Tepki tekerleği (tepki tekeri)

Tepki tekerleği (tepki tekeri, İngilizce reaction wheel), bir elektrik motoruna bağlı ağır bir volandan oluşan ve uzay aracının yönelimini, yani hangi yöne baktığını hassasça ayarlamaya yarayan ekipmandır. Motor volanın dönüş hızını değiştirdiğinde, açısal momentumun korunumu gereği uydu ters yönde döner. Tekerlek aracı yalnızca kendi kütle merkezi çevresinde çevirebilir; bir yerden bir yere taşıyamaz. Roket ateşlemeden, çok yüksek bir doğrulukla yönelim değiştirmeyi sağladığı için teleskopları bir yıldıza kilitli tutmak ya da bir yer gözlem uydusunun kamerasını hedefe çevirmek gibi işlerde vazgeçilmezdir.

Nasıl işler?

Üç eksende yönelim denetimi için en az üç farklı doğrultuda tekerlek gerekir. Bir tekerlek arızalanırsa görevi kurtarmak için genellikle dördüncü bir yedek eklenir; dört tekerlek çoğu zaman eğik eksenlere yerleştirilir. TÜBİTAK UZAY'ın anlatımıyla birden çok (genellikle 4, en az 3) tepki tekeri kullanılarak üç eksende yönelim kontrolü ve kararlılığı sağlanır; bu ekipmanlar uydunun en hassas yönelim elemanıdır ve görev ömrü boyunca neredeyse kesintisiz çalışmak zorundadır.

Tekerlekler aracı dış etkenlerin yarattığı küçük torklara karşı dengede tuttukça içlerinde açısal momentum birikir ve sonunda azami dönüş hızlarına ulaşırlar; buna doyma denir. Biriken momentumu "boşaltmak" için ya küçük kimyasal iticilerden oluşan tepki denetim sistemleri ya da daha yakıt dostu bir yol olan manyetik tork çubukları kullanılır. Tork çubukları Dünya'nın manyetik alanına yaslanarak çalışır ve yalnızca elektrik harcar, ama alanın yeterince güçlü olduğu alçak yörüngelerde işe yarar.

Türkiye'de tepki tekeri

TÜBİTAK UZAY, tepki tekerini yıldız izler, Güneş algılayıcı ve küresel konumlama sistemi algılayıcısı ile birlikte yerli olarak geliştirdiği kritik uydu ekipmanları arasında sayıyor. Kurumun tepki tekeri bir mekanik ve bir elektronik birimden oluşuyor. Enstitünün yayımladığı değerlere göre:

• Açısal momentum kapasitesi: 15 Nms (dakikada 4000 devirde)
• Hız aralığı: ±4000 devir/dakika
• Toplam kütle: 8,5 kg (elektronik ve mekanik birim birlikte)
• Ömür: alçak Dünya yörüngesinde 7 yıl, yerdurağan yörüngede 15 yıl

Ekipmanın uçuş modelleri İMECE yer gözlem uydusu (fırlatma: 15 Nisan 2023) ve Türksat 6A haberleşme uydusu için üretildi; TÜBİTAK UZAY'a göre Türksat 6A ile birlikte tepki tekeri, yıldız izler ve elektrikli itki sistemi gibi alt sistemler uzay tarihçesi kazanmaya başladı. Kurumun proje listesinde ayrıca Ay Araştırma Programı (AYAP-1) için dört uçuş modeli yer alıyor.

Verileri göster

Açısal momentum	15 Nms
Azami hız	±4000 devir/dk
Çıkış torku	250 mNm
Kütle	8,5 kg
Ömür (alçak yörünge)	7 yıl
Ömür (yerdurağan)	15 yıl

Arızalar ve dersler

• Hubble: Hubble Uzay Teleskobu'nun dört yedekli tekerleği vardır ve üçü çalıştığı sürece hedefe yönelebilir. Şubat 1997'deki ikinci bakım görevinde (STS-82) ve 2002'deki STS-109 görevinde birer tekerlek değiştirildi; ikisi de tamamen bozulmuş değildi.
• Kepler: Temmuz 2012 ile 11 Mayıs 2013 arasında dört tekerleğinden ikisi arızalandı. Mühendisler 15 Ağustos 2013'te tekerleklerin kurtarılamayacağına karar verdi; araç 16 Mayıs 2014'te K2 adlı yeni bir görevle çalışmayı sürdürdü.
• Dawn: Haziran 2010'da bir tekerlekte fazla sürtünme görüldü; Vesta'dan ayrılışı, başka bir tekerlekteki sorun yüzünden 26 Ağustos'tan 5 Eylül 2012'ye ertelendi.

Sık karıştırılanlar

• Kontrol momenti jiroskobu (CMG): Bir ya da iki eksenli bir yatağa oturtulmuş momentum tekerleğidir; tepki tekerleklerinden daha büyük ve sürekli tork üretebilir. Skylab, Mir ve Uluslararası Uzay İstasyonu gibi büyük yapılarda kullanılır.
• Momentum tekerleği: Hızı sürekli değiştirilen tepki tekerleğinin aksine, sabite yakın hızda döndürülerek bir ekseni kararlı tutan tekerlek düzenidir.
• İticiler: Tepki tekerleği yörüngeyi değiştirmez; yörünge düzeltmeleri için hâlâ iticiler ya da iyon motorları gerekir.