Dünya ile Mars arasındaki uzun iletişim süreleri, otonom iniş yetenekleri gerektirir. Ancak herhangi bir gezegensel cisme inmek çok riskli bir görevdir. NASA’nın Ay ve Mars’taki yeni konumlara robotik ve mürettebatlı görevler planlamasıyla birlikte, bir kraterin dik yamacına veya kayalık bir alana inmekten kaçınmak ve güvenli iniş yapmak kritik öneme sahip oldu. Bu nedenle NASA, hassas iniş ve teknoloji paketleri geliştirmeye başladı. Bu doğrultuda lazer sensörlerin; bir kameranın, yüksek hızlı bir bilgisayarın ve gelişmiş algoritmaların bir kombinasyonu, uzay aracına belirlenmiş bir iniş alanını bulma, potansiyel tehlikeleri belirleme ve rotayı en güvenli iniş bölgesine ayarlama için yapay gözler ve analitik yetenekler gerektiren yeni sistemler tasarlandı.

Misyon

Uzay Teknolojisi Misyon Müdürlüğü’nün programı kapsamında Güvenli ve Hassas İniş – Entegre Yetenekler Gelişimi (SPLICE- Safe and Precise Landing – Integrated Capabilities Evolution) projesi altında geliştirilen teknolojiler, uzay aracının iniş alanlarının yarısı büyüklüğündeki iniş alanlarında kayalardan, kraterlerden ve daha fazlasından kaçınmasını mümkün kılacak.

Keşif için bir yer seçildiğinde, göz önünde bulundurulacak en önemli kısım bir uzay aracının inmesi için yeterli alan sağlamaktır. İniş elipsi olarak adlandırılan alanın boyutu, eski iniş teknolojisinin kesin olmayan doğasını ortaya koyar. 1968’de Apollo 11 pilotlu bir iniş için hedeflenen elips yaklaşık 17.7 x 4.8 km iken  10 yıl sonra Mars’a otonom iniş için tasarlanan Viking uzay aracının hedef elipsi 280 x 160.9 km idi. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte otonom iniş bölgelerinin boyutu küçüldü. 2012 yılında, Curiosity gezici iniş elipsi 19.3 x 6.43 km’ye düşürüldü. Bir iniş alanını saptayabilmek, gelecekteki görevlerin daha önce pilotsuz bir inişin çok tehlikeli olduğu düşünülen yerlerde yeni bilimsel keşifler için alanları hedeflemesine yardımcı olacak. Ayrıca, gelişmiş tedarik görevlerinin kargo ve malzemeleri hedeften kilometrelerce uzağa yaymak yerine tek bir konuma göndermesini sağlayacak.

Atmosferik koşullar değişebilir, ancak alçalma ve iniş süreci aynıdır. SPLICE bilgisayarı, zeminden birkaç mil yüksekte arazi ile ilgili navigasyonu etkinleştirmek üzere programlanmıştır. Yerleşik kamera, saniyede 10 adede kadar yüzeyin fotoğrafını çeker. Bunlar, iniş sahasının uydu görüntüleri ve bilinen yer işaretlerinin bir veri tabanı ile önceden yüklenmiş olan bilgisayara sürekli olarak beslenir. Algoritmalar, uzay aracının konumunu belirlemek ve gemiyi beklenen iniş noktasına güvenli bir şekilde yönlendirmek için bilinen özellikleri gerçek zamanlı görüntülerde eşleştirir.

Aynı şekilde, arazi ile ilgili navigasyon, uzay aracının nerede olduğunu belirler ve bu bilgiyi, yüzeye uçuş yolunu yürütmekten sorumlu olan kılavuz ve kontrol bilgisayarına gönderir. Bilgisayar, uzay aracının hedefine ne zaman yaklaşması gerektiğini yaklaşık olarak bilir. Bu süreç yüzeyin yaklaşık 6.43 km yukarısına kadar devam eder.

Lazer Navigasyon

Bir uzay aracının tam konumunu bilmek, hassas ve güçlü bir iniş planlamak, gerçekleştirmek ve hesaplamak için çok önemlidir. İniş esnasında bilgisayar, arazi göreceli navigasyondan gelen hassas navigasyon bilgilerine ek olarak hız ve menzil ölçümlerini ölçmek için navigasyon Doppler lidarını açar. Lidar, bir radarla hemen hemen aynı şekilde çalışır ancak radyo dalgaları yerine ışık dalgalarını kullanır. Her biri kurşun kalem kadar dar olan üç lazer ışını yere doğru yönlendirilir. Bu ışınlardan gelen ışık yüzeyden yansır ve uzay aracına geri gelir. Yansıtılan ışığın seyahat süresi ve dalga boyu, aracın yerden ne kadar uzakta olduğunu, hangi yöne gittiğini ve ne kadar hızlı hareket ettiğini hesaplamak için kullanılır. Bu hesaplamalar, her üç lazer ışını için saniyede 20 kez yapılır ve kılavuz bilgisayara gönderilir.

Bilgisayar Santrali

Alçalma ve iniş bilgisayarı, bağımsız SPLICE bileşenlerinin işlevlerini ve veri yönetimini senkronize eder. Ayrıca uzay aracındaki herhangi bir sistemlerle sorunsuz bir şekilde çalışır. Dolayısıyla, bu küçük bilgi işlem gücü, hassas iniş teknolojilerinin birincil uçuş bilgisayarını aşırı yüklemesini önler. Belirlenen hesaplama ihtiyaçları, mevcut bilgisayarların ve sensörlerin yetersiz olduğunu ortaya koydu. NASA’nın yüksek performanslı bilgisayarları ve Doppler lidar tasarımları birkaç yıl önce tamamladı ve 24 Eylül’de yapılan SPLICE’i yeni Shepard roketinde Blue Origin ile ilk yörünge altı roket uçuş testine hazırladı. Böylelikle ileriki yıllarda gerçekleşecek olan Ay ve Mars görevlerinde kullanılacak olan yeni bilgisayar sistemlerin performansından elde edilen veriler, nihai değişimini şekillendirmeye yardımcı olacak.

Kaynakça

• www.nasa.gov
• papers.ssrn.com  “Autonomous Landing on Mars”

Yazar: Furkan Özkaya

Elektronik ve Haberleşme Mühendisi