şükela:  tümü | bugün
  • öncelikle önşart olarak;

    (bkz: #58431592)

    güneş eşzamanlı yörüngeler uzay uygulamalarında sıklıkla karşımıza çıkan yörünge çeşitlerinden birisi. sağladığı birçok avantaj mevcut, bu nedenle dünya çevresinde dönen uyduların önemli bir kısmının güneş eşzamanlı yörüngede olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. sağladığı avantajları da dilim döndüğünce basit ve açık bir şekilde anlatmaya çalışacağım.

    konuya farklı bir noktadan girmek istiyorum; yer gözlem uyduları. yer gözlem uydularının amacı adından da anlaşılacağı üzere dünya'yı gözlemek, izlemek, fotoğrafını çekmek. yani mümkün mertebe dünya üzerindeki her noktadan geçmek zorundalar. bunu sağlamanın tek yolu da yörünge düzleminin eğimini olabildiğince arttırmaktan geçiyor.

    bunu biraz açalım. referans gösterdiğim entry'de eğimin tanımı mevcut. yörünge düzlemi ve ekvator düzlemi arasındaki açı bizim eğimimiz oluyor. örneğin yörünge düzlemimizi tam kutup noktalarından geçirecek şekilde ayarlarsak eğimimiz 90 derece olacak. fakat atıyorum 45 derecelik bir eğim demek geçebileceği maksimum enlemler 45 derece kuzey ve 45 derece güney enlemleri olan bir yörünge düzlemi demek; yani 45-90 derece kuzey ve güney enlemleri uydumuzun görüşü içinde hiçbir zaman olmayacak. bu bilgiyi bir önceki paragrafla birleştirdiğimizde güneş eşzamanlı yörüngelerle ilgili bir gerçeğe ulaşıyoruz; eğim yükseldikçe görebileceğiniz enlem artacağından uydunuzun kapsama alanı artar ve güneş eşzamanlı yörüngelerin eğimleri 95-99 derece arasında değişir. bunun sebebi işin fiziğinde ve matematiğinde yatıyor. bu kısmı birazdan açıklayacağım.

    güneş eşzamanlı yörüngelere "güneş eşzamanlı" denmesinin bir sebebi var. güneş eşzamanlı yörüngeler, yörünge düzlemlerini güneş'e göre belli bir açıda tutarlar. yani görev süresi boyunca yörünge düzleminiz sabit ışık koşullarına tabi olur ve dünya üzerinde belli noktalardan belli zamanlarda geçer. bu nedenle güneş eşzamanlı yörüngeler ifade edilirken "10:30 ltan", "09:30 ltdn" vb. ifadeler kullanılır.

    https://qph.fs.quoracdn.net/…0b69dcb935f0e738c4a418

    buradaki görseli incelediğimizde anlatmak istediğim şeyi daha net anlayabileceğinizi düşünüyorum. görüldüğü üzere dünya güneş'in etrafında hareket ettikçe dolaylı olarak yörünge düzlemimiz de hareket ediyor. başka herhangi bir yörünge kullanıyor olsaydık görselde teta ile ifade edilen açı sürekli değişiyor olacaktı fakat güneş eşzamanlı yörüngelerde bunu yine fiziksel bir olay sonucunda hiçbir ekstra kuvvet gerekmeden sağlayabiliyoruz. bu sayede uydumuz güneş'i hep aynı açıyla, belli sürelerde görüyor ve de dünya üzerinden belli noktalardan belli ışık koşulları altında geçiyor. güneş'i belirli sürelerde aynı açıyla görmesi bize uyduların en büyük problemlerinden birisi olan güç üretme konusunda ciddi bir avantaj sağlıyor. bir yörünge turu içerisinde güneş'i kaç dakika ve hangi açıyla göreceğimizi bildiğimiz için bir turda güneş panellerini kullanarak üretebileceğimiz enerji miktarını da hesaplayabiliyoruz. bunun uydunun görev ömrü boyunca çok çok az değişeceğini düşünürsek bunu bilmek görev tasarımı konusunda bizi oldukça rahatlatıyor. diğer yandan dünya üzerinde belli noktalardan belli zamanlarda geçtiği için de yer gözlem uyduları için biçilmiş kaftan oluyor güneş eşzamanlı yörüngeler. düzenli olarak günün belli saatlerinde görüntü almak istediğiniz bir bölge varsa bunu sadece güneş eşzamanlı yörünge kullanarak sağlayabilirsiniz. atıyorum türkiye üzerinden her sabah ortalama 10:30'da görüntü almak isterseniz bunu uygun güneş eşzamanlı yörünge ile sağlayabilirsiniz. bilirsiniz ki uydunuz her gün 10:30'da türkiye üzerinden geçecek ve sizin elinizde birkaç adet güzel ışık koşullarında çekilmiş görüntünüz olacak. bunu dünya'nın herhangi bir yerine uyarlamanız mümkün. sadece hesabını doğru yapmak gerekiyor.

