Bir uzay yolculuğunun tek zorluğu Dünya yüzeyinden ayrılmak değildir. Uzay araçlarının, uzay ortamında Dünya yüzeyindeki gibi çalışmalarını engelleyecek çeşitli etkiler vardır.
NASA ve Amerikan Hava Kuvvetlerinin bildirilerine göre; uzay araçların uzay ortamı ile etkileşmesi sonucu başarısız olan uzay yolculukları , tüm başarısız yolculukların %25’ini oluşturmaktadır.
Uzay nerdeyse mükemmel vakum olarak düşünülse de, uzay araçları bulundukları yörüngelere bağlı olarak çeşitli ortamların etkilerine maruz kalmaktadırlar. Bu ortamların her biri önlem alınmadığında uzay aracına ve alt sistemlerine ciddi hasarlar oluşturabilecek düzeydedir.
Temelde 5 farklı uzay ortamı etkileri vardır:
- Vakum:
Deniz seviyesinde hava yoğunluğu 1027 iken, bu değer LEO da bulunan ortalama bir uzay mekiğinin operasyon yüksekliği olan 300 km yükseklikte 1017 ’ye kadar düşmektedir ve bu değer yörünge yüksekliği ile ters orantılı olarak değişmektedir. Bu basınç farkı, uydunun bileşenlerinin Dünya yüzeyindeki gibi çalışmalarını engelleyebilecek bir durumdur.
- Nötr:
Havadaki elektriksel olarak nötr olan parçacıklar hem kinetik enerjilerinden dolayı çarpma etkisiyle mekaniksel olarak, hem de reaktif doğalarından dolayı kimyasal olarak uydu ile etkileşime geçebilmektedirler.
- Plazma:
Havanın yaklaşık %0.1’i solar ultraviole radyasyondan dolayı iyonlaşarak plazma ortamını oluşturmaktadır. Plazma ortamındaki parçacıkların enerjileri keV veya daha düşük mertebelerdedirler ve uyduda bir gerilim farkı oluşturabilemektedirler.
- Radyasyon:
Bir enerji seviyesi MeV veya daha yüksek değerlere çıktığında parçacıklar artık uydunun malzemelerinin içine nüfuz edebilmektedirler. Bu yüksek enerjili parçacıklar ise radyasyon ortamını oluşturmaktadırlar.
- Micrometeoroid veya bital derbis:
Son olarak uydu ile toz veya atık gibi µm veya daha büyük boyutlu parçacıklar da etkileşime geçebilmektedir, ve bu ortama da micrometeroid ortamı denir.
Uydunun Yörünge Yükseliğine göre Uzay Ortamı Etkileri:
LEO (alçak yörünge) Ortamı:
Leo yörüngesi yer yüzeyinden 160 ile 2000 km arasındaki yörüngeleri içermektedir.
Uydular alçak yörüngelerde kalabilmeleri için yüksek bir yatay hıza ihtiyaçları vardır (ortalama olarak 7.8 km/saniye). Bu yörüngede uydunun hızı havadaki iyon akış hızından çok daha fazla olduğundan dolayı, sadece yatay yönüne göre önde olan yüzeyi plazma ortamına maruz kalmaktadır. Ön ve arka yüzeyler arasında bu sebepten ötürü bir yük farkı oluşmaktadır, ve bu yük farkı uydunun kendisinde bir gerilim farkına neden olur.
Ayrıca Lorentz kanuna göre manyetik alanı içerisinde hareket eden yüklü bir parçacık hız ve manyetik alan vektörüne dik bir kuvvete maruz kalmaktadır. Uydunun yüksek hızı ve Dünya’nın manyetik alanından dolayı, uydudaki (+) ve (-) yükler zıt taraflara itilir, bu da bir gerilim farkı oluşturmaktadır. Bu gerilim farkı yaklaşık olarak 0.3 V/m ‘dir. Küçük uzay araçlarında bu büyük bir önem arz etmezken, büyük uzay istasyonlarda bu bir tehlike oluşturabilmektedir.
Yüksek Yörünge Ortamı
Daha yüksek yörüngelerde (MEO – GEO) oksijen atomları yerine protonlar daha dominant olmaya başlar ve bunun sonucunda artık uydunun yatay hızı yerine plazmanın karakteri daha büyük bir önem kazanmaktadır. Yukarıda da anlatıldığı gibi solar radyason sonucu yüklü parçacıklar uyduda bir gerilim farkı oluşturmaktadır. Geomanyetik fırtınalardan dolayı yüksek yörüngelerdeki uydularda çok daha büyük bir gerilim farkı oluşabilmektedir. Bu gerilimin bazı kaynaklara göre 10.000 Volta kadar çıkabildiği söylense de bunun değeri net olarak hesaplanamamaktadır.
Bütün bu sebeplerden ötürü oluşan gerilim farkları uyduya ve özellikle elektronik bileşenlerine ciddi hasarlar verebilecek ark’ların oluşumuna sebep olabilmektedir.
Kaynak :
- The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
