Yıldız izleyici (yıldız izler)

Yıldız izleyici (TÜBİTAK UZAY'ın kullandığı adla yıldız izler, İngilizce star tracker), yıldızların konumunu bir kamera ya da ışığa duyarlı hücrelerle ölçen optik bir cihazdır. Uydularda ve uzay araçlarında aracın yıldızlara göre yönelimini, yani uzayda tam olarak hangi yöne baktığını belirlemek için kullanılır. Bir haberleşme uydusunun antenini Dünya'ya, bir yer gözlem uydusunun kamerasını hedefe ya da bir uzay teleskobunu gök cismine çevirebilmek için önce aracın nereye baktığını bilmek gerekir; yıldız izleyici bu bilgiyi en yüksek doğrulukla veren algılayıcıdır.

Nasıl işler?

Cihaz önce gökyüzünün bir parçasını görüntüler ve yıldızların aracın kendi eksen takımındaki görünür konumlarını ölçer. Ardından bu yıldızları tanıması gerekir: gördüğü yıldız deseni, belleğindeki bir yıldız kataloğuyla karşılaştırılır. Desen eşleşince her yıldızın gökyüzündeki bilinen konumu ile kamerada göründüğü yer arasındaki ilişkiden aracın yönelimi hesaplanır. Yaygın kullanımda yaklaşık 57 parlak seyir yıldızı vardır; daha karmaşık görevler ise bütün bir yıldız alanı veritabanından yararlanır. Katalog genellikle ABD Deniz Gözlemevi'ninki gibi standart bir temel katalogdan türetilir ve sorun çıkarabilecek yıldızlar ayıklanır.

Yıldız izleyiciyi yanıltabilecek pek çok şey vardır: aracın kendi yüzeyinden yansıyan güneş ışığı, iticilerin egzoz bulutu, mercek kusurları; tanıma yazılımı için ise gezegenler, kuyruklu yıldızlar, süpernovalar ve yakındaki başka uydular.

Kısa tarihçe

Yıldız izleyiciler 1950'lerde ve 1960'ların başında, ilk uzun menzilli balistik füzelerin ve seyir füzelerinin önemli bir parçasıydı; çünkü o dönemin ataletsel seyir sistemleri kıtalar arası menziller için yeterince doğru değildi. Örneğin SM-64 Navaho seyir füzesinin N-1 seyir sistemi saatte 1 deniz mili kayıyordu. Yıldız izleyiciyi ataletsel seyir sistemiyle birleştiren bu "yıldız-ataletsel" düzenler 1950'lerden 1980'lere kadar yaygındı.

Türkiye'de yıldız izler

TÜBİTAK UZAY, yıldız izleri tepki tekeri, Güneş algılayıcı ve küresel konumlama sistemi algılayıcısıyla birlikte yerli olarak geliştirdiği kritik ekipmanlar arasında sayıyor. Kurum, cihazı farklı yörüngelerle uyumlu, sağlam ve modüler bir opto-elektronik algılayıcı olarak tanımlıyor. Bir elektronik birime üç optik birime kadar bağlanabiliyor; elektronik birimin gömülü yazılımı yönelimi kendiliğinden belirleme ve izleme algoritmalarını ve yıldız kataloğunu içeriyor, sonucu uçuş bilgisayarına bir "dördey" (kuaterniyon) olarak iletiyor. Elektronik birimde çift çekirdekli, yüksek güvenilirlikli LEON3FT tabanlı bir mikrodenetleyici ve RTEMS gerçek zamanlı işletim sistemi bulunuyor; cihaz nominal 28 voltla çalışıp yaklaşık 20 vat güç harcıyor. Cihaz, kurumun "tarihçe" listesine göre İMECE ve Türksat 6A uydularında kullanıldı.

Verileri göster

Görüş alanı	15 x 15 derece
Odak uzaklığı	70 mm, f/1,4
Algılayıcı çözünürlüğü	1024 x 1024 piksel
Optik birim kütlesi	3 kg
Ömür	5 – 15 yıl
Uçtuğu uydular	İMECE, Türksat 6A

Örnek: Europa Clipper

NASA'nın Jüpiter'in uydusu Europa'ya giden aracı Europa Clipper'da iki yıldız izleyici (resmî adıyla "yıldız referans birimi") bulunuyor. Araç, uzaydaki ilk görüntülerini 4 Aralık 2024'te bu kameralarla çekti: 150 ile 300 ışık yılı uzaktaki yıldızları gösteren karede gökyüzünün yalnızca yaklaşık binde biri vardı, ama bu küçük dilimdeki yıldızları eşleştirmek bile aracın nereye baktığını bulmasına yetti.

Sık karıştırılanlar

• Güneş algılayıcı: Güneş'in yönünü verir, ama TÜBİTAK UZAY'ın belirttiği gibi genellikle düşük hassasiyettedir; yıldız izleyici gibi yönelim algılayıcılarının çalışmadığı durumlarda kritik önem taşır.
• Jiroskop ve manyetometre: Jiroskop dönüş hızını, manyetometre Dünya'nın manyetik alanına göre yönelimi ölçer. Yönelim yazılımı bunların hepsini yıldız izleyiciyle birlikte kullanır.
• Tepki tekeri: Yıldız izleyici "nereye bakıyorum?" sorusunu yanıtlar; aracı istenen yöne çeviren eyleyici ise tepki tekeridir.