Rocket Lab yapımı bir çift uzay aracı iki adımlı bir yolculuğa çıkmak üzere. İlk adım, Kaliforniya’dan Cape Canaveral’daki fırlatma sahasına kadar 55 saatlik, 2.500 millik mesafe. İkinci adım? Mars’a sadece 11 ay ve 230 milyon mil.
Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (ESCAPADE) görevinin amacı güneş rüzgarları ile Mars atmosferi arasındaki etkileşimi incelemektir. Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley Uzay Bilimleri Laboratuvarı (SSL) görev için bilimsel yükleri geliştirdi, ancak uydu otobüsü (uzayda seyahat edecek ve bu yükleri Mars etrafındaki bir yörüngede barındıracak gerçek platform) tamamen Rocket Lab’dır. Görev şu anda Blue Origin’in New Glenn roketinin ilk fırlatılışında en erken Ekim ayında fırlatılacak şekilde ayarlandı. NASA’ya göre.
Şirket, fırlatma sayıları bakımından SpaceX’in Falcon 9’undan sonra ikinci sırada yer alan Electron roketiyle tanınsa da, gelirinin büyük kısmı aslında uzay aracı ve uzay aracı bileşenleri inşa edip satmaktan geliyor. Rocket Lab, ESCAPADE ile hem uzay ajansına hem de dünyaya, güneş sistemi boyunca seyahat edebilen son derece yüksek performanslı uzay araçları üretebileceğini göstermeyi amaçlıyor.
Şirket, 2022’de NASA’nın Ay’a Cislunar Otonom Konumlandırma Sistemi Teknoloji Operasyonları ve Navigasyon Deneyi (CAPSTONE) görevi için uydu otobüsünü inşa ettiğinde kendini bir kez kanıtladı. Bu uzay aracı, Ay yörüngesine girmeden önce derin uzayda yaklaşık beş aylık bir yolculuk yaptı. Ancak Mars’a ulaşmak önemli ölçüde daha uzun sürüyor ve tarihsel olarak da çok, çok pahalı oldu. Kızıl Gezegen’in etrafına yörünge araçları gönderen iki yeni görev, 2005’teki Mars Keşif Yörünge Aracı ve 2013’teki MAVEN, NASA’ya her biri yarım milyar dolardan fazla maliyet çıkardı.
Bu yüzden 2019’da uzay ajansı, derin uzaya küçük uzay aracı görevlerini finanse etmek için Küçük Yenilikçi Gezegen Araştırmaları Görevleri (SIMPLEx) programını kurdu. Son yıllarda kurulan diğer NASA programları gibi, bu da ajansın riski benimseme çabasıdır. NASA, derin uzaya bir göreve 550 milyon dolar harcamak yerine, bunun sadece onda birini harcamayı hedefledi ve her SIMPLEx görevine fırlatma hariç 55 milyon dolarlık bir fiyat sınırı koydu. ESCAPADE, ajansın SIMPLEx programı kapsamında seçtiği üç görevden biri ve büyük olasılıkla gerçekten fırlatılacak ilk görev.
Bu fonlar, iki uydu otobüsü için Rocket Lab ile sözleşme yapan görevin baş araştırmacısı SSL’ye gitti. Rocket Lab, bu 55 milyon doların ne kadarının kendilerine gittiğini söylemiyor ancak ESCAPADE’in baş sistem mühendisi Christophe Mandy, şirketin “her şeyden iki kat daha ucuz” olduğunu söyledi.
Blue ve Gold adlı uzay aracı, bu tür görevleri desteklemek için yüksek delta-v kabiliyetleriyle bilinen Rocket Lab’ın Explorer platformuna (CAPSTONE sırasında uçuş mirası kazanmıştır) dayanmaktadır. Rocket Lab mühendisleri için en büyük zorluklardan biri, Dünya yörüngesinden Mars’a kadar gidebilen bir uzay aracı tasarlamaktı; bu nedenle, ESCAPADE uzay aracı kütle olarak yaklaşık %70 yakıttır. Bu yakıt, uzay aracını saniyede yaklaşık 3 kilometre delta-v veya hız değişikliğine muktedir kılacaktır ki bu, bu boyuttaki bir uydu için çok yüksektir.
