a güvenle varıp inmesini sağlayan tüm sistem Mars üzerinde kurulu bu seyyar laboratuvar olarak kullanılacak olmasına atfen MSL olarak anılmaktadır. Sistemin ana yüklenicileri gerek sivil gerekse askeri havacılık sahasındaki ürünleriyle bildiğimiz Boeing ve Lockheed Martin’dir. Aracın üzerindeki pek çok alet, araç ve gereç geniş bir yelpazedeki farklı tedarikçilerden temin edilmiştir.
(Daha önceki Mars görevleri hakkında bilgi almak için Açık Bilim’in bu sayısında yer alan ve Kaan Öztürk tarafından kaleme alınan yazıya göz atabilirsiniz.)
2. Curiosity’nin gönderilmekteki amacı nedir?
NASA JPL’nin 2004 yılında başlattığı program 4 ana amaç içermektedir:
– Mars’ta suyun rolünü incelemek
– İnilen bölgenin olası bir insanlı görev için yaşanabilirliğini test etmek
– Mars’ın iklimini araştırmak
– Mars’ın jeolojisini araştırmak
MSL’nin bu 4 amaç içerisinde 8 bilimsel görevi var. Bunlar da şöyledir:
(1) Organik karbon bileşiklerinin varlığını araştırmak
(2) Yaşamsal organik bileşiklerin varlığını araştırmak
(3) Biyolojik izlerin varlığını araştırmak
(4) Mars yüzey şekillerinde kimyasal, mineral ve izotopik yapıları araştırmak.
(5) Mars toprağının oluşum süreçlerini araştırmak
(6) Mars atmosferinin evrim sürecini araştırmak
(7) Karbondioksit ve su döngüsünü araştırmak
(8) Yüzey radyasyonunu analiz etmek (galaktik ve kozmik radyasyon, proton fırtınaları ve yüksek enerjili nötronlar)
3. Yolculuk nasıl geçti?
26 Kasım 2011’de Atlas V roketi ile birlikte Capa Canaveral’daki Hava Kuvvetleri Üssü’nden 15:02 GMT’de fırlatılan MSL Dünya atmosferini terkettikten sonra saatte 36210 km. hızla Mars’a yol almaya başladı. 6 Ağustos 2012 tarihinde Mars’a ulaşan MSL neredeyse 8 ay 10 gün süren yolculuğu boyunca 563 milyon km. yol almış oldu ve MSL’ye özel tasarlanan Sky Crane sistemi ile inişini sorunsuz gerçekleştirdi.
Dünya yerçekiminden Atlas V roketi sayesinde kurtulan MSL, uzayda da üzerindeki iki titanyum yakıt tankında muhafaza edilen hidrazin ile çalışan sekiz adet minyatür iticiyi kullandı. Üzerindeki güneş panelleri sayesinde kendi elektriğini kullanarak telemetrik verileri Dünya’ya göndermeye devam eden MSL bu sayede konumunu ve durumunu hassas biçimde Dünya’ya iletti. Modülleri hassas bir biçimde izleme şansına sahip olan NASA, Mars’a varış öncesinde bir kaç küçük manevra ile MSL’nin rotasında küçük sapmalar yaptırarak inişin doğru gerçekleşmesini sağladı.
4. Neden 26 Kasım 2011?
Her 26 ayda bir Mars ve Dünya yörüngeleri olası bir Mars görevi için en uygun konuma gelir ve “Fırlatma Penceresi” adı verilen bu süreç yaklaşık 2 ay boyunca geçerli olur. Her 8 fırlatma penceresinden birisi diğerlerine göre çok daha uygundur ve çok daha az enerji gerektirir. (Bu da her 16 yılda bir daha ucuza Mars yolculuğu yapılabileceği anlamına geliyor.)
Resimde de görülebileceği üzere, amaç Mars’a en kısa yolu elde etmek değildir, zira uzay bir boşluk olduğundan orada hareketimizin her safhasında yakıt harcamayacağız ve ne kadar yol aldığımız mühim olmayacak. Başka bir deyişle ne kadar enerji harcadığımızı Mars’a giderken katettiğimiz yol değil aracımızı Dünya’dan fırlatmak için gereken güç ve aracın sahip olduğu yörüngeyi değiştirmeye ya da kontrol etmeye ne kadar çaba harcadığımız belirleyecek. Bu da uzayda hali hazırda bulunan kütleçekim kaynaklarından faydalanmak ve yüksek bir enerji kaynağını bedava kullanabilmek demek.
