Askeri Nano-Uydu SMDC-ONE

 Ruha USLU, TA2IRU
 19 Aralık 2010

Amerikan Ordusu geçtiğimiz yaz 04 Haziran 2010’da 10:43 Doğu saati ile Cape Canaveral‘dan bir askeri nano tip uydu SMDC-ONE’ı  fırlatılarak başarıyla yörüngeye yerleştirmişti. SMDC-ONE’ı  özel kılan ise; onun ordunun kendi üretim ve fırlatma özelliklerini kullanarak gerçekleştirmesi bakımından bir ilk olma özelliğini taşıması. Halihazırda SMDC-ONE nano uydu programı çalışmaları, ABD Ordusu Uzay ve Füze Savunma Komutanlığı / Silahlı Kuvvetler Stratejik Komutanlığı (U.S. Army Space and Missile Defense Command/Army Forces Strategic Command) içinde yer almakta.

Bu yazımızda da hem bir nano uydunun askeri amaçlı kullanımını, yapısını ve genel görevlerini tanıtmak, hem de Falcon 9’un gizli görev yükünü anlatmak istedim.

TAMSAT olarak aslında üzerinde çalıştığımız konular öncelikli olarak amatör uydular. Ancak söz konusu olan uydu teknolojisi olunca birine bakıp, diğeri ile ilgilenmiyorum derseniz haliyle birçok teknolojiden geri kalırsınız.  Dolayısıyla uygulanabilir farklı teknolojilerin birçoğu aynen veya benzer bir yapı ile diğer uydu uygulamalarına örnek olabilir, üzerinde AR-GE çalışması yapılıp geliştirilebilir. TAMSAT yeni fırlatılan veya ilgi alanına giren her uyduyu takip etmeye özen gösterir, inceler, gelişimini takip eder. Tüm sistemleri incelendikten sonra TAMSAT-Amatör Uydu İzleme İstasyonlarımızın donanım durumuna göre ilgili istasyona bu uydunun izleme dataları (TLE verileri), band ve frekansları, varsa paket data özellikleri, decoder yazılımları gönderilir ve onların takip etmeleri sağlanır. Bu sayede istasyonlarımızın da gelişen teknolojiye ayak uydurması sağlanmış olur.

Bu incelemeler sadece ilgili yayınların Türkçeye tercümesi ile yapılmamaktadır. Aksine gerek görüldüğünde ilgili kurum/kuruluşla da irtibata geçilmekte ve karşılıklı bilgi paylaşımı yoluna da gidilmektedir. Öyle ki birçoğu ile hâlihazırda irtibatımız devam etmektedir.

Yukarıya bir uydu gönderdiğiniz zaman ilk anlardan itibaren heyecanınız doruktadır. En küçük bir hatada isteseniz de bir otomobili servise çağırır gibi geri getiremezsiniz. Uzayın birçok bilinmezliği onca teknolojinize rağmen bir risk oluşturmaya devam eder. Bu riskleri de minimuma indirmek için yapılacak en doğru çalışma bilgi paylaşımıdır.

Geçen sürede sadece SMDC-ONE değil, onun taşıyıcı sistemi Falcon serisi ilk roket çalışmalarından itibaren incelenmiş ve gerekli çıkarımlar yapılarak dokümante edilmiş ve AR-GE bölümümüz ile paylaşılmıştır. Takdir edersiniz ki özel uydulara ait tüm dokümantasyon burada ziyaretçilerle paylaşılmamaktadır. Bu tür uydulara ait paylaşılan bilgiler genellikle özet bilgilerden ve genel hatlarından ibarettir. Makalemize konu olan uyduya dönelim.

