Uzay Teknolojileri, Son Gelişmeler ve Küçük Uydular

Transkript

1 MARMARA ÜNİVERSİTESİ, GÖZTEPE YERLEŞKESİ ELEKTRONİK ve OTOMASYON BÖLÜMÜ 10 NİSAN 2017, 14:00-17:00 Uzay Teknolojileri, Son Gelişmeler ve Küçük Uydular Prof.Dr. Alim Rüstem Aslan Uzay Sistemleri Tasarım ve Test Laboratuarı Uzay Mühendisliği Bölümü İTÜ, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi

2 Prof.Dr. Alim Rüstem ASLAN, Uzay Mühendisliği Bölümü İTÜ, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi, Istanbul Yönetici, Uzay Sistemleri Tasarım ve Test Laboratuarı Yönetici, Küçük Uydu Haberleşme Laboratuarı Temsilci, Uluslararası Uzay Federasyonu, NATO-Uygulamalı Araç Teknolojileri Panel Üyesi TAMSAT Başkan Yardımcısı, TA1ALM UTEB-UNISEC GLOBAL BÖLGE TEMSİLCİSİ Uzmanlık alanları: Uzay Araçları Tasarımı ve Uzay Çalışmaları (yörüngede 2 uydu), Döner kanatlı insanlı-insansız hava araçları (prototipler), Akışkanlar Mekaniği ve Aerodinamik, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ve uygulamaları, mikro akışlar, Savunma Teknolojileri ve mühendislik eğitimi

3 UZAY TEKNOLOJİSİ Uzaya ulaşım, Uzay da araç ve sistemlerin kullanılması ve sürekliliğinin sağlanması, Uzaydan yeryüzüne dönüş İçin gerekli olan teknolojidir. Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin başlıca zenginlik kaynağı ve itici gücü Uzay teknolojisi ile uğraşan kişi sayısının arttırılması hayatidir.

4 Hava-Uzay Çalışmaları Çok disiplinli (uzay, havacılık, makina, kimya,elektrikelektronik,...) Çok uluslu Yeni malzemeler (dayanıklı, hafif, ısı koruyucu,...) Stratejik sektörler (ulaştırma, enerji, savunma,...) Yüksek katma değer Yüksek kalite-karlılık ilişkisi

5 SOLAR IMPULSE-Güneş Uçağı A340 büyüklüğünde Hiç yakıt harcamadan seyahat Yenilikler, yenilikçi teknolojiler Farklı disiplinlerin katkısı Farklı firma ve ülke işbirlikleri Küçük ve büyük şirketler, ar ge kurumları Uzmanlaşma, istihdam

6 Güneş Yelkeni Yakıtsız itki: Güneşin fotonlarını kullanarak uzay aracını uzayda ilerletmek 38m kenar, 1208 m2 yüzey alanı Malzeme kalınlığı kağıttan kat ince

7 DLR/ESA 20*20m

8 Uzaydan Elektrik Enerjisi

9 Uzay Ürünleri Yüksek Katma değer 1kg uydu ~ TL 1kg meyva ~ 10 TL 1kg bakır-berilyum ~ 100 TL 1kg akıllı telefon ~ TL 1 kg altın ~ TL Değerler mertebe olarak verilmiştir.

10 Gelişmeler Dünya da tüm gelişmeleri artık ekonomik boyutları yönlendiriyor Küçük uyduların artan önemi (maliyet etkin ve hızlı geliştirilebilen takım uydular) Büyüyen Haberleşme Uyduları (artan kapsama alanları) İnsanlı Uzay Keşfi (uzay ticareti, kolonileşme) Ticari firmaların uzay çalışmalarındaki artan etkisi (NEW SPACE)

11 İleri Bakış Uydu kütlesi Uydu Sayısı ( /yıl) Uydu Kullanımı : PC, çip, bulut, uzay robotları Uzay Çöpleri : azaltma, yoketme Frekans tahsisi: yeni frekanslar, optik iletişim Malzemeler: çevreye uyum sağlayan, farklı yüklere dayanım Fırlatma sistemleri, uzay turizmi: tekrar kullanılabilen sistemler (SpaceX) (klasik roketler ~ 20 yıl), iticiler Geliştirici-kullanıcılar: özel firmalar ve kişiler

