Mühendisler, NASA’nın en eski Mars yörünge aracının yakıt tedarikini izliyor

On yıllardır yakıt göstergesi olmayan bir uzay aracı olan Odyssey’deki yakıt tedarikini ölçmek kolay bir iş değildir.

NASA, neredeyse 22 yıl önce 2001 Mars Odyssey Orbiter’ı Kızıl Gezegene fırlattığından beri, uzay aracı Mars’ın etrafında 94.000’den fazla kez döndü. Bu, uzay aracının yakıt tedarikinin son derece dikkatli bir şekilde yönetilmesini gerektiren bir mesafe olan yaklaşık 1,37 milyar mile (2,21 milyar kilometre) eşdeğerdir. Odyssey’in yakıt göstergesi olmadığı düşünüldüğünde, bu başarı daha da etkileyici; mühendisler bunun yerine matematiğe güvenmek zorunda kaldılar.

Çalışmaları, Odyssey’in bilimsel bir miras oluşturmasına yardımcı oldu: Uzay aracı, Mars yüzeyindeki minerallerin haritasını çıkardı ve bilim insanlarının gezegenin tarihini daha iyi anlamasını sağladı. Odyssey, geleceğin astronotları tarafından kullanılabilecek buz birikintileri buldu. Aynı astronotlara zarar verebilecek radyasyon üzerinde çalışıldı. Ve gelecek görevler için olası iniş alanlarını keşfetti. Odyssey aynı zamanda NASA’nın gezici ve kara araçlarından (bugüne kadar neredeyse 150 gigabayt ve artmaya devam ediyor) Dünya’ya veri aktaran küçük bir yörünge takımyıldızı arasında yer alıyor.

Ancak geçen yıl, Odyssey gazı bitiyor gibi görünüyordu: Hesaplamalar, hidrazin yakıtının beklenenden çok daha düşük olduğunu gösterdi.

Odyssey, 2001 yılında yaklaşık 500 pound (225,3 kilogram) hidrazin itici gazla fırlatıldı. Yakıt göstergesi olmadığı için mühendisler, uzay aracının zaman içinde ne kadar hidrazin tükettiğini anlamak için çeşitli yöntemler kullandılar. Odyssey’nin yakıtını ölçmenin bir yolu, uzay aracının iki itici deposuna ısı uygulamak ve belirli bir sıcaklığa ulaşmalarının ne kadar sürdüğünü izlemektir. Bir çaydanlıkta olduğu gibi, neredeyse boş bir yakıt deposu dolu olandan daha hızlı ısınır.

Aslında, 2021 yazında Odyssey’de yapılan bir yakıt tahmininde ortaya çıkan şey buydu. Matematik, yaklaşık 11 pound (5 kilogram) itici gazın kaldığını gösteriyordu; bu, görev modellemesinin öngördüğünden daha azdı. Ocak 2022’deki başka bir tahmin, yalnızca 2,8 kilogram hidrazinin kaldığını gösterdi.

Rakamlar doğru olsaydı, Odyssey bir yıldan kısa bir süre içinde tamamen boşalacaktı. Ya uzay aracı sızıntı gibi bir tür arıza yaşamıştı ya da ekibin ölçümlerinde bir şeyler yanlıştı.

Aylarca süren testler ve yoğun soruşturmalar birbirini izledi. Görev mühendisleri, “kayıp” yakıtın gizemini inceledikten sonra, yaşlanan uzay aracının karmaşık yakıt sisteminin uçuş sırasında nasıl davrandığına dair yeni şeyler öğrendiler. Vardıkları sonuç: Yörünge aracı aslında en azından 2025’in sonuna kadar yetecek kadarına sahip olmalıdır.

Odyssey hidrazini nasıl kullanır?

Odyssey herhangi bir günde idare etmek için çok fazla hidrazine ihtiyaç duymaz. Güneş panelleri sistemlerine güç sağlarken, stratejik olarak yerleştirilmiş üç reaksiyon çarkı, yörünge aracının bilim araçlarını Mars yüzeyine doğrultmasına yardımcı oluyor. Reaksiyon tekerlekleri uzay aracı otobüsünün veya gövdesinin içinde dönerken, Odyssey’in ters yönde hareket etmesine neden olan tork yaratırlar.

Odyssey’in görev yöneticisi Jared Call, NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Tahrik Laboratuvarı’ndan “Bu tepki tekerlekleri, uzay aracının işaretini korumak için birlikte çalışmak zorunda” dedi. “Fakat Odyssey her yörüngede tam bir döngü tamamladığında, artan momentumu boşaltmanın bir yoluna ihtiyacınız var.”

Odyssey’nin hidrazininin devreye girdiği yer burasıdır. Uzay aracının iticileri, reaksiyon çarklarının inşa momentumuna karşı koymak için bu itici gazı küçük, hesaplanmış patlamalar halinde serbest bırakır.

Takım çalışması

Ekibin hesaplamaları itici gaz tedarikinin beklenenden düşük olduğunu gösterdiğinde, JPL’deki mühendisler Odyssey’i inşa eden, görev operasyonlarını sürdüren ve uzay aracı mühendisliği desteği sağlayan Lockheed Martin Space’tekilerle çalışmaya başladı.

Odyssey’nin JPL’deki proje yöneticisi Joseph Hunt, “İlk olarak, uzay aracının iyi durumda olduğunu doğrulamamız gerekiyordu” dedi. “Bir sızıntı olasılığını veya tahmin edilenden daha fazla yakıt yaktığımızı eledikten sonra, ölçüm sürecimizi incelemeye başladık.”

Ekip, durumu değerlendirmek için yeni gözlere ihtiyaç duydukları konusunda hemfikirdi. Uzay aracı itici gaz tahmini konusunda da uzman olan dışarıdan bir danışman olan Boris Yendler’ı getirdiler.

Tüm uzay gemilerinde olduğu gibi, Odyssey de yakıt tankları da dahil olmak üzere çeşitli parçaları uzayın soğuğunda çalışır durumda tutmak için ısıtıcılara güveniyor. Yendler, itici gaza uzay aracındaki başka bir kaynaktan ısı eklenip eklenmediğini merak etti ve bu da yakıt ölçümünü karmaşıklaştırdı. Pek çok deneyden sonra ekip, durumun böyle olduğunu doğruladı: Tankları birbirine bağlayan bir yakıt hattı boyunca uzanan ısıtıcılar, tankları beklenenden daha hızlı ısıtıyor ve tanklar neredeyse boşmuş gibi gösteriyordu.

Cali, “Ölçüm yöntemimiz iyiydi. Sorun, Odyssey’de meydana gelen akışkan dinamiğinin düşündüğümüzden daha karmaşık olmasıydı,” dedi.

Ekip, hesaplamalarında ne kadar ısının hesaba katılmadığını anladıktan sonra, Odyssey’de yaklaşık 9 pound (4 kilogram) hidrazin kaldığı sonucuna vardı. Görevi birkaç yıl daha sürdürmeye yeter. Ekip ölçümleri iyileştirmek ve doğruluklarını artırmak için çalışırken sayı değişebilse de, ekip artık uzay araçlarını daha iyi anladıkları için daha kolay dinleniyor.

Call, “Bu biraz bizim bilimsel keşif sürecimize benziyor,” dedi. “Ne bulacağınızı bilmeden bir mühendislik sistemini keşfediyorsunuz. Ve ne kadar uzun bakarsanız, o kadar çok beklemediğinizi keşfedersiniz.”