Uydu yörünge bozulması

Uydu yörünge bozulması, bir uydunun veya uzay aracının yörünge yüksekliğini zamanla kaybedip sonunda Yer atmosferine girerek yanması sürecidir. Alçak yörüngede asıl neden, çok seyrek de olsa var olan üst atmosferin uyduya sürtünmesidir.

Nasıl işler?

Yer'in üst atmosferi 400 km'de bile tamamen boş değildir; çok seyrek atomlar yine de uydu hızında çarpar. Sürtünme uyduyu yavaşlatır, ancak yavaşlayan uydu yörüngede kalmak için gereken hızın altına düşünce alçalır, alçaldıkça havanın yoğunluğu artar ve sürtünme de artar. Bu kendi kendini hızlandıran süreç, son aşamada hızla sonuçlanır: yörünge ömrünün son birkaç günü, önceki yılların toplamından daha çok alçalma getirir.

Süre başlıca üç şeye bağlıdır: irtifa, uydunun kütlesi/yüzey alanı oranı ve Güneş etkinliği. Güneş etkinliği arttığında Güneş'in morötesi ışınımı üst atmosferi ısıtıp şişirir ve aynı irtifada hava yoğunluğu birkaç kat artar. Bu yüzden Güneş döngüsünün zirvesinde yörüngeler daha hızlı bozulur. Kabaca 200 km'de uydular günler, 400 km'de yıllar, 800 km'nin ötesinde yüzyıllar dolanabilir. Atmosfer dışında Ay ve Güneş'in çekimi, Yer'in basık biçimi ve ışınım basıncı da yörüngeleri yavaşça değiştirir.

Örnekler

Uluslararası Uzay İstasyonu yaklaşık 400 km yükseklikte ayda yaklaşık iki kilometre alçalır; bu yüzden Progress ya da Cygnus gibi ikmal araçlarının motorlarıyla düzenli olarak yeniden yükseltilir. Şubat 2022'de SpaceX'in fırlattığı 49 Starlink uydusundan 38'i, hemen sonra gelen bir jeomanyetik fırtına atmosferi şişirdiği için düşük başlangıç yörüngesinden yükselemeden düştü. ABD'nin Skylab istasyonu 1979'da, Çin'in Tiangong-1 istasyonu 2018'de kontrolsüz olarak atmosfere girdi.

Aşırı bozulma kötü bir şey değildir; tasarımın bir parçası da olabilir. Çok alçak yörüngede çalışan bazı Yer gözlem uyduları, sürtünmeyi aşmak için elektrikli itici kullanır. Kasıtlı olarak alçak yörüngeye konan küçük uydular ise görev bitince kendiliğinden düşüp enkaz üretmez.

Mühendisler bozulmayı önlemek yerine bazen kullanır. Çok alçak yörüngeye (örneğin 250 km civarına) yerleştirilmiş uydular, daha yüksek çözünürlüklü görüntü almak için yakıt harcayarak bilerek sürtünmeye karşı koyar. Avrupa'nın GOCE uydusu 2009-2013'te yaklaşık 255 km yükseklikte, yoğun havaya karşı iyon motoruyla yerçekimi alanını ölçtü ve yakıtı bitince düştü. Bunun tersine, görev sonunda uydunun kasıtlı olarak alçaltılması bir temizlik yöntemidir. Bazı yeni projeler atmosferi sürüklenme yelkeni açarak sürtünmeyi artırmayı dener; yelken uyduyu yörüngeden daha çabuk düşürür.

Tahmin yapmak zordur. Atmosfer yoğunluğu Güneş etkinliğine göre gün gün değişir, uydunun duruşu sürtünme alanını değiştirir. Bu yüzden düşüş zamanı tahminleri, son günlerde bile saatler ya da yarım gün hatayla yapılır. Büyük bir cismin nereye düşeceğini önceden kestirmek ise çok daha zordur; bu sebeple parçaların çoğu yanıp tükenir ve kalanlar genelde okyanusa düşer.

Tarihçe

Sputnik 1, Ekim 1957'de fırlatıldıktan yaklaşık üç ay sonra, Ocak 1958'de atmosfere girdi. İlk uyduların yörüngelerindeki bozulma, bilim insanlarına üst atmosferin yoğunluğunu ölçmenin ilk yolunu verdi: uydu ne kadar çabuk alçalıyorsa hava o kadar yoğundur. Bugün hâlâ uydu yörüngeleri bu amaçla kullanılır.

Neden önemli?

Yörünge bozulması hem tehdit hem de doğal bir temizleyicidir. Fazla yükseklikteki bir uydu yüzlerce yıl enkaz olarak kalır; alçaktaki uydu ise kendiliğinden temizlenir. Görev planlayıcıları, uydunun ne kadar ömrü olacağını Güneş etkinliği tahminleriyle hesaplar. Yakıt, güvenli bir bitişin bir parçasıdır: son motor ateşlemesi uyduyu kontrollü olarak okyanus üzerinde atmosfere sokabilir.

İlgili terimler

• Atmosferik sürtünme
• Uzay enkazı
• Yörünge yükseltme
• Güneş döngüsü
• Atmosfere giriş