12 Yeni Teknolojiler Uzayda liderlik Yüksek THS li Sürdürülebilir teknolojik yenilikler Daha yetenekli, güvenilir ve düşük maliyetli uzay araçları ve uzaya erişim sistemleri nin geliştirilmesi

13 Gelecek Yüzyıl Uzayda füzyon santralleri Uzaydan yere elektrik enerjisi Ay ve asteroitlerden maden sağlanması LEO da Koloni ve endüstri merkezleri Ana amaç: Güneş sisteminde yaşayan bir uygarlık olmak

14 Uydu Sınıflaması (Kütle) Büyük : > 1 ton (Turksat 3A, 4A-B) Orta: 500 kg 1 ton (Göktürk I) Küçük: 100kg - 500kg (BilSat, Göktürk II) Mikro: 10kg 100 kg (RASAT) Nano: 1kg 10 kg (3USAT, BGSAT, HAVELSAT) Piko uydular: 0.1kg - 1kg (İTÜpSAT1) Femto: < 0.1 kg

15

16 ISRO PSLV C37

17 15 ŞUBAT 2017

18

19 CARBONITE-1, SSTL, UK 91 kg 1m3 ten küçük 6 ay 12 gün geliştirme 500km de 1m GSD

20 KÜÇÜK UYDULAR Son yıllarda küçük uzay araçları düşük geliştirme maliyetleri ve kısa teslim zamanları nedeni ile büyük ilgi uyandırdılar Uydu büyüklüğü ile yetenekleri arasında doğal bir seçim olsa da küçükleştirme ve entegrasyon teknolojilerindeki ilerlemeler bu ayrımı yok etmektedir MEMS: mikro ölçekte (μm) özelliklere sahip bileşenler. klasik büyük uydular ile kıyaslandıklarında MEMS-tabanlı cihazlar, küçük olmalarının yanında bazı durumlarda daha yüksek doğruluk ve daha düşük güç sarfiyatı sunabilir.

21 Micro/Nano Uydular UYDU Kütle Maliyet Süre Büyük 1000 kg+ $ 300 M+ 10 yıl+ Orta <1000 kg $ 100 M+ 4-6 yıl Küçük <500 kg $ 50 M 3-4 yıl Mikro Sat <100 kg $ 10 M 2-3 yıl Nano Sat 1-10 kg $ 2 M <2 yıl Piko Sat < 1 kg $ 100 k 1 yıl Micro-Nano Sat (Minosat: 1-50kg) yeni kavram uydu (IC teknolojisi ve MEMS)

22 Küp Uydu Tanımı Küp uydu standardına göre üretim, geliştirme 1999 da CalPoly ve Stanford da hazırlandı 10*10*10cm birimlerin istenen sayıda kullanılması ile büyüklük elde edilir Her birim (U olarak adlandırılır) 1 litre hacmindedir Her U en fazla 1.33kg olabilir (3U = 4kg) 6U ve 12 U yerini almakta, 27U ya kadar çalışılmakta

23 KÜÇÜK UYDULAR Küçük uyduların bazıları büyük uydular benzeri geliştirme ve entegrasyon süreçlerinden geçerken diğerleri genellikle bir üniversite laboratuvarında ortaya konulmaktadır. Her bir bileşenin etkin entegrasyonu sistem yoğunluk ve çalışırlığını büyük oranda arttırırken gereksiz kütle ve hacmi de azaltır Günümüzde en son küçük uydu entegrasyon teknikleri daha büyük uyduların seviyesine gelmiş, geçmektedir. Maliyetleri olabildiğince düşürmek üzere, COTS (Commercial off the shelf, rafta hazır ürün) ve kullanıcı elektroniği bileşenler sıklıkla küçük uyduları inşa etmek üzere kullanılmaktadır. TAKIM UYDULAR (CONSTELLATIONS)!