Resimdeki yeşil rota aracımızı Dünya atmosferinden kurtardığımızda ilk hızını hem Dünya’nın çizgisel hızından (bu yüzden fırlatma rampaları genelde ekvatora yakın olurlar) hem de Dünya’nın Güneş çevresindeki dönüşünden alır. Tıpkı 100 km/h hızla giden bir otomobilin camından ileriye doğru attığımız bir nesnenin ilk hızını otomobilin hızından alması gibi. Ve araç, güneş çevresinde bir yörüngeye sokulmuş olur, ki böylece güneşin çevresinde dönen araç hesaplandığı zamanda hesaplanan noktada Mars ile buluşabilir.
5. Mars atmosferine nasıl girildi?
MSL Mars’a vardığında öncelikle seyir boyunca MSL’ye eşlik eden itme aracı konma noktasına uygun bir iniş yörüngesi elde ederek MSL’den ayrıldı ve böylece Mars atmosferine girmeden önce, konma sahası için en uygun yörünge belirlendi. Bu belirleme işlemi Dünya’dan yönlendirme ile değil, araç üzerinde bulunan bir otopilot kontrol sistemi aracılığıyla gerçekleşti. Daha önceleri yüzlerce kilometre olan konma noktası hassasiyeti 20 kilometreye kadar düşüren bu sistem ile birlikte MSL, bu tip bir keskin konma sisteminin ilk kez kullanıldığı gezegen keşif programı oldu.
Bu ayrılmadan bir dakika sonra Mars atmosferine uygun açıda girmeye hazırlanan araç kendisini atmosferik sürükleme ile yavaşlayacak aerodinamik pozisyonu almak için geniş ve ısıya dayanıklı yüzeyi aşağıya dönük olacak şekilde döndürüldü. Bunu üzerindeki küçük iticilerle 2 rpm hızda gerçekleştiren aracın geniş yüzeyinde bulunan ısı kalkanı bugüne dek uzaya gönderilmiş olan en büyük ısı kalkanıdır.
Bu hareket sayesinde atmosfere girdikten sonra dört dakika içerisinde hızı 5800 m/s’den 578 m/s’ye düşen araç böylelikle paraşüt açabilir hale geldi (bu sırada ısı kalkanının yüzey sıcaklığı tam 2090 C’ye ulaştı!). Şeklimizde bu safha azami ısınma ve azami yavaşlama olarak gösteriliyor.
6. Mars’a nasıl inildi?
MSL paraşüt açabilir hale geldiğinde atmosfere giriş safhası tamamlanmış oldu ve bu noktadan sonra ilk kez kullanılan Sky Crane dikey iniş sistemini de içeren bir konma programı devreye girdi. Bu program üç aşamadan oluşuyor: 1. Paraşütlü alçalma, 2. Tepkili alçalma ve 3. Sky Crane (Bunu manalı bir şekilde Türkçeye çevirecek olursak Hava Vinci ya da diyebiliriz.).
Modülün hızı 10 km. gibi bir irtifada 578 m/s’ye düştükten sonra süpersonik paraşüt (çünkü hız Mars koşullarında 1.7 Mach’a, yani ses hızının 1.7 katına tekabül ediyordu) açıldı. Modüle 50 metre uzunluğunda 80 adet ip ile bağlı olan 16 metre çaplı paraşüt Viking, Pathfinder ve Mars Exploration görevlerindeki tecrübe ile üretildiğinden bu safhada hiçbir sorun çıkmadı.
Paraşüt modülün hızını 1.8 km. irtifada 100 m/s gibi bir sürate düşürdükten sonra Sky Crane aerodinamik kabuktan çıktı ve sekiz adet hidrazin yakıtlı roketi çalıştırarak yavaşlamaya devam etti. Her biri 400 N’dan 3100 N’a kadar spesifik tepki üreten bu roketler modülü neredeyse durma noktasına kadar yavaşlattı.