 

Askeri Alanda Nano Uydu Çalışmaları

SMDC-ONE’nın uzay aracı kritik tasarım gözden geçirme işlemi 2008 yılı Aralık ayında tamamlandı, ABD Ordusu‘da 28 Nisan’da kabul testini yaptı. Amerikan Uzay ve Füze Savunma Komutanlığı – Operasyonel Nano Uydu Uygulaması veya SMDC-ONE, Falcon 9  roketi ile iki aşamalı güçlendiricide ikincil faydalı yük olarak yer aldı. Bu uçuşunda birinci yük olarak ise SpaceX’in Dragon uzay aracı yer aldı.

Bu uçuşun temel amacı çeşitli zemin (yer) vericileri ve uydudaki röleler ile veri toplayıp yeniden yer istasyonlarıyla paylaşmak olarak özetlenebilir. Bu teknoloji ile aynı zamanda alçak yörüngede nano tip uyduların askeri alanda  taktik iletişim yetenekleri de test edilmiş olacak. Böylece aynı maksatla daha fazla ve ucuz uydular üretmek amacıyla yapılacak olan çalışmaları da yine bu uydunun performansı belirleyecek ve buna göre ileriki planlamalar gözden geçirilecek.

Falcon 9 Roketinin Özellikleri

Uzunluk: 54.9 metre
Genişlik: 3.6 metre
İtme Gücü (Vakum): 4.94 MN

 İlk Falcon 1 gibi, Falcon 9’da da iki aşamalı, sıvı oksijen ve roket sınıfı gazyağı (RP-1) ile çalışan fırlatma aracı bulunmaktadır. Aynı tip motorların yapısal mimarisi (daha geniş çaplı) aviyonik/ fırlatma işlemlerinde de kullanılabilir .  Roketin arka kısmındaki toplamda 9 adet SpaceX Merlin motoru da oldukça güçlü bir itiş gücü sağlamaktadır. (Motor başına 125,000 lbs-f, toplamda 1.1 Milyon lbs-f ‘nin üzerinde itiş gücü) Keza kendisini kanıtlamış Merlin tip motor yapısı daha önce Apollo Ay Programında  Ay Modülünün iniş motorlarında da kullanılmıştı.

Falcon 9’un Gizli Yükü

Evet, aslında Falcon 9 roketinde SMDC-ONE ve bilinen yükler dışında bir de gizli yük bulunmaktaydı ve bu yük uzun bir süre gazeteciler arasında da merak konusu oldu, çeşitli yorumlar yapıldı. Daha sonra Pasifik Okyanusuna düşen kapsül bulunduğunda bunun doğru olduğu anlaşıldı çünkü yükün birinin üzerinde ‘Çok Gizli‘ (Top Secret) yazıyordu. Haliyle insanın aklına daha önceki deneysel nükleer yükler geliyor değil mi?

Tüm gerçek SpaceX şirketinin ve şu an eBay’ın sahibi olduğu internet ortamında elektronik ödeme sistemi PayPal’ın da kurucusu olan  Elon MUSK’ın açıklaması ile ortaya çıktı ve gazeteciler de derin bir soluk aldı. Aslında tüm bu senaryo bir şakaydı ve çok gizli yük gerçekte bir peynir tekeriydi.

Ne alaka dediğinizi duyar gibiyim, haklısınız. Bu İngiliz komedi grubu olan Monty Python’ın anısına  oradaki bir oyuna gönderme yapmaktan ibaretti. Üzerindeki “TopSecret” yazısı ile de Mel Brooks’un yönettiği Val Kilmer’ın oynadığı komedi filmi “Top Secret” filmine de inceden bir gönderme yapılmıştı. Bildiğimiz gibi programlama dili olan Python (Piton)’nın da ismi buradan esinlenmişti.

SpaceX Firması ve Geliştirilen Kapsül Çalışmaları

Kullanılan roket tipi ve fırlatma rampası çok yeni bir teknoloji değil aslında. Serinin en büyük roketi olan Falcon 9 uçuşuyla birlikte, uzay araştırmaları konusunda oldukça yüklü sayılan bir ödenekle AR-GE yapan SpaceX firması, düşük maliyetli fırlatma rampası ve tekniğini bir kez daha denemiş oldu.

