UZAYDA HAYAT VAR MI?: YÖRÜNGE DIŞI ROBOTLAR

Gezegenlerin keşfine kısa bir göz atacağımız bu yazıda, öncelikle Mars’a 250 milyon kilometrelik ufak bir yolculuk yapacağız. Hızımızı alamayıp bu keyifli yolculuğumuzu Satürn semalarında süzülerek sonlandıracağız.

Maliyet, karmaşıklık ve risk öğeleri söz konusu olduğunda çok az mühendislik projesi uzay aracı üretmekle aşık atabilir. Parçalayıcı ivmeler, aşırı sıcaklıklar, radyasyon fırtınaları gibi en zorlu şartlar altında hassas aletlerin ve parçaların zarar görmemesi gereklidir. Ve tabii ki en dramatik öğeyi sona saklıyoruz: Bir kez havalandıktan sonra, uzay araçlarını geri çağıramazsınız! Gezegenlerin keşfini amaçlayan uzay projelerinde, özellikle de geçmiş 20 yılda gezegenlere indirilen arazi araçlarının (rover) öne çıktığını görüyoruz. Bu araçlar insansız uzay görevlerinin en çok faydalandıkları keişf robotları oldu ve üstelik dünyamızda otonom sürücüsüz arabaların gelişmesini de sağladı.

Şekil 1: Yazının devamında soldan üçüncü, mavi gezegenden yolculuğumuza başlayıp, kızıl beşinciye arazi araçları indireceğiz, ve halkalı altıncının yörüngesine de bir insansız hava aracı göndereceğiz.

2004 yılında Spirit (Ruh) ve kendisinden 3 hafta sonra da ikiz kardeşi Opportunity (Fırsat) yarı-otonom robot arazi araçlarının Mars’a inmeleri, belki de NASA’nın aya insan indirmesinden sonra en başarılı ve heyecanlı girişimiydi. (İnsanoğlunun  yeni gezegenleri keşfetmek amaçlı aktivitelerinin tüm geçmişine bir göz atmak için tıklayın). Neden bu kadar uzaktaki (Mars’ın Dünya’dan uzaklığı iki gezegenin yörüngelerindeki konumlarına göre 50 ile 400 milyon kilometre arasında değişiyor) soğuk ve yalnız bir gezegene gitmeye bu kadar emek verildi? Çünkü Mars’ın jeolojisi Dünya’mızın tarihini anlamamız açısından yardımcı olabilecek özellikler taşıyor; çünkü o gördüğümüz mars kayalarının ve kumlarının aralarında bir yerde “Evrende yalnız mıyız?” sorusunun cevabı yatıyor olabilir; ve çünkü belki ileride Mars bizim yeni anavatımız olacak. Bu yazımızda özellikle uzak gezegenlerde kendi başlarına çalışan/çalışabilecek robotları, evrimlerini ve en önemlisi insanlığa neler kattıklarını inceleyeceğiz.

Mars arazi araçlarının tarihçesi

Şekil 2: Lunokhod 1 (Rusça: Луноход-1), ilk insansız Ay yüzeyinde hareket edebilen 2 uzaktan kumandalı bir yüzey aracından biri.

NASA, Spirit ve Opportunity ortaya çıkmadan önce, kendine esin kaynağı olarak Sovyet uzay programı Lunokhod’u aldı. Lunokhod (Şekil 2), Ay yüzeyinde dolaşması için tasarlanmış, 8 tekerli, güneş enerjisiyle çalışan bir robottu. 1970 ve 1973 yıllarında Ay’a gönderilen bu iki robot da kameraları yardımıyla dünyadan -neredeyse gerçek zamanlı olarak- kontrol ediliyorlardı [1].

