NASA Yeni Nesil Uzay İletişimi İçin Neden Lazerlere Yöneliyor?
Dünya’dan uzakta optik iletişimin ilk testleri, asteroide bağlı olan Psyche uzay aracı üzerinde gerçekleştirilecek.
NASA’nın yeni gönderdiği asteroit avcısı Psyche, Dünya’dan uzak, yaklaşık üç kat daha uzak bir yörüngede bulunan ve metalik bir asteroiti incelemeyi amaçlayan bir görevde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Ancak bu görev, uzay iletişimi konusunda uzmanlaşmış bilim insanları için heyecan verici bir potansiyele işaret ediyor. Uzay çağının başlangıcından bu yana, bilim insanları genellikle elektromanyetik spektrumun sadece bir parçası olan radyo dalgalarına güvendiler. Ancak bilim insanları, yakın gelecekte spektrumun başka bir bölümüne, yani lazerlere geçmeyi planlıyorlar. Hedefleri, lazerleri uzay araçlarının iletişim sistemlerine eklemektir.
Psyche uzay aracının ana görevi, Mars ile Jüpiter arasındaki asteroit kuşağında bulunan ve zamanla kayalık yüzeyini sıyrarak metal çekirdeği ortaya çıkan 144 mil uzunluğundaki bir asteroidi keşfetmektir. Eğer bu teori doğruysa, bu asteroid olan Psyche, demir, nikel ve kayadan oluşan eşsiz bir karışıma sahip olan bir zamanların umut veren bir gezegeninin metal çekirdeğini temsil edebilir.
Ancak, bu bilgilerin doğruluğunu öğrenmek ve asteroitin metalik bir yüzeye işaret edip etmediğini belirlemek altı yıl sürecektir. Eğer doğruysa, bu, Dünya’nın metal çekirdeğini incelemeye en çok yaklaşılan an olabilir.
Asteroit Psyche’in ulaşması ve ölçümlerini yapması altı yıl sürecek. Ancak uzay iletişimi araştırmacıları, sonuçları daha erken görmeye başlayacaklar. Derin Uzay Optik İletişim (DSOC) testi, Ay’ın ötesinde lazer veya optik iletişimin ilk gösterimi olacak ve astronotlar Ay’a dönerken ve bir sonraki büyük adımı, yani Mars’a gitmeye hazırlanırken iletişimi kolaylaştırmaya yardımcı olabilir. Ayrıca, uzay iletişiminde yeni bir çağın başlamasında önemli bir adım olacaktır.
Eğer bu ve benzeri testler beklenildiği gibi başarılı olursa, lazerler, Gezegen Dışı İletişim Sistemi’nin (DSN) karşılaştığı bant genişliği sınırlarını aşmak için gerekli desteği sağlayabilir. Şu anda, DSN, Houston’daki üç radyo anteni sahasında bulunan ve her biri 70 metre çapında olan antenlerle yoğun saatlerde yaşanan trafik sıkışıklığıyla karşı karşıya. Bu durum, James Webb teleskobundan küçük ticari uydulara kadar bir dizi uzay görevinin ağın zamanı için rekabet etmek zorunda olduğu anlamına geliyor.
NASA’nın Uzay İletişim ve Navigasyon Ofisi’nde (SCaN) DSN proje yöneticisi olan Mike Levesque, “Çeşitli görevler arasında çatışan talepler olabiliyor” diyor. “Şu anda taleplerin yüzde yirmisine hizmet verilemiyor, ve bu sorun zaman içinde daha da kötüleşecek. 2030’da bu oranın yüzde 40’a çıkması bekleniyor.”
Ve yakın gelecekte, iletişim ağında zaman talep eden 40 uzay görevinin daha devreye girmesi bekleniyor. Daha da önemlisi, bu görevlerden bazıları insanlı olacak ve astronotlar Ay’da çalışırken, laboratuvarlar ve barınaklar inşa ederken, yüksek çözünürlüklü videoların yanı sıra an be an metabolik ölçümleri de iletecek. Bu nedenle, SCaN program yöneticisi Jason Mitchell, “Bilim için gecikmeler sorun olmayabilir, ama insanlı görevler için herkesin elini taşın altına koyması gerekiyor” diyor. “Ay’a giderken ve Mars’ı planlarken, insan astronotların ne istediğine baktığımızda, bilimsel araçlar da büyüyecek. Günde terabaytlarca veri gönderebiliriz.”
Son zamanlarda başlatılan bir gösteride araştırmacılar, lazer ışığının radyo dalgalarına kıyasla daha yüksek bilgi taşıma kapasitesinden yararlanmaya çalışıyor. Elektromanyetik spektrumun kızılötesine yakın kısmındaki optik dalga boyları o kadar küçük – nanometre cinsinden ölçülüyor – ve frekanslar o kadar yüksek ki, aynı alana çok daha fazla bilgi sığdırılabiliyor ve veri hızları radyo ile mümkün olandan 10 ila 100 kat daha fazla olabiliyor.