    gelelim işin fizik ve matematiğine. güneş eşzamanlı yörüngelerin bu özel durumu hiçbir ekstra kuvvet harcamadan yaptığından bahsettik. bu durumun arkasındaki sebep yörünge bozuntuları dediğimiz, uydunuzu roketten dünya'nın yörüngesine oturttuğunuzda görev ömrü süresinde aynı yörüngeyi takip etmesini engelleyen birtakım harici dış kuvvetler. dünya'nın şekli, atmosfer, ay, güneş, diğer gezegenler, gelgitler, radyasyon vs. bunların hepsi yörünge düzleminin oryantasyonunu bozan birer kuvvete sebep oluyor. işte güneş eşzamanlı yörüngeler de dünya'nın şeklinin sebep olduğu bozuntuyu lehine kullanarak yukarıda bahsettiğimiz özel durumu sağlıyor.

    dünya'nın şekli itibariyle bir jeopotansiyeli mevcut. bu jeopotansiyel matematiksel bir şekilde ifade edilebiliyor ve de ölçümler sayesinde hesaplanan katsayılar ile bu jeopotansiyelin yörüngede sebep olduğu bozuntuları modelleyebiliyoruz. bunlardan j2 katsayısı olarak ifade edilen katsayı bize dünya'nın jeopotansiyelini matematiksel olarak ifade ettiğimizde en büyük yörünge bozuntusunu hesaplarımıza katmamıza olanak sağlıyor. bu etki nedeniyle yörünge düzlemimizin raan (right ascension of ascending node) açısında seküler bir bozuntu ortaya çıkıyor. yani yörünge düzlemimizin oryantasyonu düzenli olarak değişiyor.

    https://s2.eksiup.com/daa34c8a772.png

    buradaki ifadede büyük omega ile ifade edilen parametre raan açımız, i eğim açımız, p yörüngemizin yarı büyük eksen uzunluğuna ulaşmamızı sağlayan ara parametre, mü ile ifade edilen parametre dünya'nın kütleçekim sabiti ve de j2 de az önce bahsettiğimiz yörümnge bozuntusuna sebep olaran etkimizi modellediğimiz katsayı oluyor. işin fiziki mantık kısmında ise bu denklemi çözmemizi sağlayacak bir varsayım yapıyoruz. yörünge düzlemimizle güneş ışınları arasındaki açının sabit kalmasını sağlayan şey aslında dünya'nın güneş çevresinde 1 günde taradığı açının, yörünge düzlemimizin 1 gündeki kayma miktarına eşit olma durumu. yani;

    360/365 = 0.9863 derece/gün.

    bu yörünge düzlemimizin bir günde maruz kalması gereken kayma miktarı. bunu alıp yukarıdaki ifadede yerine yerleştirdiğimizde geriye iki bilinmeyenimiz kalıyor; p ve i. p bizim yörüngemizin irtifasına geçiş yapmamızı sağlayan bir ara parametre. yani yörünge irtifası gibi düşünebiliriz. bu noktadan sonra yörünge irtifamızı kendimizin belirlediğini düşünerek herhangi bir irtifa değerine karşılık gelen yörünge eğimini hesaplıyoruz. eğer roketiniz sizi belirlediğiniz irtifa ve bu irtifaya karşılık gelen eğimde bir yörüngeye oturtursa güneş eşzamanlı bir yörüngeye yerleşmiş oluyorsunuz ve sunduğu bütün nimetlerden faydalanabiliyorsunuz. tabii ki yine de belli kaymalar olacak zaman içerisinde fakat bunları da yörünge bakım operasyonlarında ufak ateşlemeler ile düzeltmek mümkün. operasyonel olarak tabii ki görev tasarımı sırasında bu kadar basit hesaplamalarla yetinilmiyor, daha derinlemesine analizler yapılıyor ancak bu entrynin konusunu aşacağı için o kısma hiç girmedim.