Bu yazımızda Cubesat standartlarında bilimsel bir uyduyu tanıtacağız. Michigan Üniversitesi ve SRI International’ın ortak çalışması olan (2.8) Kg. ağırlığındaki uydu; 20 Kasım 2010’da Alaska’nın güneyindeki Kodiak Adası’ndan fırlatıldı ve aynı gün başarılı bir şekilde yörüngesine yerleşti. Makalemiz yayına hazırlandığı sıralarda uydu (19) saattir yörüngesindeydi ve bu süre içerisinde beacon üzerinden yollanan (dönüş, sıcaklık, gerilim, voltaj vb) telemetre verileri yerdeki birimlerce başarılı bir şekilde alındı, uydunun haberleşme sistemlerinde ilk etapta bir sorun yaşanmadığı bildirildi.

Radio  Aurora Explorer  ya da kısa adıyla RAX uydusu, Amerikan Ulusal Bilim  Vakfı (National Science  Foundation-NSF) tarafından desteklenen ilk  Cubesat tip uydu olma özelliğini  taşımakta. Diğer yandan Amerikan Savunma Bakanlığı (Department of Defense)’da uyduyu taşıyan roketin sorumluluğunu üstlenmiş. RAX uydusunun bilimsel ömrü (1), tahmini ömrü (5) ve yeryüzüne düşüş zamanı ise (25) yıl olarak hesaplanmış.

Uydunun başarılı çalışmasının ardında asıl heyecanla beklenen konu, önümüzdeki günlerde başlayacak olan bilimsel ölçüm çalışmaları. RAX, amatör telsiz band planı içerisinde kalan haberleşme frekansı üzerinden bilimsel amaçlı yürütülen bir çalışmaya öncülük etmektedir. Çalışmada uydu üzerindeki asıl faydalı yük olan Bistatic Radar alıcısı ile İyonosfer tabakasının güneş rüzgarlarına tepkisi ölçülecek. Yeri gelmişken halen uygulamada kullanıldığı şekli ile bu radar çalışma sistemine de örnek verip devamında uydu üzerindeki radar sistemini inceleyelim.

Bistatic radar çalışması halihazırda meteoroloji çalışmalarında da kullanılmakta olup, gönderme ve alma için farklı antenlerin kullanıldığı radar tipleridir. Doğal olarak verici ve alıcı üniteleri farklı yerlere kurulur. Birden fazla kurulabilecek radar sistemi ile (2) veya (3) boyutlu rüzgar hareketlerinin belirlenmesinde bu sistemlerden faydalanılabilir. Meteorolojik uygulamalarda tek kaynaktan gönderilen radar sinyalleri birden fazla alıcı anten ile farklı bölgelerden izlenir. Bistatic radarlarla ilgili Türkçe detay bilgi için buraya ve şu İngilizce dokümana, genel sistem şekli için ise buraya bakabilirsiniz. Uydu üzerindeki Bistatic radar alıcı sistemi de benzer yapıda işlev gören bir alıcı olup, (426-510 MHz.) arasında çalışmaktadır.

RAX’ın Bilimsel Görevi:

Gelişen teknoloji ve uzay çalışmalarına paralel olarak insanlar hızlı bir şekilde uydu teknolojilerini kullanmaya başlandığı ve uzaydaki uyduların işlevi de uzay hava durumuna karşı hassas olduğu için, bu terim yaklaşık son (20) yılda daha fazla önem kazanmaya başlamış ve öne çıkmıştır.

Uzay hava durumu göz önüne alındığında aslında her şey Güneş’ten başlamaktadır. Örneğin, Güneş çok aktif bir duruma geldiğinde, güneşteki manyetik patlamalar etrafa “Güneş Rüzgârı” olarak saçılmaya başlamaktadır. Hızlanan bu Güneş rüzgârı bir kaç gün içerisinde Dünya’ya çarptığında, onun Manyetosfer ve İyonosfer tabakalarında şiddetli elektrik akımı üretilmesine neden olmaktadır. Ortaya çıkan akım ise, akabinde İyonosfer tabakasında bir türbülansa (hava burgacı) neden olmaktadır. Bu zararlı etki sonucunda da, GPS veya cep telefonu vb. sinyallerini taşıyan elektromanyetik dalgaların bu türbülanstan geçerken sinyal kalitesinin düşmesine neden olmaktadır.

RAX (Radio Aurora Explorer) da işte bu konularda araştırma yapmak üzere yörüngeye gönderilmiş bir “Uzay Hava Durumu” uydusudur. RAX’in amacı; yukarıda bahsedilen türbülansın hangi koşullarda ve ne tür fizikle oluştuğunu araştırmak, yörüngede bulunduğu sürece; uzay hava durumu araştırma konusu ile ilgili olarak uzaydaki plazma çalkantılarının yeryüzünden uzaydaki uydulara giden elektromanyetik sinyallere etkisini incelemektir.