Ancak iş Ay’dan daha uzak gezegenlere uçmaya gelince arazi araçları gözden düştüler; onların yerine boşlukta veya atmosferde asılı kalan uydular, yörünge sondaları, ve iniş yapan araçlar (lander) popülerlik kazanmaya başladı. Ayrıca Jüpiter gibi bir gaz bulutunda bu tarz arazi araçları tamamen kullanışsızdı. 70′lerin ortalarında NASA’nın Viking programı yaşam belirtisi için aramak amacıyla Mars’a yönlendi. Bu tarz iniş yapan modüller veya kapsüllerde sorun sadece bir noktada sabit kalmaları ve sadece ayaklarının dibindeki toprağa bakabiliyor olmalarıydı, bu yüzden çok fazla bilgiye ulaşılamadı. Aracın ayağının hemen yanında evrenin en enteresan taşı olsa bile, ona ulaşamadığın sürece arkasında yatan gizemleri anlamak mümkün olmuyor.

1996 yılında arazi araçları NASA’nın Pathfinder (kaşif) programı çerçevesinde tekrar sükse yaptı. Aslen bir iniş modülü olan Pathfinder ayrıca küçük bir arazi aracı olan Sojourner adlı robotu da içinde barındırıyordu. Bu araç başarıyla ortalıkta dolanıp resimler çekmeyi ve kayaların kimyasal analizini yapmayı becerdi. 1990′ların sonlarına doğru iki adet uzay aracını kaybeden (Mars Climate Orbiter ve Mars Polar Lander) NASA, başarılı bir görev tamamlamak zorundaydı. Jet Tahrik Laboratuvarı (Jet Propulsion Laboratory)’nın bir süredir üzerinde çalıştığı seyir ve robot teknolojilerini uygulamaya geçirmek için bundan iyi zaman olamazdı. Acaba NASA bir iniş kapsülünden ziyade bir arazi aracı indirebilir miydi? Bu fikri gerçekleştirmenin tek yolu, MARS’a ulaşmış bir uzay aracını Mars atmosferine girerken roket ve paraşütler kullanarak yavaşlatmak ve sonrasında hava yastıkları kullanarak da yere inmesini sağlamaktı. Aşağıda bu fikirlerin bilgisayar animasyonları  ile modellendiği ağzınızı açık bırakacak videoyu izleyebilirsiniz.

Şekil 3: Spirit (bilgisayar modeli)

Bunun için hali hazırdaki Pathfinder tasarımlı bir iniş modülünü, dışını sabit tutup içine bir arazi aracı sıkıştıracak şekilde tekrar dizayn ettiler. 2003 yılında Mars ve Dünya yörüngelerinin en uygun şekilde konumlanmalarından faydalanacak şekilde 3 yıl içerisinde bu projeyi sonlandırmaları gerekiyordu. Üstelik başarı şansını arttırmak için NASA tasarından iki adet arazi aracı imal edilmesi gerektiği emri gelmişti. Spirit (Şekil 3) ve Opportunity (Şekil 4) bu şekilde doğdu.

Üretim, fırlatma ve operasyon dahil her bir araç 400 milyon dolara mal olmuştu. Güneş panelleri origami gibi açılıp kapanıyordu. Araçların içinde koşan yazılım merkezden navigasyon talimatları alıp, daha sonra robotları otonom şekilde Mars yüzeyinde ilerletecek şekilde tasarlanmıştı. Bu sayede robotlar yüksek tepelerden ve uçurum kenarlarından uzak durmayı başarabileceklerdi.

Şekil 4: Opportunity

Ve iki robot da başarıyla Mars’a iniş yaptı. Panoramik kameralar, bir mikroskopik görüntüleyici, bir taş zımparalama aleti, ve 3 farklı spektrometri kullanan araçlar Mars’ın jeoloji ve minerolojisi hakkında bir çok bilgi toplamayı başardı. En önemli keşfi ise, Mars’ın bir zamanlar hayat için elzem olan suya sahip olduğu kanıtlarıydı.

Tahmin edilen 90 günlük kullanım sürelerinin aksine tam tamına 7 yıl hayatta kalmayı başardılar. Spirit ne yazık ki kuma saplandı ve büyük ihtimalle de Mars kışını çıkaramadı. Ancak Opportunity hala ortalarda fink atıyor. Bu robotlar birçok soruyu yanıtladıkları gibi, yepyeni soruların oluşmasına da sebep oldular. İşte bu nedenle NASA Mars’a tekrar dönme kararı aldı, üstelik daha büyük bir arazi aracı ile!