Falcon serisi roketlere özel önem verilmekte, çünkü bu astronotları gelecekte uzaya (uzay mekiği yerine) taşıyacak Falcon 9 adlı roketi de ilk uçuşunu başarıyla yerine getirdi. Tabi bu çalışmalarda SpaceX firması tek başına hareket etmiyor ve en büyük destekçisi de tabiki NASA.

Daha önce SpaceX roket fırlatma rampasında inceleyen ABD Başkanı Barack OBAMA’da, yaptığı açıklamalarda uzaya ve mevcut Uluslararası Uzay İstasyonu’na (UUİ-ISS) astronot nakletme görevinin özel sektöre verilmesini istediğini söylemişti. Uzmanlara göre SpaceX’in Falcon roketi şu anda bu işi yapabilecek tek roket seçeneği olarak ortaya çıkmakta.

İnsansız uçuşlar ile yapılan denemelerde başarılı olunsa da, söz konusu çalışmaya insan faktörün girmesiyle haliyle işlerin rengi değişiyor. Roketinin insan (astronot) taşımasına izin verilmeden önce performans ve güvenilirliğini de yetkililere ispat etmesi gerekiyor. Çünkü son (20) yılda ilk uçuşlarını yapan roketlerin başarısızlık oranı yarıdan fazla.

Falcon 1 serisinin şimdiye kadar üretilen en düşük maliyetli ilk roket olarak kendisini göstermişti. Toplam üretim ve diğer maliyeti asgariye düşürmek için motorları bile tekrar kullanılabilir malzemelerden üretilen 9 serisi, de ilk uçuşundaki tırmanış boyunca performans ve birçok veriyi analiz etti.

Resimlere dikkatli baktıysanız Falcon 9’un ucundaki küt burnu fark etmişsinizdir. Bu (3,6) metre çapındaki küt burun, aslında ileride yapılabileceği düşünülen uçuşlarda yaklaşık (6) ton civarı erzak ve malzeme yüklenecek olan bir kapsülü içermekte.

Eğer tüm bu işler planlandığı gibi gider ve başarılı olursa yörüngeye uydu ya da benzeri bir cisim göndermek/yerleştirmek şimdiki maliyetlere göre çok daha ucuza gerçekleştirilebilecek. Aynı teknoloji yalnızca uydu yerleştirme, astronot taşıma, erzak vb malzeme nakli amaçla değil Dünya ötesi yerlere de çeşitli uzay aracı/sonda göndermek için de gereli maliyeti azaltacak. Oldukça pahalı maliyetleri olan bu çalışmaların özel sektöre devredilmesinin ilk örneklerinden olan SpaceX firmasının adını ileriki gülerde de çok duyacağız.

Yörüngeye Giriş ve Test İşlemleri

SMDC-ONE, fırlatmadan (45) dakika sonra, kendisini taşıyan Falcon 9 roketin taşıyıcı ünitesinden ayrılarak kendisine ayrılan alçak yörüngeye (LEO) yerleştirildi ve ardından yörünge testleri başladı.  


Yapılan bu tür çalışmalar hakkında örnek teşkil etmesi açısından dilerseniz yukarıdaki resmi de madde madde inceleyelim.  Yukarıdaki resimde;

* Falcon 9 roketinin Kwajalein Atölü’nden fırlatılması,  

* Taşıyıcı roketin fırlatılmasından sonraki (169)’uncu saniyede roketin (9 ana itki moturunun bulunduğu) birinci kademesinin  görevini tamamlaması ve ana uçuş gövdesinden ayrılması (akabinde kontrollü bir şekilde Pasifik Okyanusuna düşüş işlemi),

* Yoluna devam eden roketin (450)’nci saniyede yaklaşık (400) Km. yüksekliğe ulaşması ve (45) dakikalık dairesel yörüngeye sokma işlemi, (* Aslında bu yükseklikte uyduların yörünge tutulumu bir kaç yıl olamakla birlikte,  SMDC-ONE’nın askeri tip bir uydu olması, planlama aşamasındaki beklentilerde 12 aylık süre çalışmasının öngörülmesi ve denemeden sonra kontrollü bir düşüş sağlanmasın planlandığını düşünebiliriz.)