Mitchell, “İşte bu yüzden optik harika bir seçenek,” diyor. “Veri hızları çok yüksek.”
Benzer yetenekler için, lazer sistemleri radyo sistemlerinden daha küçük olabilir, bu da daha az güç gerektirir ve uzay aracı evden birkaç yüz milyon mil uzakta seyahat ederken önemli bir faktördür.
Geçtiğimiz on yıl boyunca NASA, yeni teknolojiyi alçak Dünya yörüngesinden Ay’a kadar farklı ortamlarda test etti. Psyche’deki cihaz, optik iletişimin dezavantajları olduğu için önemli bir kilometre taşı olan daha derin uzaydaki ilk testi mümkün kılacak. Dünya’daki alıcılara yüksek doğrulukla yönlendirilmesi gereken lazer ışını dar olduğu için bu, büyüyen bir zorlukla karşılaşır, özellikle de mesafe arttıkça.
Daha hızlı ve daha akıllı: Big Think haber bülteni
Her Perşembe gelen kutunuza gönderilen mantık dışı, şaşırtıcı ve etkili hikayeler için abone olun.
Cihazı inşa eden NASA’nın Jet İtiş Gücü Laboratuvarı’nda DSOC proje teknoloji uzmanı olan Abhijit Biswas, bu zorluğu bir mil öteden hareket eden bir bozuk parayı vurmaya çalışmaya benzetiyor. Bir sallantı bile engel olabilir: Alıcı-vericiyi Psyche üzerinde sabit tutmak için JPL, onu 81 fit uzunluğundaki uzay aracının titreşimlerinden izole etmek için özel destekler ve aktüatörler kurdu.
Diğer potansiyel sorunlar arasında Dünya’da optik ışını engelleyebilecek bulutlar ve mesafe arttıkça ve ışın yayıldıkça sinyalin önemli ölçüde zayıflaması yer alıyor. Bu da en azından mevcut teknolojiyle Mars’ın ötesindeki mesafelerde kullanımını sınırlıyor. Bu nedenle test, görevin ilk iki yılında, araç asteroitin kendisine daha fazla seyahat etmeden önce gerçekleştirilecek.
Bu nedenlerin yanı sıra, günümüzde yer tabanlı bir optik alıcı ağının bulunmaması nedeniyle kimse lazer iletişiminin radyo dalgalarının yerini alacağı bir zaman öngörmüyor. Ancak yeni bir kanal ekleyebilir. Biswas, “Gelecekteki operasyonlar çeşitlilik için tasarlanacak” diyor.
Psyche’deki testler sırasında, Güney Kaliforniya’daki Table Dağı’nda bulunan beş kilovatlık bir verici, uzay aracının 8,6 inçlik teleskobuna bağlı bir lazer alıcı-vericiye düşük hızlı bir iletişim paketi gönderecek – egzotik bir şey değil, çoğunlukla rastgele desenler, diyor Biswas. Alet ışına kilitlenecek ve ışık parçacıklarını ya da fotonları sayan bir kamera kullanarak mesajı indirecek, ardından yüksek bir hızla San Diego yakınlarındaki Palomar Dağı’nda bulunan 200 inçlik Hale teleskobuna geri gönderecek ve burada orijinaliyle doğruluğu karşılaştırılabilecek.
Mars’tan daha yakın mesafelerde bile lazer sinyali nispeten kırılgandır. Psyche’den Hale teleskobuna ulaşan paket yalnızca birkaç fotondan oluşacak, bu nedenle kodunun çözülmesi teleskoba bağlı son derece hassas, kriyojenik olarak soğutulmuş bir foton sayma dedektörüne (süper iletken nanotelden yapılmış) dayanıyor.
Geçmişi lazer spektroskopisi olan Biswas için optik iletişim testi, on yıllık bir çabanın doruk noktası. “Bu çok heyecan verici” diyor. “İlk kez yaptığımız pek çok şey var.”
Lazer iletişimi, tıpkı otoyollardaki araba yolları gibi, gelecekte Derin Uzay Ağı’ndaki trafik sıkışıklığını önleyemeyecek olsa da, bazı mesajların uzayda tıkanmasını önlemeye yardımcı olabilir.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: NASA Yeni Nesil Uzay İletişimi İçin Neden Lazerlere Yöneliyor?
Güneşin İçine Kara Delik Koymak: Evrende Yeni Bir Oyunun Başlangıcı.
NASA Yeni Nesil Uzay İletişimi İçin Neden Lazerlere Yöneliyor?