Şekil 5: Mars'a indirilmesi planlanan Curiosity'nin bu kez bir vinç yardımıyla indirilmesi planlanıyor.

Bahsi geçen yeni robotun adı Curiosity (Merak, Şekil 5).  Spirit ve Opportunity’e kıyasla yeni araç bir beden büyük oldu. 2.3 metre uzunluğunda robotik koluyla araç kayaları delerek kaylardan örnek toplayabilecek. Yarım metre çapında tekerlekleri zorlu arazilerde ilerleyebilmesine imkan verecek ve plütonyum-238 termoelektrik jeneratörü sayesinde de soğuk kış şartlarında ve ekvatordan uzak enlemlerde de çalışmaya devam edebilecek. Bu yetenekleri yeni görevinin başarısı için önem arzediyor, çünkü seleflerinin bıraktığı mirası bir adım ileriye götürmek zorunda. Mikroorganizmalar için yaşanabilir olan habitatlar olup olmadığını araştıracak. Bu proje sonunda su, enerji ve karbon gibi öğelerin Mars’ın yüzeyinde nasıl evrildiklerini daha iyi anlamak hedefleniyor.

Curiosity, 5 ülkeden 10 deneysel ekipmanı taşıyor. Kaya ve toprak örneğini alıp, kütle spekrometresi, ayarlanabilir lazer spektrometresi ve gaz kromotografı kullanarak moleküler yapısını ve izotopik oluşumunu analiz edecek ve organik karbon olup olmadığını test edecek cihazlar bulunduruyor. 80 kilogramlık bilimsel donanımı araca yerleştirmek en büyük sorunlardan biriydi. Curiosity’nin önceki modelleri olan Spirit ve Opportunity kabaca golf arabası büyüklüğünde araçlardı ve sadece 5′er kilogram taşıyorlardı. Bu sebeple alçalan bir araçtan hava yastıklarıyla aşağıya atılmışlardı. Ancak yeni arazi aracının küçük bir araba boyutunda, 900 kilogram ağırlığında ve üzerinde nükleer güç kaynağı ve 10 adet hassas bilimsel ekipmanla dolu olmasından dolayı aynı yöntemin uygulanması mümkün değil. Bu yüzden NASA’nın yeni ama bir o kadar da riskli stratejisi aracı kablolar vasıtasıyla aşağıya doğru indirmek üzerine kurulu, aynen helikopterlerden aşağıya inen komandolar gibi. Aşağıdaki videoda Curiosity’nin nasıl indirileceğinin tasarlandığını görebilirsiniz (eğer önceki videoya şaşırdıysanız, bu videoda küçük dilinizi yutacaksınız.):

Buna göre Curiosity atmosfere girene kadar kapsül içinde seyahat edecek ve atmosfere girdikten sonra bir paraşüt açılacak. Ancak hala ses hızından yüksek hızlarda seyahat ettiğinden, araç ters yön motorlarını aktive edecek ve yerden 20 metre yüksekliğe gelinceye kadar yavaşlayacak. İşte bu noktada araç kendisine kenetlenmiş kapsülden ayrılacak ve kendisini halatlar vasıtasıyla aşağı indirecek. Yere değdiği zaman, patlayıcı çelik kesici düzenek kabloları koparacak ve bu sayede kapsül araçtan daha uzak güvenli bir mesafedeki bir alanda çakılabilecek.

Programın son durumu hakkında bilgi vermek gerekirse: NASA’nın Mars Bilim Laboratuvarı (Mars Science Laboratory) diğer adıyla Curiosity, atmosferi beraber aşacağı Atlas V roketi ile Florida’daki Cape Canaveral Hava Üssü’nden başarıyla havalandı. Roketten başarıyla ayrılan modül, Mars’a doğru ilerlediğinin sinyallerini Dünya’ya iletti. Bütün sistemlerinin doğru çalıştığı bilgisi ulaşan Curiosity aracının 8,5 aylık bir yolculuk sonunda Ağustos 2012’de Mars’a inmesi bekleniyor.

