Uzayda mı kayboldunuz? Sadece göreliliği kullanın

Bir şeyin ne kadar hızlı gittiğinden bahsederken birçok insan için kavramsallaştırması en zor şeylerden biri, “Neye kıyasla?” diye sormak zorunda olmalarıdır. Tüm hareketler yalnızca bir referans çerçevesinden bakıldığında anlamlıdır ve boşluğun derinliklerinde seyahat eden birçok uzay aracı, ne kadar hızlı gittiklerini anlamak için herhangi bir düzenli referanstan yoksundur.

Bu sorunu çözmek için birçok farklı teknik mevcut ancak en uzun süre geliştirilme aşamasında olanlardan biri StarNAV’dır; uzayda yalnızca yıldızları kullanarak gezinmenin bir yolu.

“StarNAV” adlı birçok proje, ABD’nin Doğu Kıyısı’ndaki bazı araştırmacılara verilen NASA Gelişmiş Kavramlar Enstitüsü hibesi ve UC Irvine teknolojisine dayanan küçük bir start-up şirketi de dahil olmak üzere çeşitli geliştirme aşamalarında devam ediyor gibi görünüyor. Bu durumda, araştırmacıların yaptığı çalışmalara, özellikle de geçen yıl yayınladıkları bir prototipe yönelik bazı ilerlemeleri detaylandıran bir makaleye bakacağız.

Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nden Paul McKee, Kuzey Carolina Eyaleti’nden Hoang Nguyen ve Michael Kudenov ve Georgia Tech’ten John Christian tarafından geliştirilen teknoloji, yıldız sapması olarak bilinen yıldızların belirli bir özelliğine dayanıyor. Özel Görelilik Teorisinde tanımlandığı gibi, yıldız sapması, bir gözlemcinin hızı, kendisi ile bir yıldız arasındaki görünen mesafeyi değiştirdiğinde meydana gelir.

Bu teknik daha önce de kullanılmıştı; ancak bir uzay aracının anlık hızını hesaplarken geniş hata bantlarına sahipti. Tipik olarak mevcut çözümler, nispeten dar bir görüş alanında iki yıldız arasındaki “yıldızlararası açı” olarak bilinen bir özelliği hassas bir şekilde ölçmek için büyük bir teleskop kullanır. Yeterince kesinse, oldukça karmaşık bir matematik, bir uzay aracının hızını yalnızca bir yıldızlararası açıdan hesaplayabilir.

Yeterince hassas bir ölçüm elde etmek işin zor kısmıdır. Yıldızlar arası çiftteki tek bir yıldızın konumunu doğru bir şekilde tespit etmek için birçok teleskopun dar görüş alanına (FOV) sahip olması gerekir. Bu dar FOV, teleskop başına yalnızca bir yıldızın izlenebileceği anlamına gelir; bu da, bu teleskopların göreceli hizalamasını izlemek için ikinci bir teleskop ve karmaşık bir metroloji sistemi gerektirir.

NIAC araştırmacıları, biraz daha az hassas yıldızlararası açı ölçümleri ancak çoklu ölçümler kullanan ve karmaşık izleme sistemleri olmadan doğru bir hız ölçümü hesaplamak için bir kez daha süslü matematik kullanan bir yöntem buldular.

Bölümde anlatılan sistem Acta Astronautica kağıt, her biri farklı bir yıldız çiftini gözlemleyen, birbirlerinden bilinen açılarla kaydırılmış üç farklı teleskoptan oluşur. Biraz daha az hassas olan bu üç ölçümle, bir algoritma yine de ortalama yıldız sapmasını hesaplayabilir ve dolayısıyla uzay aracının hızına ilişkin makul bir tahminde bulunabilir.

Bu süreçte zaten yeterli matematik yoksa, yazarlar her matematikçinin en sevdiği rastgele test algoritmasını (Monte Carlo simülasyonu) kullanarak bazı deneyler yaparak sistemlerinin doğruluğunu kanıtlamaya karar verdiler.

Kalibrasyon sürecinde ele alınması gereken bazı kafa karıştırıcı faktörler bulmuş olsalar da, simülasyon, en azından teoride, sistemin şu anda mevcut olan en iyi dar FOV çözümleriyle karşılaştırıldığında bir doğrulukla çalışacağını ve çok daha ucuz olacağını kanıtladı. çalıştırılması daha kolaydır.

Kavramın son kanıtında araştırmacılar böyle bir sistemin ne kadar büyük olabileceğini de modellediler. Yaklaşık 10cm x 30cm x 10cm boyutlarında 3U CubeSat şasisine yerleştiriyorlar. CubeSats tasarımlarının modülerliği nedeniyle, bu tür herhangi bir modülü tam teşekküllü bir görevin parçası olarak başka bir şasiye takmak mümkün olabilir.

Ancak bu henüz gerçekleşmedi ve bu sistemin tam bir prototipinin henüz oluşturulmadığı görülüyor. Yukarıda bahsedildiği gibi, esas olarak GPS’e alternatif olarak Dünya tabanlı navigasyona yönelik olsa da, çok benzer teknolojiyi ticarileştirmeyi amaçlayan bir start-up da var; birkaç askeri sözleşmeleri var ve GPS gerçekleşirse navigasyona devam etmenin yollarını arayacaklar. düşman eylemiyle devre dışı bırakılacak.

Gittikçe daha fazla uzay aracı derin uzaya girmeye başladıkça, hızlarını hesaplama biçimlerini iyileştirmek giderek artan bir sorun haline gelecektir. StarNAV bunu yapmak için iyi bir konumda görünüyor; oraya ulaşmak için prototip oluşturma aşamasına biraz daha fazla girmesi gerekiyor.