RAX’ta bulunan ve proje grubunun kendi üretimleri olan UHF (Ultra High Frequency) radar alıcısı öyle dizayn edilmiş ki, Kuzey Amerika ve Avrupa’da bulunan Megawatt kapasiteli bilimsel radar vericilerini dinleyebilmektedir. Bu yeryüzü radarları kullanarak uzaydaki türbülansa radyasyon gönderilmekte ve uzaya saçılan radyasyon RAX tarafından kaydedilmektedir. Kaydedilen radyasyon da bu türbülansın şiddetiyle orantılıdır. Böylece yerdeki bilimsel verileri inceleyen bilim adamları türbülansı uzaktan görüntülüyor ve hangi koşullar (Güneş rüzgârı şiddeti veya iyonosferdeki elektrik akim şiddeti) altında meydana geldiğini araştırmaktadırlar.

Türbülans, Dünyanın manyetik alanına paraleldir ve gönderilen radar dalgaları sadece bu manyetik alana dik olarak saçılmaktadır. Bu dik açılı saçılım da, her bir yükseklikten saçılan radar dalgaları “koni” oluşturmakta, koni uydu (RAX) yüksekliğine gelince dairesel bir bölge çizmektedir.

Hemen belirtmek isteriz ki bu uydu makalesine öncelik vermemizin farklı bir yönü daha var. O da bu projede araştırma grubu yöneticisi olarak bir Türk araştırmacının görev alması. Uydu tanıtımına geçmeden önce biraz da araştırmacının kendisinden bahsedip yakından tanıyalım.

Dr. Hasan BAHÇIVAN: Sayın BAHÇIVAN, bu projede araştırma grubu yöneticisi olarak görev yapmakta aynı zamanda projenin bilimsel kısmını da yürütmektedir. Adana Fen Lisesi mezunu olan BAHÇIVAN, 1995 yılında ÖSYM sınavında Devletimizin ilk iki yüze girenlere sunduğu bursla öğrenimine devam etmek üzere ABD’ye gitmiştir. Akabinde önce University of Southern California’da lisans, sonrasinda Cornell Üniversitesi’nde master ve doktora eğitimini tamamlamıştır.

BAHÇIVAN, halen SRI’da Center for Geospace Studies (uzay çalışmaları) bünyesinde 2005 yılından beri araştırmacı fizikçi (research physicist) olarak çalışmaktadır. Ground ve Space-Based radarları kullanarak uzayın İyonosfer tabakasının güneş rüzgarına tepkisini ölçme konusunda araştırmalar yapmaktadır.

RAX Uydusu Tanıtım Bilgileri:

(Photo credit: Steven Young/Spaceflight Now)

(STP-S26 görevi fırlatma anı)

Fırlatma ve Uçuş :

RAX, Amerikan Hava Kuvvetlerinin Savunma Uzay Test Program Bölümü (Department of Defense Space Test Program)’ın STP-S26 görev uçuşu kapsamında Alaska-Kodiak Adası’nda bulunan Kodiak Fırlatma Kompleksi (Kodiak Launch Complex)’inden Orbital Sciences tarafından geliştirilen bir Minotaur IV roketi ile fırlatılmıştır. (Bakınız yukarıdaki resim ve video)

RAX; 3U CubeSat standartlarında olup, 10 x 10 x 34 cm. ebatlarındadır. Yaklaşık 40 lisan üstü öğrencinin katılımıyla iki yıllık bir çalışmanın ürünüdür. Uydu 7 alt sistemde, bir faydalı yük (SRI Radar Receiver), 15 elektronik devre kartı, 7 mikroişlemci ve 2 adet FPGA (Field Programmable Gate Array – Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri)’dan oluşmuştur. Dış yüzeyleri 8 adet güneş pili ile kaplı olup, GPS antenleri için üst ve alt paneller açık bırakılmıştır.

Elektrik Güç Sistemi – Electrical Power System (EPS) Teknik Detaylar:

EPS Anakart: 83% maksimum verimlilik, 50-60 mA sarfiyat
3V ve 5V Düzenlenebilir Bus: 0 – 2.25A Çıkış akımı, Bus aşırı akım koruma, Enable/Disable hatlar
7.4V Raw Batarya Bus: 0 – 4.0A çıkış akımı, değişken 6.0V – 8.4V
Güneş Paneli Arayüzleri: 4 e kadar, 9 – 22 V Panel voltajı, maksimum akım 2A, maksimum güç 16.6W
Mekanik Detaylar: 97 gram, 91 x 96 x 20 mm, yayın anteni
Batarya: Li-Ion, 4 hücreli, 4 Ahr, Nominal voltaj, 7.4V, aşırı akım/voltaj korumalı
Mekanik Detaylar: 240 gram, 91 x 96 x 20 mm.
I2C Telemetre: Akım, voltaj, güneş panelleri, batarya durum, EPS ve pil sıcaklığı değerleri.
Güneş Panelleri: Ana gövde üzerine monte edilmiş 3U, 8 Emcore BTJM hücreleri, panel etlinliği ~25%, 6-8 W yörüngede ortalama güç, Integrated sensors include temperature, 2-eksenli manyetometre, güneş sensörü.