* Yörünge işleminden sonra da SMDC-ONE’nın toplamda (7,5) dakika sürecek olan dağıtma işlemi ve (8) nanosat uydunun dağıtımı tasvir edilmiştir.

Ana izleme ve kontrol istasyonlarının yanında ikinci bir yer istasyonu olan Colorado Springs’in de, uydu yörüngede iken önümüzdeki günler boyunca  iletişimde kalması planlandı. SMDC-ONE’ın uçuş ve uçuş ömrü planlamasına göre yörüngede yaklaşık (30) gün boyunca kalması, akabinde yörünge tutulumundan ayrılarak küçük boyutu ve ağırlığı nedeniyle de atmosfer giriş sırasında tahrip olması beklenmekte. (Tabi kontrollü bir iniş yerine kontrollü yanma esnasında aşağı transfer edilmiş olan bilginin veya uydunun teknolojisinin de yanlışlıkla istenmeyen bir yere düşüp başka ellere geçmesi de düşünülmüş olması kanımca ihtimal dahilinde)

SMDC-ONE Nano Uydu Misyon Hedefleri

1. Hızlı tasarım yeteneğini göstermek, askeriye ile ilgili düşük maliyetli uzay aracı geliştirmek, 

2. Birincil Operasyonel Amaç : Senaryo OV-1. Birden fazla katılımsız (İnsansız) zemin sensörlerinden (UGS)  paket tabanlı veri çıkışı almak,

3. İkincil Operasyonel Amaç : Senaryo OV-2. Gerçek zamanlı ses ve ve taktik telsiz sistemlerinin konuşlandırıldığı alanda ses ve  kısa mesaj verisi için röle görevi sağlamak,

4. SMDCONE’ın 12 ay veya daha uzun operasyonel ömrü sunmak.

Asgari Başarı Kriterleri

1. Tasarımı, geliştirilmesi ve uydu başına (350.000) Amerikan Dolarını aşmayacak bir donanım maliyeti için ATP (Nisan 2008) 12 ay içinde sekiz SMDCONE uydu sistemleri sunuldu,

2. İki veya daha fazla uydu ile yerden sinyallerin alınıp takip edilebilmesi  , aynı şekilde yer istasyonlarının da iletişime geçebilmesi, bunların aktarım işlemlerinin yapılması (8 uydu ile bağımlı fırlatma ile  ),

 3. Uyduya (6) ay veya daha uzun bir önyörünge çalışma ömrü tanımak. (Tayin edilen yörüngeye göre)

Uydu Aracılığı İle İnsansız Yer Sensörlerinden  (UGS) Veri toplama (OV-1 Görevi)

Gizli görevler veya C2 Uplink talimatlarının zaman çizelgesine dayandırılarak yayınlanması,
Uydu seçilmiş zemin vericilerinden ön yüklemeli verilerini alma,      
İnsansız yer Sensörlerlerinden gelen verileri toplama,      
Toplanan verileri devretme.      

Uydu TT&C Link. Araç,Sağlık&Durum Faydalı Yük Programlama 


İki Mobil Telsiz Arasında  UHF Veri Röle Görevi (OV-2)

Gizli veya özel görev talimatlarının aktarılması,
Kısa mesaj metin veri formatı kullanılarak haberleşme.

Genel Durum

 Geçen süre içerisinde Miltec Corp tarafından ABD Ordusu Uzay ve Füze Savunma Komutanlığı (SMDC) için sekiz adet SMDC-ONE nano-uydusu Amerikan rdusuna teslim edilmiştir. Uydu takımyıldızında bir uydunun (4) Kg. ağırlığına ve boyutlarına bakarak çok da ucuz maliyetli olduğunu düşünmenizi istemem. Sadece yüksek verimli güneş panelleri her araç için (27.800), Faydalı yük geliştirme (800.000), Çevre testleri (şok, titreşim yeterlilik, titreşim kabul, termal vakum, şok termal) (133.000) Amerikan Dolarını tutmakta. Araştırmalarda tekil uydu maliyetinin yine de (250-400) bin dolar civarında olması bekleniyor.

