Atmosferik frenleme
Uzay araçları yakıt harcamadan yörüngelerini küçültmek için gezegen atmosferinin üst katmanlarından yüzlerce kez geçer; Magellan'dan MRO ve TGO'ya kadar pek çok görev bu yöntemi kullandı.
- İngilizce karşılığı
- Aerobraking
- İlgili alan
- Uzay görevleri
Atmosferik frenleme (İngilizcesiyle aerobraking), bir gezegenin yörüngesindeki uzay aracının, yörüngesinin en alçak noktasında atmosferin en üst katmanlarından geçerek hava sürtünmesiyle yavaşlaması ve böylece yörüngesini adım adım küçültmesidir. Motor yakmak yerine atmosferi fren olarak kullanmak, aracın taşıması gereken yakıtı ciddi biçimde azaltır.
Nasıl işler?
Bir gezegene varan araç önce motorunu ateşleyerek yörüngeye oturur. Bu ilk yörünge genellikle çok basıktır: en uzak noktası (apoapsis) on binlerce kilometre ötede, en yakın noktası (periapsis) ise görece alçaktadır. Ardından küçük bir manevrayla periapsis atmosferin ince üst katmanına indirilir.
Araç her turda bu en alçak noktadan geçerken hafifçe yavaşlar. Yavaşlamanın etkisi yörüngenin karşı ucunda görülür: her geçişte apoapsis biraz daha alçalır. Atmosferin yoğunluğu günden güne değiştiği için uçuş ekipleri periapsis yüksekliğini sürekli izler ve küçük motor ateşlemeleriyle ayarlar; amaç aracı aşırı ısıtmadan yeterli sürtünme elde etmektir. Bu yüzden atmosferik frenleme tek bir dalışla değil, yüzlerce geçişle ve haftalar ya da aylar içinde yapılır. Hedef yörüngeye yaklaşıldığında son bir motor ateşlemesiyle periapsis atmosferin dışına çıkarılır ve frenleme biter (yörüngenin uç noktaları için bkz. perigee ve apogee).
Tarihten örnekler
Hiten ve Magellan
Japonya'nın Hiten aracı 19 Mart 1991'de Dünya atmosferinde 125,5 kilometre yükseklikten geçerek bir derin uzay sondasıyla yapılan ilk atmosferik frenleme denemesini gerçekleştirdi. Venüs'teki Magellan ise 24 Mayıs – 2 Ağustos 1993 arasında Venüs atmosferinin en dış katmanını kullanarak basık yörüngesini neredeyse daireye çevirdi: yaklaşık 7.762 kilometre olan en uzak noktası yaklaşık 540 kilometreye indi. Amaç, gezegenin kütleçekim alanını daha hassas ölçmekti.
Mars Global Surveyor
Mars Global Surveyor, atmosferik frenlemeyi ana yörünge ayarlama yöntemi olarak planlayan ilk araçtı. 11 Eylül 1997'de Mars'a vardığında 45 saatte bir dolandığı çok basık bir yörüngedeydi. Fırlatıştan sonra hasar gören güneş panellerinden biri, frenleme sırasında atmosfer basıncıyla geriye doğru büküldü. Ekip aracı korumak için frenlemeyi daha yüksek bir irtifada ve daha yavaş sürdürdü; Mayıs–Kasım 1998 arasında ara verildi ve frenleme ancak Mart 1999'da tamamlandı.
Mars Reconnaissance Orbiter
MRO 10 Mart 2006'da Mars yörüngesine girdiğinde en uzak noktası 44.500 kilometredeydi. 30 Mart'ta başlayan frenlemede 445 tur (yaklaşık beş ay) boyunca atmosferin kenarında kalarak en uzak noktasını 450 kilometreye indirdi; 30 Ağustos 2006'da periapsisini atmosferin dışına çıkardı ve sonunda yüzeyden yaklaşık 250–316 kilometre yüksekteki bilim yörüngesine yerleşti. Mars Odyssey de aynı yöntemi sorunsuz biçimde kullanan araçlardandır (Mars görevlerinin genel tarihi için Mars'ın keşfi maddesine bakılabilir).
ExoMars TGO ve MAVEN
ESA'nın ExoMars İz Gaz Yörünge Aracı (TGO), Avrupa'nın ilk operasyonel atmosferik frenlemesini yaptı. 19 Ekim 2016'da Mars yörüngesine giren araç, Mart 2017'den Şubat 2018'e kadar süren 11 aylık frenlemeyle hızını saatte 3.600 kilometre azalttı; yörüngesi yaklaşık 98.000 × 200 kilometreden 1.050 × 200 kilometreye indi, ardından motor ateşlemeleriyle yaklaşık 400 kilometrelik dairesel yörüngeye geçti. NASA'nın MAVEN aracı da 5 Nisan 2019'da tamamlanan iki aylık frenlemeyle yörüngesini yaklaşık 6.200 × 150 kilometreden 4.500 × 130 kilometreye indirerek yüzeydeki araçlar için daha sık haberleşme imkânı sağladı.
Verileri göster
| 1991 | Hiten (Dünya, ilk deneme) |
|---|---|
| 1993 | Magellan (Venüs) |
| 1997 | Mars Global Surveyor |
| 2006 | Mars Reconnaissance Orbiter |
| 2014 | Venus Express (deneme) |
| 2017 | ExoMars TGO (Avrupa'nın ilki) |
| 2019 | MAVEN |
Sık karıştırılanlar
- Atmosferik yakalama (aerocapture): Burada ilk yörüngeye oturma ateşlemesi hiç yapılmaz. Araç gezegenler arası yolculuğundan doğrudan atmosfere derin bir dalış yapar ve bu tek geçişten istenen yörüngeye yakın bir yörüngeyle çıkar. Bu, aracın koruyucu bir kabuk ve ısı kalkanı içinde olmasını gerektirir; atmosferik frenlemede ise araçlar yüzlerce yüzeysel geçişi kendi gövdesi ve panelleriyle yapar. Atmosferik yakalama Mars Odyssey için düşünülmüş ama tasarıma getireceği yük çok pahalı bulunmuştu; bir gezegen görevinde henüz denenmedi.
- Atmosfere giriş: Bir iniş aracının ya da dönüş kapsülünün atmosfere girip yere inmesi başka bir işlemdir; araç atmosferden çıkmaz. Ayrıntısı atmosfere giriş sayfasında.
- Yörünge bozulması: Alçak yörüngedeki uyduların atmosfer sürtünmesiyle istemeden alçalması da aynı fizikten kaynaklanır, ancak denetimsizdir. Atmosferik frenleme ise planlı ve her geçişte ayarlanan bir manevradır.