Uzay Aracı Özellikleri:

Faydalı Yük: Bistatic radar alıcı, 426-510MHz, 4-band, 1MHz wide, I veQ çıkış, 500MHz dahili kalibrasyon ton.
Tutum (Konum) Kontrol: Pasif manyetik
Konum ve Zaman Sistemi: GPS PPS, GPS receiver, Novatel OEMV-1, gömülü sistem, gerçek zamanlı saat.
Veri İşleme: MSP430-tabanlı uçuş bilgisayarı, veri işlemek için PXA270 (520 MHz) FPGA-tabanlı veri toplama, 8GB depolama alanı
Tutum (Konum) Belirleme: İki üç eksenli ve dört çift eksenli manyetometreler, altı yüzde Güneş sensörü, üç eksan gyro1, Extended Kalman filtre
Güç Sistemi: Triple-junction güneş panelleri (8W), Regulator board Lithium-ion batarya (4.4 Ahr)
Haberleşme: UHF alıcı-verici (< 38.4 kbps), Lithium-1 from AstroDev, 2.4 GHz data alıcı-verici (115 kbps), MHX-2400 Microhard modem.
Antenler: UHF wide-beam turnstile tip, 1, 2.4 GHz yama tip, 1.575 GHz yama tip
Yapı: Standart 3U CubeSat (Pumpkin) kit
Uzay Aracı Kütlesi: 2.6 Kg.

Bistatik Radar Alıcısı:

UHF 4 band ve 5 frekansı (MW-Class Incoherent Scatter radarların frekansları 430, 440, 442, 449, 500 MHz.) ölçebilmektedir. 442 ve 440 MHz. aynı bantta yer almakta, bu beş radardan ikisi (SRI) tarafından çalıştırmaktadır. Bu çalışmada İyonosfer ölçümlerine ek olarak, meteorlar ve uydular da görüntülenebilmektedir.

Haberleşme/Modem:

Uydu faydalı yükünde UHF ve S-band olarak iki ayrı modem bulunmaktadır. S-Band radar/görev verileri için kullanılacak, bir problem olup çalışmaması durumunda UHF band modemin devreye girmesi planlanmış.

Online Takip Etmek için Gerekli TLE Verileri:

Güncel TLE (Two-Line Elements) verileri zamanla SpaceTrack.org, Celestrak adreslerine de eklenecektir, dilerseniz buraya bir e-posta göndererek konuyla ilgili e-posta listesine dahil olabilirsiniz. Aşağıda Orbitron veya HRD kullanıcılarının kullanabileceği sonradan güncellenen TLE verileri linki de yer almaktadır. Güncel TLE verileri için buraya tıklayınız.

RAX Telemetre Sistem Bilgileri:

Çağrı İşareti: RAX-1
Frekans: 437.505 MHz FM
Rate: 9600 baud
Modülasyon: GMSK
İletim (Gönderme) Aralığı: Her 20 saniyede
RF Çıkış Gücü: 750 mW
Anten Polarizasyonu: RHCP (≥19 dBiC ≤5º yükseliş)

RAX Beacon Telemetre Yazılımı:

* Sıkıştırılmış dosyaları açın ve, C:/RAX_GS şeklinde oluşturduğunuz klasöre bu dosyaları kopyalayın,
* TNC’nizi RS232 seri porta takıp “setup_pyserial.bat” dosyasını çift tıklayarak çalıştırın,
* Daha sonra “run_serial_to_tcp.bat” dosyasını not defteri (notepad) ile açın ve port numaranızı (COM1 yazan yer) kontrol edin. Burada yer alan mevcut bilgi şu şekildedir.

cd RAX_Serial_to_TCP
tcp_serial_redirect.py -q -p COM1 -b 9600 –rtscts -P 12500 -i 0 -n mygs_radio
pause

Yukarıdaki parametrelerin açılımı ise şöyledir.

-q: Hata olmayan iletileri bastırır.
-p COM1: TNC port numarasını belirler (COM1, /dev/ttyS0 gibi)
-b 9600 : TNC için yapılandırılmış veri hızını belirler (9600, 38400 baudrate gibi)
—-rtscts : Donanım akış kontrolü.
–P 12500 : Bir yerel veya uzak istemci ile açık iletişim TCP bağlantı noktası.
-i 0 : Log. “0” değeri nadiren değişir.
-n mygroundstation_radio: Log dosyası için her radyoya (izleme istasyonuna) özgü kimlik tanımlama.

* İşlem bitimi dosyayı kaydedip çıkın.
* Artık yeni ve size göre düzenlenmiş ayarlarınızla “run_serial_to_tcp.bat” dosyasını çift tıklayarak çalıştırabilirsiniz.
* Yapılan işlem ve bağlantılarda bir sorun yok ise açılan pencerede “Waiting for connection on …” yazısını görmelisiniz.
* İstemcinin çalışabilmesi için bilgisayarınızda Java kurulu olmalıdır. Eğer yok ise buraya tıklayarak indirebilirsiniz.

Radio Aurora Explorer (RAX) Uydusu Tanıtım Videoları:

İleriki Dönem Çalışmaları:

Kaynakça:
http://rax.sri.com
http://rax.engin.umich.edu/
http://www.umich.edu/
http://www.sri.com/
http://www.akaerospace.com/index.html
http://www.orbital.com/