Uzaydaki Radyasyon Ortamının Etkisinin Azaltılması

Güneş aktivitesi, atmosferde ve iyonosfer de, Dünya’ya yakın uzay ortamındaki uyduların performansını ve güvenilirliği, bunlara dayanan yer tabanlı teknolojik sistemleri ve hizmetleri etkileyebilecek dinamik değişiklikleri yönlendirir. Ve bu duruma uzay havası denir. Güneş’in aktivitesinin Dünya’ya yakın uzay ortamına iletildiği ana ortam, koronal kitle püskürtmeleri olarak bilinen yüksek kütleli plazma, enerjili yüklü parçacıkların sürekli bir akışı veya büyük ölçekli anlık patlamalar şeklinde meydana gelen güneş rüzgârıdır. Enerjili parçacıkların ve güçlü manyetik enerjinin kaynakları, uzaydan gelen güneş patlamaları ve galaktik kozmik ışını da içerir. Bu işlemlerden gelen enerjik parçacıklar ve elektromanyetik radyasyon, Dünya’ya yakın radyasyon ortamını oluştururken, hapsolmuş radyasyon ortamı ve geçici radyasyon ortamlarına bölünebilir.
Van Allen kuşakları gibi, Dünya’nın manyetik alanı tarafından uzaydaki belirli bölgelere hapsedilen veya hapsedilen yüklü parçacıklar, yakalanan radyasyon ortamını oluşturur. Geçici parçacık ortamı, güneş olaylarından gelen enerjik parçacıklardan, gezegenler arası uzay bölgelerinde ve Dünya’ya yakın bölgelerde var olan galaktik kozmik radyasyondan oluşur. Uydular ve diğer uzay uygulama sistemleri, temelde uzay plazma ortamında çalışmak üzere tasarlandıkları için hem tuzağa düşürülmüş hem de geçici enerjik parçacıklara karşı savunmasızdır.
Güneş patlamaları ve galaktik kozmik ışınlardan kaynaklanan enerjik parçacıklar ve elektromanyetik radyasyon, uyduların açıkta kalan yüzeylerini bombardıman edebilir ve etkileşime girebilir. Bazen elektrik, elektronik ve elektrokimyasal bileşenlerine olası erişimle açık yüzeylerine nüfuz etmek için yeterli enerjiye sahiptir. Bu etkilerin yanı sıra, atmosferik sürtünme nedeniyle veya bazı nedenlerden dolayı anormalliklere sebep olur ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Yapısal malzemelerin kritik özelliklerinin bozulmasına,
• Hem uzay gemideki yolcular hem de astronotlar için geçici ve terminal sağlık tehlikesi oluşturabilir,
• Uzay araçlarının uçuşa uygunluğunu tehlikeye atabilir ve hatta tamamen arızaya yol açabilir
• Hızlanmış yörünge bozulmasına,
• Hassas parçaların işlevlerinde ara sıra meydana gelen ve açıklanamayan hatalara,
• Astronotlar ve bazen uydu görevini aniden sona erdirebilecek feci bir başarısızlığa.

Uzay Ortamında Uzay Aracı Şarjı

Uzay ortamında uzay aracı yüzeyine çarpan elektronlar, çok küçük kütleleri nedeniyle (iyonlarınkine kıyasla) iyon muadillerinden daha hızlıdır. Sonuç olarak, ortamdaki elektron akışı genellikle ortam iyon akışından daha fazladır ve uzay aracının yüksek düzeyde negatif yüklenmesine yol açar. Uzay aracının şarjı, elektron emisyonu ve iyon alma yöntemleriyle hafifletilebilir. Elektron emisyonu, bir aygıtın elektronları uzay aracı zemininden çekip uzaya fırlattığı yöntemdir. İyon alımı ise, pozitif iyonların negatif yükleri nötralize etmek için negatif yüklü bir uzay aracına ulaştığı yöntemdir. İlk yöntem, uzay aracı yerinin negatif yükünü azaltmak için etkilidir, ancak dielektrik yüzeyler için etkili değildir. Bir kusur olarak, süreç, dielektrik ve iletken toprak arasında farklı yüklenmeye yol açabilir. İkinci yöntem, negatif yüklü yüzeyin (dielektrik veya iletken olsun) ve diferansiyel şarjın azaltılması için etkilidir. Bununla birlikte, tüm uzay aracını uzun süreli kullanımla elektrokaplama dezavantajına sahiptir. Her yöntemin diğerine göre avantajı veya dezavantajı olduğu için, her iki türün bir kombinasyonunun kullanılması tavsiye edilmiştir. Diğer azaltma yöntemleri arasında plazma emisyonu, kısmen iletken boya, polar molekül emisyonu, ayna yansıması ve mor ışınlama yer alır.