Diğer büyük zorluk ise Rocket Lab’ın fırlatma sağlayıcısını tasarım sürecinin nispeten geç bir aşamasına kadar, NASA’nın Şubat 2023’te New Glenn’i seçmesine kadar bilmemesi. Bu bilinmezlik, uzay aracı için “sürüş kısıtlamaları” veya mühendisin tasarım kararlarını şekillendiren faktörleri etkiledi.
“Şimdiye kadar gördüğüm hemen hemen her uzay aracının sürüş kısıtlaması olarak fırlatma aracı vardı, ancak fırlatma aracının ne olacağını bilmediğimiz için bunu farklı yaptık,” dedi Mandy. “Bu yüzden fırlatma aracının [a] “Sürüş kısıtlaması var ki bu çok sıra dışı bir durum.”
Bunun yerine, Rocket Lab mühendisleri uzay aracının tasarımının çoğunu başka bir değişkene dayandırdılar: Uzay aracının Mars yörüngesine girme (MOI) adı verilen kritik bir manevra ile taşıyabileceği maksimum kütle miktarı. Bu, uzay aracının derin uzayda Mars yörüngesine girmek için gerçekleştireceği manevradır.
“Bu yüzden sistemde sahip olduğumuz kütle miktarı, fırlatma aracı gibi insan yapımı bir şey tarafından değil, fizik tarafından yönlendiriliyor,” dedi Mandy. Ancak fırlatma aracı seçildikten sonra, “yeniden tasarım yapmamıza gerek kalmadı, çünkü tasarımımız diğer gereksinimler tarafından yönlendiriliyordu.”
Bu kısıtlamalar mühendisleri yenilik yapmaya itti. Bir kutu yerine, iki uzay aracı temelde Mandy’nin dediği gibi “tank sandviçleri”dir, iki güverte desteklerle birbirine bağlanmıştır ve yakıt tankları ortadadır. Tipik olarak, bir uydunun birincil yapısı toplam kütlesinin yaklaşık %20-22’sini oluşturur; ESCAPADE’de sandviç tasarımı sayesinde bu sayı yalnızca %12’dir.
Mandy, bu değişikliklerin artan etkilere sahip olduğunu söyledi: Birincil yapıdaki daha az kütle, bunun için daha az yakıt anlamına geliyor, bu da farklı bir tank boyutu anlamına geliyor, vb. Mühendisler ayrıca uzay aracını, uçuş bilgisayarı ve radyo gibi ısınma eğiliminde olan tüm bileşenlerin uzay aracının bir güvertesine yakın, itme sistemi gibi soğuma eğiliminde olan tüm bileşenlerin ise diğerinin yakınında olacak şekilde tasarladılar. Bu değişiklikler, uzay aracının daha az güce, daha küçük güneş panellerine, daha az ısıtıcıya ve diğer birçok etkiye ihtiyaç duyacağı anlamına geliyor.
Fırlatmadan sonra, uzay aracı kritik MOI yakma işlemini gerçekleştirmeden önce 11 ay boyunca Mars’a doğru seyahat edecek. Ancak uzay aracının yakma işlemini gerçekleştirmesi beklendiğinde Güneş Dünya ile Mars arasında olacak ve bu da onlarla zamanında iletişim kurmayı imkansız hale getirecek. Rocket Lab mühendisleri, uzay aracına yörüngesini dairesel hale getirmesi için bir komut göndermeden önce yaklaşık üç ay daha beklemek zorunda kalacak. Daha sonra uzay aracı yaklaşık 11 ay boyunca bilimsel verileri toplayacak ve Dünya’ya iletecek.
Mandy, görev için kesin fırlatma penceresini söylemeyi reddetti ve bunu belirlemenin Blue Origin’e bağlı olduğunu söyledi, ancak uzay aracının seyahati için verimliliğin zirvesinin şimdi olduğunu ve bu pencerenin “zirveden birkaç ay sonrasına” kadar uzandığını söyledi. Blue Origin pencereyi kaçırırsa, iki şirket ve NASA, ESCAPADE uzay aracının Mars’ın sırlarını çözmeye başlaması için 26 ay daha beklemek zorunda kalacak.