24 EYES IN THE SKY

25 MinoSat Uygulama Alanları Eğitim Teknoloji gösterimi uzay tarihçesi kazanma Yer Gözlem Bilim Haberleşme Veri toplama Yörüngede deneme/hizmet Derin uzay çalışmaları Askeri 2014: Küp uydular (CubeSats) 2014 yılının en büyük 10 gelişmesinden biri In-orbit Inspection BX-1 Mass: 40kg Launched: 09/2008

26

27 Küp Uydular ile Uzay Havası Görevleri The Colorado Student Space Weather Experiment (CSSWE): NSF kaynaklı 3U Küp Uydu ( cm) görev yükü: energetic particle telescope. Görev: Solar Energetic Protons (SEPs) ve yerin radyasyon kemeri elektronlarının yönlü fark akılarını ölçmek

28 NASA ELaNa PROGRAMI

29 H2B FIRLATMASI,

30 Yer Gözlem Uydu Teknolojileri

31 PLANET LABS FLOCK1

32 PLANET LABS DİYARBAKIR

33 Dove Image, DULLES INT AIRPORT, USA, 1 Eylül 2014

34 Uydu Üzeri İtki Sistemleri Mevcut en ileri durum: Küçük uydu üzeri itki sistemleri hızla gelişmekle birlikte olgunlaşmamış bir teknoloji alanıdır. Mevcut ve geliştirilmekte olanlar: Soğuk gaz iticiler (özgül itki, Isp:70 sn), Katı roket motorları (Isp: 270 sn), ve Atımlı plazma iticiler (PPT) (Isp: 830 sn). Yeşil tek yakıcı yakıtlı sistemler (Isp: 300 sn) Ufukta görünenler: Birkaç yıl içerisinde hem kimyasal hem de elektrik itki seçenekleri olacaktır. Su kullanan hidrolitik sistemler entegre ana itici sistemleri ve tepki kontrol sistemleri ile birlikte geliştirilmektedir. REF: NASA/TP /REV1

35

36 2015

37 2016

38

39

40

41

42

43

44 Küçük Uydu Fırlatma Sistemleri Artan fırlatma gereksinimini karşılamak üzere bir çok küçük uydu fırlatma sistemi (roket) geliştiricisi Günümüzde fırlatmaların çoğu büyük roketlerde ikinci (misafir) yük olarak gerçekleşmekte Yeni sistemler doğrudan küçük uyduları hedef almakta, küçük uydular ana yük! Son gelişmeler

45 FIRLATICILAR

46

47

48 Planetory Resources Küçük Uyduları

49 Turkiye Uydu Yol Haritası

50 itü USTTL KÜPUYDU PROJELERİ ITUPSAT1: 2009 UBAKUSAT: 2017 ASELSAT: 2018 TURKSAT 3USAT: 2013 BEEAGLESAT ve HAVELSAT:

51 İ.T.Ü. Nanouydu Grubu + UTEB + TAMSAT KOBİLER ve Uzay Endüstrisi Disiplinler arası takım çalışması: öğretim üyesi, araştırıcı ve lisans/lisansüstü öğrencileri (uzay, uçak, makine, elektrik-elektronik, bilgisayar, fizik,..) Farklı kurumlarının yetenek ve altyapılarının ortak kullanımı (Akademi, KOBİ, UTEB, TAMSAT..) Yetenekler: Tasarım, geliştirme, prototipleme: piko/nano/mikro uydular ve alt sistemleri EPS, OBC, SDR, Lineer Transponder, Modem, pasif ve aktif ADCS, yapı ve mekanizmalar (düşük maliyet, yüksek verim ve düşük güç tüketimi) Yörüngeden düşürme sistemleri Roket ve rampası Analiz ve Modelleme, simülasyon, CNC işleme, otomasyon, atölye piko/nano/mikro uydular ve alt sistemlerinin çevresel testleri (temiz oda ortamında 50kg ve 50*50*50cm), Örnek projeler : ITUpSAT1, TURKSAT-3USAT, UBAKUSAT (Japonya ile) UNISEC-GLOBAL: MIC, CLTP, NANOSAT SYMP FP7: QB50 (HHO/HUTEN, SU, HAVELSAN, ERTEK, GUMUSH) TUNUS ile akıllı uydu alt sistemleri geliştirme Bir çok endüstri projesi

52 Alt yapı ve ürünler NKS Raumfahrt, Dr. Adrian klein 52

53 Swisscube BeeSat ve UWE-2 ile fırlatıldı ITUpSAT1, ITU Uzay Müh. İlk gerçek uygulama uzay projesi. Fırlatma , hala çalışıyor. Öğrenciler arasında uzay farkındalığını arttırdı.