Tek Olay Efektleri

Bellekler ve verilerle ilgili cihazlar için, hata azaltma yaklaşımlarından veya yöntemlerinden bazıları Parite kontrolü, döngüsel artıklık denetimi kodlaması, Hamming kodu, Reed-Solomon kodlaması, evrişimli kodlama ve örten protokolü içerir. Eşlik, bir veri yapısının sonuna eklenen tek bir bittir, böylelikle yapıda tek veya çift sayıda bir olup olmadığını belirtir. Eşlik yöntemi, bir veri yolunda meydana gelen mantıksal bir durum veya birler sayısını sayar. Döngüsel artıklık denetimi kodlama yöntemi, belirli bir veri akışı üzerinde modulo-iki aritmetik işlemlerin gerçekleştirilmesine ve sonuçların bir polinom olarak yorumlanmasına dayalıdır. Ve bu sayede belirli bir veri yapısında herhangi bir hata oluşup oluşmadığını tespit eder. Hamming kodu yöntemi, tek bir hatanın konumunu ve bir veri yapısında birden fazla hatanın varlığını tespit eder.
Reed-Solomon kodu, bir veri yapısındaki çoklu ve ardışık hataları algılayabilir ve düzeltebilir. Evrişimli kodlama, birden çok bit hatasını da algılayabilir ve düzeltebilir. Bununla birlikte, blok kodlamadan ayırt edilebilir, veri yapısının sonunda ayrı kelimeler halinde gruplanmak yerine, ek yükün serpiştirilmesi veya bitlerin gerçek veri akışına kontrol edilmesi yoluyla yapar. Kontrolle ilgili cihazlardaki hatalar, bahsedilen yöntemlerden bazıları kullanılarak da azaltılabilir. Karmaşık zorluklara sahip kontrolle ilgili cihazlar için daha etkili bir azaltma yaklaşımı örneğin, büyük ölçekli entegrasyon devreleri veya mikroişlemciler, sağlık ve güvenlik olarak adlandırılan görevleri veya alt programları içeren yazılım tabanlı azaltmadır. Sağlık ve güvenliğin görevleri, harici bellek aygıtlarında veya mikroişlemciye dâhil olan kayıtlarda eşlik veya başka bir yöntemi kullanan bellek temizlemeyi gerçekleştirebilir. Yazılım azaltma yöntemlerinde, dâhili mikroişlemci zamanlayıcıları ayrıca bir bekçi uygulaması zamanlayıcısını çalıştırmak veya sağlık ve güvenliği geçmek için de kullanılabilir.

Toplam İyonlaştırıcı Doz

Uydu sistemindeki toplam iyonlaştırıcı doz, ekranlama, değer kaybı ve koruyucu devre tasarımı gibi yöntemlerle azaltılabilir. Kalkan, uzay aracını (ve yolcuları) uygun büyük malzemelerin bir konfigürasyonu kullanarak iyonlaştırıcı radyasyondan koruma işlemidir. Azaltma, kasa veya vücut sıcaklığı, ortam sıcaklığı ve kullanılan soğutma mekanizmasının türü dikkate alınarak cihazların nominal değerlerinden daha düşük olan maksimum güç dağılımında çalıştırıldığı genellikle elektrik gücü ve elektronik cihazlarda kullanılan teknikleri ifade eder. Bu yöntem, parça tasarım sınırları ve uygulanan gerilimler arasındaki ve sonuç olarak parçanın güvenlik marjını artırabilir. Uydulardaki kritik bileşenlerin tasarım düzeyinde sertleştirilmesi de geçerli bir yöntemdir, ancak bu, uydu üreticilerinin uygulaması olmuştur. Bu yöntemler aynı zamanda deplasman hasarını azaltmak için de kullanılabilir, çünkü etki aynı zamanda kümülatif olduğundan değiştirme hasarı toplam iyonlaştırıcı doza benzer.
Diğer önemli azaltma yaklaşımı, aşırı uzay çevre koşullarında beklenen karışık senaryoları taklit edebilen uygun çevresel modelin geliştirilmesini içerir. İyi başarılmış veya daha karmaşık bir model, nötr ve iyonize yoğunlukta dalgalanmalara neden olan çeşitli güneş zorlama mekanizmalarının bireysel etkilerini hesaba katılmalıdır. Dikkate alınması gereken bir diğer çok önemli azaltma yaklaşımı, güneş enerjisi olayları için kapsamlı uyarı sisteminin geliştirilmesidir. Güneş aktivitesi günler önceden tahmin edilebilmesine rağmen, uydu ve Dünya çevresi üzerindeki etki seviyelerini belirlemek oldukça zordur.
Bu nedenle, güneş olaylarına atmosferik veya iyonosferik tepkileri ve bunların yörüngedeki uydu üzerindeki sonuçlarını tahmin edebilmek için güneş aktivitesinin etkili bir şekilde izlenmesi gereklidir. Sonuçta, yörünge değerlendirmesi ve uydunun yörüngesi de önemlidir. Orta Dünya yörüngesindeki ve sabit yörüngedeki uydular, dış Van Allen radyasyon kuşağının etkilerine tabidir. Düşük Dünya yörüngesinde ki uydular, Güney Atlantik Anomalisi’ndeki en yoğun parçacık akışlarıyla karşılaşır, uzay araçlarının uzay uçuşu görevleri sırasında radyasyona maruz kalmanın en büyük bölümünü aldığı ana bölge olarak kabul edilir.

Kaynakça:
researchgate.net/publication/281585445_Space_environment_effect_on_earth_observation_satellite_instruments
nap.edu/read/10477/chapter/7

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu