Mars çevresindeki küçük bir uydu ağı ile geziciler otonom olarak gezinebilir

Mars’ın “yerde” keşfi söz konusu olduğunda, geziciler oldukça iyi öncü keşifçiler olurlar. Pathfinder’dan Perseverance’a kadar, bu yarı otonom robotların insan kaşiflerin gelecekte yapmak istediklerini yapmalarını izledik. Şimdi, mühendisler Mars’ta gezici keşifleri genişletmenin yollarını araştırıyorlar. Düşündükleri bir şey var: Mars yüzey navigasyonu için iletişim uydu takımyıldızları.

Mevcut nesil Mars gezicileri, kolayca erişilebilir yerlere indi. Kutuplar veya Valles Marineris gibi diğer Mars bölgelerine neredeyse hiç dokunulmadı. Bunun nedeni kısmen, onlara ulaşmanın zor olması ve hava koşullarının zorluklar yaratmasıdır. Kutuplar, Mars iklim sistemine dair pek çok ipucu barındırıyor. Bir kapağın çoğunlukla su buzu olduğu bilinmesine rağmen, her iki kapak da yer altı göllerinde veya kapakların altında donmuş ek su içerebilir (veya saklıyor olabilir). Bu, gelecekteki herhangi bir Mars kaşifinin hayatta kalmak ve diğer operasyonlar için kullanması gereken bir metadır. Tüm bu nedenler, kutup bölgelerini gelecekteki geziciler için birincil hedef haline getiriyor.

Bugün, Mars etrafındaki yörünge araçları, Dünya ile kızıl gezegen arasındaki iletişimin ağır yükünü kaldırıyor. Ancak gelecekteki keşifler, özellikle kutup bölgelerini inceleyeceksek, daha esnek iletişim sistemleri gerektirir. Öyleyse, şu senaryoyu hayal edin: NASA veya başka bir ajans, Mars’ın kutuplarına bir keşif filosu göndermek istiyor. Mesafe, her hareketlerinde yerden yüzey araçlarına kadar olan iletişimi zorlaştırır. Dakikalarca süren ışık yolculuğu süreleri, “gerçek zamanlı” durumlarda yön bulmayı çok zorlaştırabilir. Çözüm, kutup bölgelerini “görebilen” ve gezicilerin daha doğru bir şekilde gezinmesine yardımcı olan uydu takımyıldızlarını konuşlandırmak.

Kurtarma için küçük uydular

Doktora liderliğindeki bir mühendis ekibi. Roma Sapienza Üniversitesi Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü öğrencisi Serena Molli, Mars’taki küçük uydu (smallsat) takımyıldızları üzerine bir konsept çalışması yaptı. Amaçları, neredeyse tamamen otonom olan ve düğümlerinin gezegen etrafındaki göreli ve mutlak konumlarını idare edebilen bir sistem tasarlamaktır. Takımyıldızı, Giriş, İniş ve İniş (EDL) aşamasındaki nesneler gibi diğer sondaların yanı sıra iniş araçları, geziciler veya yörünge araçları için navigasyonu desteklemelidir. Düğümler, uydular arası bir bağlantı (ISL) aracılığıyla birbirleriyle ve yüzeydeki geziciler ve diğer kurulumlarla iletişim kuracaktı.

yakında çıkacak bir gazetede Acta Astronautica, Molli ve ekibi, bu tür iki takımyıldız için modellerin ana hatlarını çiziyor. Dünya’dan sürekli güncellemelere ihtiyaç duymayan sistemlere odaklanırlar. Her biri, birbirleriyle ve yüzeyle iletişim kurmak için beş uydu kullanır. Yörünge konfigürasyonlarına bağlı olarak, kutup bölgelerinin neredeyse sabit kapsamını sağlayabilirler.

Molli, “Yapay zeka programlamaya ihtiyaç duymadan bu otonom navigasyon sistemiyle mükemmel performans elde ettik” dedi. “Yerleşik yazılım, yeni otonom navigasyon sisteminin zorluğuyla başa çıkmak için uyarlanmış özel yörünge belirleme teorisine ve algoritmalarına dayanıyor. Ancak, yerleşik yörünge belirleme yazılımı güncellemelerden yararlanabilir. Sistem bunlara izin veriyor. İhtiyacımız olan, yeterince güçlü bir hem sistemin sağlık kontrolleri, geliştirilmiş yörünge belirleme ve gerekirse yazılım güncellemeleri için yerleşik bilgisayar ve Dünya ile periyodik temaslar.”

Mars’ta gezinmek

Ekibin önerdiği navigasyon sistemleri, şu anda İtalyan uzay mühendisliği grubu Argotec’te tasarım aşamasında olan küçük uydulara dayanıyor. ANDROMEDA adlı önerilen bir mikro uydu tabanlı “ayın interneti” sistemi üzerinde çalışıyorlar. Molli’nin ekibinin önerdiği sistemler, uydu düğümleri arasındaki iletişimi destekleyen gerekli ISL teknolojisine sahiptir. Bu, daha önce karasal ve gezegensel jeodezi için, özellikle de GRACE ve GRAIL görevlerinde kullanılıyordu.

Mars’a uygulamak, sistemin verimli çalışmasını sağlamak için gezegen hakkında çok fazla veri gerektirir. Molli, “Çalışmamızda, MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) ve MGS (Mars Global Surveyor) gibi görevlerden Mars’ın yerçekimi alanıyla ilgili önceki bilgileri kullanıyoruz” dedi. “Bu, takımyıldızın uzay aracının, yörüngelerin yüksekliğine ve sonuç olarak yerçekimi gradyanlarının uzay aracı dinamiği üzerindeki etkilerine bağlı olarak, konumunu otonom olarak veya Dünya ile düzensiz bir bağlantıyla belirlemesine olanak tanır.”

Diğer dünyalardaki küçük uydular

Ekip, bu küçük uydu takımyıldızlarının düşük geliştirme ve başlatma maliyetleri ve kısa geliştirme süreleri ile geldiğine dikkat çekiyor. Ayrıca misyon uygulamasında esneklik sunarlar. Bunun nedeni, birden fazla sistemin özel başlatmalarla veya daha büyük görevlerin ikincil yükleri olarak aynı anda başlatılabilmesidir. Tüm bunlar Mars’ta ortaya çıkarsa, benzer uydu sistemlerinin güneş sistemindeki diğer dünyalarda kullanılması mümkündür. Ancak, bunlar büyük bilinmeyenlerle birlikte gelir.

Molli, “Bu navigasyon sistemini diğer gezegenlere ve aylara yerleştirmenin çeşitli zorlukları var” dedi. “Çevresel koşullar oldukça farklı: radyasyon alanları, farklı bir termal ortam vb. hassas konumlandırma gerçekleştirmek için gerekli seviyelerde bilinir.”

Böyle bir sistemin ilk testi, uzay aracı ekipleri kutup misyonlarını planlarken Mars’ta başlayacak. Bu nedenle, küçük uydu takımyıldızlarının geliştirilmesi çok önemlidir. Sadece Mars’ın keşfine yardımcı olmakla kalmayacak, aynı zamanda kızıl gezegenin ötesindeki dünyalarda benzer takımyıldızların yolunu açabilecekler.

İlgili araştırmalar da yayınlandı Gezegen Bilimi Dergisi.