Son olarak da iki dipnot düşelim: Birincisi, arazi araçları sondaları ilerletmek için tasarlanmış tek yöntem değil. Aşağıdaki videodaki düşünce, sondaların kendilerini Mars rüzgarlarına teslim etmeleri ve zorlu vadilere aletler zarar görmeden inilmesi için tasarlanmış. Ancak bu teknolojinin henüz hayata geçmiş bir örneğini göremedik.

İkinci olarak gezegen arazi araçları faaliyetlerini tabii ki bir tek NASA yürütmüyor. ESA ile NASA bir yandan da 2018’de gönderilecek geleceğin Mars araçlarını tasarlamakla meşguller [2]. Aşağıda projenin videosunu seyredebilirsiniz:

PEKİ YA RUSLAR?

Şekil 6: Mars'ın uydusu Phobos

Bu kadar Amerikan merkezli uzay aktivitesinden sonra geçmişlerine saygımızdan dolayı Rusya’ya da kulak vermemek olmazdı. Uzay yarışı sırasında Amerika Birleşik Devletleri ile kapışan Sovyet Sosyalist Cumhuriyetler Birliği (SSCB)’nin devamı niteliğindeki Rusya’nın bir süredir sesinin sedasının çıkmadığını biliyoruz. 1957′den 1975′e kadarki süreç içerisinde “ilk uzay aracı”, “uzayda ilk canlı”, “uzayda ilk insan” ve “uzayda ilk kadın” gibi unutulmaz ilklere imza atan Rusya bu sefer de gözünü Mars’ın uydusu Phobos’a (Şekil 6) dikti.

Patatese benzeyen bu ortalama asteroid büyüklüğündeki uydunun nasıl oluştuğuna ve Mars’ın çekim alanına nasıl girdiğine dair belirsizlik sürüyor. Ayrıca Mars’ın asteroidler tarafından bombalandığı bir evrede, Mars’ın yüzeyinden kalkan maddelerin uydularına serpildiği düşünülüyor. Ayrıca Phobos’a ulaşmak görece daha kolay, çünkü bu uydunun yerçekiminden kaçmak o kadar kolay ki, bilim insanları Mars’a insanlı uçuşlarda veya yerleşilmesi durumunda astronotlar için bir alıştırma imkanı sunabileceğini düşünüyorlar.

Şekil 7: Fobos Grunt

Phobos Grunt (Şekil 7) denilen aracın 11 ayda Mars’a ulaşması, bir robotik kol yordamıyla 200 gram Phobos toprağı toplaması ve Ağustos 2014’te Dünya’ya geri dönmesi planlanıyor(du). Güzel haber: Rusya bu aracı 8 Kasım 2011’de yollamayı başardı. Kötü haber: Araç 15 Ocak 2012 yılında dünyaya düşerek hakkın rahmetine kavuştu. Aslında Rus’ların Mars’la arası hiçbir zaman iyi olmadı. Sovyetler Birliği’nin Mars’a gönderdiği 19 araçtan sadece 4 tanesi hedefine ulaşabildi ve genel olarak hedeflenen amaçlarının sadece küçük bir kısmını başabildiler [3]. Anlaşılan Ruslar’ın şeytanın bacağını kırmaları için biraz daha çalışmaları gerekecek. Ancak proje 65 milyon dolar gibi çok da yüksek olmayan bir paraya malolduğu için (operasyon giderleriyle 163 milyon doları bulacağı düşünülüyordu [4]), projenin tekrarlanabileceğine inanmak istiyoruz.

SATÜRN RÜYASI

Mars’tan aracımıza atlayıp, Jüpiter’i solluyor ve Satürn’e iniyoruz… Huygens sondasının 2005 yılında Satürn’ün bir uydusu olan Titan’da yaptığı çalışmalardan öğrendiğimiz iki şaşırtıcı olay vardı: 1) Methan yağmurlarından dolayı birikmiş hidrokarbon gölleri, 2) Su ve amonyak fışkırtan volkanlar. Sadece bunlar bile Titan’ın nitrojen atmosferine bir uçak gönderip yakından izlemek için yeterli sebepler. Ancak bunun da ötesinde Titan Kendi güneş sistemimizde olası bir yeni konak hayallerimizi süslüyor (Şekil 8). Carolyn Porco’nun etkileyici Titan hakkındaki TED konuşmasına Türkçe altyazılarıyla buradan ulaşabilirsiniz.

