GPS takımyıldızlarının sürüklenmesini önlemek için çözüm Ay'da olabilir

Küresel konumlandırma sistemleri, dünya nüfusunun büyük bölümü için gündelik hayatın vazgeçilmez parçası. Bir geminin yükünü güvenle teslim etmesinden eve dönüş yolunda kapalı bir yoldan kaçınmanıza kadar GPS iş görüyor. Fakat sistemin zayıf bir yanı var: Yer istasyonlarına dayanıyor ve bunlar elektrik kesintilerinden, doğal afetlerden ya da siber saldırılardan etkilenebilir. İstasyonlar yeterince uzun süre devre dışı kalırsa sistemin kendisi "sürüklenmeye" başlayabilir. Havacılık mühendisleri bu sorunu yıllardır çözmeye çalışıyor, ancak şimdiye kadar fazla başarı elde edilemedi. Şanghay Mikro Uydu Mühendislik Merkezi'nden Xia Lin ve Baojun Lin'in başını çektiği ekibin Satellite Navigation dergisinde yayımlanan makalesi ise olası bir çözümü öneriyor: GPS uydularını Ay çevresinde dolanan uydularla bağlamak.

Sorunu anlamak için yörünge mekaniğine bakmak gerekiyor. Geleneksel Dünya navigasyon takımyıldızları yer istasyonlarıyla bağlantılarına ek olarak, komşu uydularla iletişimde Zaman Bölmeli Çoklu Erişim tekniğini kullanıyor ve aralarındaki göreli mesafeleri santimetre düzeyinde doğrulukla ölçüyor. Bu, uyduların birbirinden ne kadar uzakta olduğunu iletmeye yarıyor ama uzaydaki mutlak konumlarını belirlemeye yetmiyor.

Dünya'nın dönme eksenine göre kütleçekimi neredeyse simetrik olduğundan, bir "yörünge kabuğu"ndaki tüm uydular yere göre konumlarına kıyasla aynı anda sürüklenebiliyor. Yörünge dinamikçilerinin yönelimsel rank eksikliği dediği bu sürüklenme, yer istasyonları denetlemezse sisteme yavaş yavaş konum hatası ekliyor. İstasyonlar günlerce veya haftalarca devre dışı kalırsa bu hata hatırı sayılır mesafelere ulaşabilir.

Mühendisler bu sorunu yıldız izleyiciler, pulsar sayaçları ve yörüngeyi önceden "tahmin etme" gibi başka yöntemlerle de çözmeye çalıştı. Ancak hiçbiri küresel GPS sisteminin beklenen düzeyde çalışması için gereken hassasiyeti sağlayamadı. Araştırmacılar bu nedenle yeni bir çözüme, Ay'a yöneldi.

Daha doğrusu Ay çevresindeki, yani Ay-Dünya arası (cislunar) uzaydaki uydulara. Bu uyduların Dünya yerine Ay'ın çevresinde olması önemli, çünkü Dünya'ya bağlı takımyıldızları etkileyen "sürüklenmenin" fark edilip düzeltilebilmesi buna bağlı. Ekip Ay uydusu için, NASA'nın LunaNet ve ESA'nın Moonlight projelerinin Ay'ın güney kutbundaki görevleri desteklemek üzere kullanmayı planladığı yörünge yolları olan Eliptik Ay Donmuş Yörüngelerini (ELFO) seçti.

Fikri sınamak için araştırmacılar 60 günlük bir simülasyon kurdu. Simülasyonda çalışır durumdaki 24 BeiDou-3 Orta Dünya Yörüngesi (MEO) uydusunun gerçek verileri ve dört ELFO aracıyla simüle edilmiş bir çapraz bağlantı kullanıldı. Yalnızca Dünya'daki çapraz bağlantılara dayanan ve yer istasyonu düzeltmesi bulunmayan sistem iki ay içinde yaklaşık 7,85 metre sürüklendi. Yörünge tahmini kullanıldığında bu değer belirgin biçimde iyileşti ve uydular yörüngelerinin nasıl değiştiğini öngördüğünde 60. günde 0,6 metreye düştü. En iyi sonucu ise Dünya-Ay ortak ağı verdi: İki aylık deney boyunca sürüklenme yalnızca 0,35 metre oldu.

Düzenin bir yararı da düzeltmenin iki yönlü işlemesi. Dünya'daki uydular Ay'dakilere de konum düzeltme verisi sağlayabiliyor. Bu yön biraz daha az başarılıydı; yine de dört simüle ELFO uydusunun hatası beklenen konumlarına göre yalnızca 2,26 metre kaldı. İyi konumlandırılmış Ay altyapısı, planlanan insanlı Ay operasyonları için kritik önemde. Bu tür bir sistem hem Dünya'daki bir sorunu çözebilir hem de gelecekteki kâşiflere Ay yüzeyinde ihtiyaç duyacakları hassas konum bilgisini sağlayabilir.

Kaynak: Universe Today