SMDC’nin Gelecekteki Nano Tip Askeri Uyduları

SMDC (Uzay ve Savunma Bakanlığı – Space and Missile Defense Command)‘nin bu çalışmanın devam serisi olacak gelecekteki nano tip uydularda; şimdiki denemelerdeki gibi basit haberleşme rölesi yerine, daha gelişmiş onboard GPS uygulamaları ve S-band iletişim bağlantıları ile büyük kapasiteli veri hacimlerini işlemek için  daha fazla esneklik sağlayan bir SDR (Yazılım Tanımlı Radyo – Software Defined Radio) transponderinin de kullanılmasını  planlanmaktadır.  

Genel yapısına baktığımızda röle, paket radyo ve SDR gibi çalışmalara TAMSAT AR-GE olarak hiç de yabancı değiliz. Hatta çok daha önceleri Levent ŞAŞMAZEL (WW2L) bey ile birlikte bir SDR uygulamasında beraber çalışmıştık.


 

Merak edenler linke tıklayarak geçmiş zamanda deneyip ürettiğimiz bazı SDR uygulamalarını görebilirler. SDR konusuna olan ilgi günden güne artıyor. Hatta GRAT‘ın da bazı çalışmaları için üzerinde çalıştığımız farklı bir uygulamanın geliştirilmesi de söz konusu.

 SMDC-ONE uydusunda SDR’ın bu tip bir uyduda kullanılması eminim ki çeşitli radyo standartlarının (band, frekans vb) desteklemesinde büyük bir esneklik sağlayacaktır.

Genel hatlarıyla SMDC-ONE’de oldukça güzel bir çalışma ortaya çıkmış. Milyonlarca dolar tutan büyük uyduların yanında daha az maliyetli ve geniş (küresel olarak) belirli bölgelerde kapsama alanı sağlayan bir takım yıldız taktik haberleşme uydusunu kim istemez ki. Teknolojisi geliştikçe zaman içinde bu tür bir çalışmaların günümüzde kullanılan İnsansız Hava Araçları (İHA) gibi esnek bir performans sağlayacağı açıkça ortada.

Kısacası sadece uydu değil, haberleşme teknolojisi ile ilgileniyorsanız siz ne derseniz deyin, yukarıya karşı duyarsız kalamayacaksınız. Günün birinde bu teknolojiyi ya satın alacaksınız ya da kendiniz oturup yapacaksınız.

Tabi birinci yol oldukça basit. Ama böyle bir konuda içini bilmediğiniz hiç bir şeyin sizin olmadığını unutmamak, gerekir. Yarın bir gün menfaatler çakıştığında, dost-düşman safları değiştiğinde amiyane tabirle içi size ait olmayan birşeyin şalterinin de aniden kapanabileceğini her daim göz önünde bulundurmakta fayda var. İkinci yol ise biraz meşakkatlidir ama ona herşeyiyle siz hâkim olursunuz, sizindir.

Uzay teknolojisinin çıkış yeri olan bir ülkede eğer onun ordusu kalkıp ben kendi taktik uydumu üreteceğim diyorsa, bu onun parası olmadığından değil,  yukarıda belirttiğim ikinci seçenekten dolayıdır.

Kaynak:
http://www.ducommun.com

http://defense-update.com
http://www.spacex.com/

http://missiledefense.wordpress.com
http://mt-milcom.blogspot.com
http://blog.al.com
http://www.army.mil
http://www.garrison.redstone.army.mil/
http://www.nasa.gov/centers/marshall/home/index.html

 

Yazı hakkında görüşlerinizi belirtmek istermisiniz?