54 TURKSAT-3USAT, endüstri destekli 3 birim haberleşme küp uydusu. Fırlatma

55 UBAKUSAT

56 Temiz Oda da Bütünleştirme

57

58 ASELSAT GÖREV SENARYOSU

59 BeEagleSat ve HavelSat BeEagleSAT: İTÜ, HHO/HUTEN, SU, Kobiler, Havelsan (UTEB Projesi). QB50 deki 40 adet 2 Birim Küp uydudan ikisi HavelSat: ITU ve Havelsan

60 BEEAGLESAT

61 BEEAGLESAT/HAVELSAT

62 18 NİSAN 2017, FIRLATMA

63

64

65

66 ISS ten Yörüngeye Yerleştirme

67 QB50 YER İSTASYONLARI (TR de 3 adet)

68 Laboratuvarlar

69 VHF/UHF YER İSTASYONU

70

71 Uzay da izi olmayanın Dünya da sözü olmaz En gelişmiş ülkeler uzay da yaşam merkezleri kurmak üzere çalışmalarını sürdürmektedir. Uzayın zorlu koşullarına (vakum, yüksek ve düşük sıcaklıklar, yıpratıcı ortam, uzay radyasyonu) uygun malzeme geliştirmek ve imalat yapmak hayati öneme sahiptir. Bir çok kişi uzaya yolculuk için yer ayırtmış, ödeme yapmış durumdadır. Uzay da maden aramaya yönelik çalışmalar başlamıştır. Sivil ticaret bu yöne kaymaktadır ve dünya da rekabet için bu yetenekleri kazanmak gerekmektedir. Bu kapsamda çalışmalara başlamanın en etkin yollarından bir tanesi küçük uydu (özellikle küp uydu) geliştirme çalışmalarına katılmaktır. İlk uydu görevine yönelik Uzay ortamı ve güneş etkinliklerine yönelik görev yükleri Uygun hassasiyette üretilecek uydu yapısı (mm boyutlarında özel imalat), radyasyona dayanıklı elektronik baskı devreler, anten sistemleri, Enerji sistemleri Deneme amaçlı haberleşmelerine de olanak sağlayabilecektir.

72 FAYDALAR Küp Uydular geniş bir kitleye uzay sistem geliştirme kültürünü yaymak bakımından çok kullanışlı araçlardır. Nano/Mikro uydu projeleri çok zaman alan yüksek bütçeli sonuçlandırılamamış devlet programlarını rahatlatabilir Uzun zaman alan göreve çok geç başlayan çok yetenekli uydulara karşılık, çabuk görev yapmaya başlayana daha az yetenekli sistemler 72

73 FAYDALAR EĞİTİM: Model Uydu ve Küp Uydular geniş bir kitleye uzay sistem geliştirme kültürünü yaymak bakımından çok kullanışlı araçlardır. Öğrenciler proje deneyimleri sonucu uzay endüstrisine daha hazır olarak yetişirler. Ulusal ve uluslararası işbirlikleri için çok uygun bir ortam oluştururlar. UTEB/UNISEC gibi yapılar proje geliştirme ve bütçe bulunmasını kolaylaştırabilir ENDÜSTRİ: Nano/Mikro uydu projeleri çok zaman alan yüksek bütçeli sonuçlandırılamamış devlet programlarını rahatlatabilir Uzun zaman alan göreve çok geç başlayan çok yetenekli uydulara karşılık, çabuk görev yapmaya başlayana daha az yetenekli sistemler 73

74 Teşekkürler Güneş Sistemi nde yaşayan bir uygarlık olmak üzere çok çalışmalıyız Bilgi Paylaştıkça Artar Alim Rüstem ASLAN Uzay Sistemleri Tasarım ve Test Laboratuarı İTÜ, Uzay Mühendisliği Bölümü usttl.itu.edu.tr

75 Teşekkürler Bilgi Paylaştıkça Artar Alim Rüstem ASLAN İTÜ-UZAY MÜH-USTTL İTÜ-Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi usttl.itu.edu.tr