Kabaca 7.5 metreye kadar alçalan Sky Crane, kapaklarını açıp ipler yardımıyla Curiosity’i yere indirdi ve 2 saniye boyunca tekerler üzerindeki ağırlığın ölçülmesi vasıtasıyla gezginin sağ salim indiğinden emin olduktan sonra iniş bölgesinin 650 metre uzağına düşmek üzere kendini fırlattı.
Aşağıdaki video söz konusu aşamayı gösteriyor. Paraşüt açıldıktan sonra dengesiz bir şekilde inen araç, paraşütten ayrılıp Sky Crane’in devreye girmesiyle 7.5 metreye kadar düzenli bir iniş sağlıyor. Video sonunda ayrılan ısıl kalkanın yere vuruşuna dikkat çekiliyor.
7. Neden Sky Crane?
Curioisty, Mars’a daha önce gönderilen Pathfindir, Spirit ve Opportunity gezginlerine göre çok daha büyük ve ağır bir araç. Bu ağırlık daha önceki gezginlerde kullanılan hava yastıklarının kullanılması önünde önemli bir tasarım engeliydi. Curiosity’yi hava yastıklarıyla yüzeye düşürmenin mümkün olmadığını gören NASA mühendisleri onu Mars yüzeyine indirmek için farklı bir yol bulmak zorundaydılar.
Elbette havadan bir vinçle indirmek yerine doğrudan dikey motorlarla yumuşak iniş gerçekleştiren bir başka yol da tercih edilebilirdi. Ya da başka bir deyişle Sky Crane Curiosity’i havadan indirdikten sonra kendini bir tarafa fırlatan bir araç olmayabilir, doğrudan yere konarak Curiosity’i de beraberinde yumuşakça indirmiş olabilirdi ancak bu defa da ateş gücüyle yerden kalkan toz ve toprağın konma bölgesine ve Curiosity’nin üzerindeki tehçizata zarar vermesi ihtimali doğuyordu.
Bu ve buna benzer daha pek çok problem ve yarattığı riskler Sky Crane gibi Curiosity’i suya sabuna dokunmadan bırakıp bölgeyi terkedecek bir çözümü gerekli kıldı. İlk kez kullanılan bu yöntemin başarı sağlaması uzay tarihi açısından yeni bir kilometre taşıdır ve bundan sonraki görevlerde de kullanılacağını şimdiden öngörebiliriz.
Aşağıdaki video yukarıda sunulan gerçek görüntülerin daha önceden planlanmış ve animasyona dökülmüş bir halini sunuyor.
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=_KLxmGLZQSY&w=480&h=360]
Bu videoda ise daha önceki Mars gezginleri için kullanılan hava yastıklarıyla konma yöntemi gösteriliyor:
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=KyktvC7w7Js&w=480&h=360]
8. Curiosity görev süresi ne kadardır ve kimler nasıl görev yapıyor?
NASA planlarına göre Curiosity 2 yıl kadar görev yapacak, ancak ürün ömrü çok daha uzun ve bataryaları onu yaklaşık 14 yıl destekleyececek kapasiteye sahip.
Daha önce Reddit aracılığıyla NASA’ya sorulan kullanıcı sorularından birisi hedeflenen görev süresi ile alet kapasitesi arasındaki farka işaret ederek bu farkın neden kaynaklandığını sorduğunda programın Haber ve Medya sorumlusu Veronica McGregor bu soruyu şöyle yanıtladı:
“Curiosity’nin hedeflenen görevleri başarıyla yerine getirmesi için gerekli süre 23 ay ancak bu Mars Exploration Rovers’ta olduğu gibi (Spirit ve Opportunity) uzatılabilir. Opportunity’nin görev süresi 90 gündü ama 8 yıldır çalışıyor.”
Tam bu noktada ABD’denin NASA’ya ayırdığı bütçe problemi devreye giriyor. Bir programın belirli bir süresi olmalı, zira fizibilitesi buna göre yapılıyor. Bu süre içerisinde çalışanların, programın ve dairenin harcaycacağı bir bütçe olacak ve dolayısıyla hedeflere bu süre içerisinde ulaşılmalı. Bu hedeflere ulaştıktan sonra araçlar hala çalışıyorsa dileyenler çalışmalarına devam ediyor olabilecekler ama resmi olarak MSL görevi sona ermiş olacak. Bittabi MSL’yi içeren yeni bir araştırma programı bütçe onayına sunulabilir ve görev böylelikle devam ettirilebilir.