Şekil 8: Yerden 8 km yükseklikteki Huygens sondasınınçektiği ve su kanalı olduğu düşünülen bir bölgenin 360 derecelik görüntüsü

AVIATR (Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance) adı verilen bu proje 750 milyon dolar gibi bir bütçeye sahip olduğu için, insanlık adına yeni sınırlara yelken açan projeler arasında ucuz sayılabilecek NASA projelerinden. Konan (lander) ve gezen (rover) araçların aksine, AVIATR elektrik pervanesi ile çalışan, büyük bir anten vasıtasıyla Dünya ile iletişime geçebilen, içerisinde bilimsel aletlerle yüklü 120 kilogramlık bir uçak olacak (Şekil 9). Yerde gezen araçlar kadar yakınlaşmasa da, tüm yüzeyi bir yörünge uydusundan çok daha yüksek hassasiyette, detayda ve çeşitlilikte araştırabilecek [5].

Şekil 9: Titan'a gönderilmesi planlan insansız hava aracı AVIATR.

Bilim insanlarını bu sıradışı araç seçimine iten sebep ise Titan’da uçmanın çok kolay olması. Dünya’ya kıyasla Titan’ın atmosfer yoğunluğunun dört kat fazla olması ve yerçekiminin 7 kat daha az olması, Titan’da uçmayı Dünya’da uçmaya oranla 28 kat kolaylaştırıyor. Mars ile kıyaslandığında ise yaklaşık 1.000 kat daha kolay. (Yani utanmasanız bir Yarasa Adam kostümüyle uçabilirsiniz.) Birkaç radyoizotop enerji jeneratörüyle ağır bir AVIATR bir yıla yakın bir süre havada kalabilir. Titan’ın kendi etrafında dönmesinden dolayı, daima batıya doğru uçtuğu sürece Dünya’ya doğru bakacak olan AVIATR’ın bu sayede Titan’ın gece tarafıyla karşı karşıya kalması gerekmeyecek. Ayrıca bu araç uçuş yeteneğini bir pil gibi kullanacak şekilde tasarlandı. Yani yüksekte uçarken kendini şarj edecek ve süzülürken de enerjisini topladığı verileri dünyaya iletme gibi diğer işlere kanalize edebilecek.

Peki NASA AVIATR’ı ne zaman yollamayı planlıyor? Titan’a gitmeyi öncelikleri listesine koyarsa 2020 diyelim. Olur da bu proje seçilirse, aracın Dünya’dan Titan’a varması da yaklaşık 7.5 yıl alıyor. Ancak NASA projelerinin ne kadar kırılgan oldukları da bilinen bir gerçek. Her başkan değişimi, her bütçe planlaması, her yeni bilimsel buluş ve her hedef revizyonunda işleyiş hızlanabiliyor da, projeler hepten rafa kaldırılabiliyor da. Bekleyip göreceğiz…

KAYNAKLAR:

[1] http://spectrum.ieee.org/aerospace/robotic-exploration/forgotten-soviet-moon-rover-beams-light-back-to-earth/0

[2] http://www.esa.int/SPECIALS/ExoMars/index.html

[3] http://spectrum.ieee.org/aerospace/robotic-exploration/a-russian-return-to-a-martian-moon/1

[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Fobos-Grunt

[5] http://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/cute-little-drone-could-soar-through-the-skies-of-titan

Yazar hakkında: Gökhan İnce


Lisansını İstanbul Teknik Üniversitesi, yüksek lisansını Darmstadt Teknik Üniversitesi ve doktorasını Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden elektronik, haberleşme ve bilişim teknolojileri üzerine aldı. Sırasıyla Almanya ve Japonya'daki Honda Araştırma Enstitüsü'nde robotik, yapay zeka ve işaret işleme alanlarında çalışmalar yaptıktan sonra, İTÜ Bilgisayar Mühendisliği'nde araştırmalarına devam ediyor.