250 bilim adamı ve 160 mühendis şu an bu programda 7/24.6 görev yapıyor.
“24.6”yı özellikle yazdım çünkü bu bilim adamı ve mühendisler Mars gününe göre vardiya değiştiriyorlar. Bir Mars günü Dünya saatine göre 24 saat, 40 dakika sürüyor.
9. Curiosity üzerindeki işlemciler neden “antika”?
Yine Reddit’ten bir soru. Bu soruya ise Aviyonik Sistemler Mühendisi Jonny Grinblat yanıt vermiş.
Grinblat soruyu soranın işlemcilerin antika olduğu hissine kapılmasında haklı olduğunu belirttikten sonra Curiosity üzerindeki işlemcilerin çağımızın neden gerisinde olduğunu açıklıyor.
Grinblat’a göre görevde kullanılan bilgisayar sekiz yıl önce seçildi ve diğer parçalar da bu işlemci ile uyumlu olarak seçildiler. Yani daha sonradan bir modifikasyon o kadar da kolay bir iş değil. İkincisi, söz konusu işlemci o tarihte uzayda kullanılabileceğinden emin olunan en kararlı ve kendini ispat etmiş işlemci idi. Ayrıca uzaydaki radyasyon koşullarının silikon üzerinde bir takım etkileri var. Silikon işlemcilerde kullanılan bir yarı iletken olduğundan radyasyona dayanıklılık konusunda hız da bir parametre olarak devreye giriyor. Ayrıca Curiosity üzerindeki yazılımlar öyle ahım şahım yazılımlar değil ve o kadar ince ayrıntıya dayanmıyor. Bütün programlama çok bilinen bir yazılım dili olan C ile gerçekleştirilmiş.
10. Curiosity hayat bulursa ne olacak?
Öncelikle “rezil olmamak” için ilgili veri pek çok sınamaya tabi tutulacak…
Rezil olmamak tabirini kullandım, zira 1960’larda Sovyetler kuasarlar henüz hiç keşfedilmediğinde CTA-102 kuasarını periyodik bir yayın yaptığı için basın toplantısı aracılığıyla zeki bir uygarlıktan alınan mesaj olarak duyurmuşlardı. Bu daha sonra onların fazlasıyla aceleci olmalarından dolayı utanmalarına sebep oldu. Bilim tarihi özgüveni yüksek açıklamaların yarattığı utanç ve sonrasında bilim insanlarında gelişen temkinli olma durumunu yaratmıştır. Nötrinoların ışıktan hızlı olabileceği şüphesini yaratan CERN açıklamasında olduğu gibi: Bu deneyin sonuçları “biz böyle bulduk ama başkalarınca da sınanmalı” ibaresiyle duyurulmuştur. Nitekim daha sonra sistematik bir alet hatası varlığı ortaya çıkmıştır.
Nitekim son üç sorumuza kaynaklık eden yazıya göre Reddit’te sorulan “Eğer bir uzaylı/bakteri ya da fosil bulursanız buna yönelik bir prosedürünüz var mı?” sorusuna Keri Bean yanıt veriyor ve böyle bir bulguya rastlanırsa bilim ekiplerinin bu konuyu hassasiyetle inceleyecekleri ancak çeşitli şekillerde yapılan çalışmalarla bu konudan tamamen emin olunmadıkça basına duyurulmayacağını söylüyor. Basına duyurma işleminin ancak yeteri kadar kanıt elde edilirse gerçekleştirileceğini söyleyen Bean, her tür ilginç buluş için bu prosedürleri takip edeceklerini söylüyor.
İlkyayın:
Tevfik Uyar, “10 Soruda Curiosity”. Açık Bilim, 11. Sayısı
http://www.acikbilim.com/2012/09/guncel/10-soruda-curiosity.html
Kaynaklar:
1. NASA JPL / Mars Exploration Program – http://mars.jpl.nasa.gov/
2. NASA MSL – http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html
3. Reddit soruları için Dvice.com – http://dvice.com/archives/2012/08/10-curiosity-qu.php
4. Athena Mars Exploration Rovers – http://athena.cornell.edu/mars_facts/sb_launch_window.html
5. Wikipedia