Dört metre beton duvarla çevrili küçük, kare bir odada hava; sanki şimşek fırtınası geçiyormuş gibi kokuyor. Dışarıda, havadaki oksijeni parçalayan şimşek kokusu, kolayca ozonun içine karışıyor. Ancak NASA’nın Radyasyon Etkileri Tesisi’ndeki odalardan birinde, yüksek enerjili radyasyon testlerinden sonra yerini ozon kokusuna bırakıyor. Mühendislerin uzay uçuşunda elektroniği test etmek için kullandıkları radyasyon o kadar güçlüdür ki odadaki oksijeni yayar.
Uzay uçuşu için hedeflenen her NASA cihazının her bir parçası; uzayda hayatta kalmasını sağlamak için radyasyon testinden geçer. Bir uzay aracı olmak kolay değil; görünmez, enerjik parçacıklar uzayda bir araya gelirler. Küçük parçacıklar, uzaya yolladığımız elektronik parçalara zarar verebilir.
NASA güneş sistemini araştırırken; radyasyon testi çok daha önemli hale gelir. NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde bulunan Radyasyon Etkileri Tesisi; NASA’nın evrenin başlangıcını anlamaya çalışan misyonlardan Artemis programına kadar, Ay, Güneş ve güneş sistemimizi keşfetmesini sağlayan donanımı incelemeye yardımcı oluyor.
Goddard Radyasyon Etkileri ve Analiz Grubu’nda Havacılık Mühendisi Megan Casey: “İnsanların, elektroniklerin, uzay araçlarının ve araçların (aslında uzaya gönderdiğimiz herhangi bir şeyin) içine koyduğumuz ortamda hayatta kalmalarını sağlayacağız.”
Bir uzay aracının karşılaştığı tam koşullar; nereye yöneldiğine bağlıdır. Bu nedenle mühendisler her uzay aracının varış noktasına uygun parçaları dikkatlice test eder ve seçer. Örneğin; dünyanın manyetik alanı, Radyasyon Kemerleri adı verilen iki halka şeklinde banttaki parçacık sürülerini yakalar. Diğer gezegenlerde de radyasyon kayışları vardır; Jüpiter gibi, kayışları Dünya’nınkinden 10.000 kat daha güçlüdür. Genel olarak, Güneş’e ne kadar yakınsa; güneş rüzgarı olarak bilinen güneş parçacıklarının yıkanması daha da zorlaşır. Güneş sisteminin dışındaki patlamış yıldızlardan gelen parçacık parçaları olan galaktik kozmik ışınlara her yerde rastlanabilir.
Zamanlama da bir faktördür. Güneş; 11 yıllık doğal döngülerden geçerek yüksek ila düşük etkinlik dönemlerinden sallanır. Minimum güneş enerjisinin nispi sakinliğinde kozmik ışınlar Güneş’in manyetik alanına kolayca sızarak güneş sistemine akar.
Casey: “Gidecekleri yere göre, görev tasarımcılarına uzay ortamlarının nasıl olacağını söyleriz ve enstrüman planları ile bize geri dönerler ve ‘ Bu parçalar orada hayatta kalacak mı? ‘ diye sorarlarken. Cevap her zaman evet, hayır veya bilmiyorumdur. Bilmiyorsak, o zaman ek testler yapıyoruz. ”
Goddard’ın Radyasyon Merkezi (ülke genelindeki ortak tesislerle birlikte) güneş rüzgârının sürekli tahrişinden, yanan radyasyon kayışlarına ve güneş patlamalarının ve kozmik ışınların acımasız darbelerine kadar alan radyasyonu gamını taklit edecek şekilde donatılmıştır.
Uzay Radyasyonunun Etkileri
Mühendisle; bir uzay aracının hedefinin nasıl olacağını (orada ne kadar radyasyonla karşılaşacağını) ve o ortamı laboratuvarda yansıtmak için ne tür testlere ihtiyaçları olduğunu belirlemek için bilgisayar modellerini kullanır.
Radyasyon dalgalar veya minik atom altı parçacıklar şeklinde enerjidir. Uzay aracı için asıl mesele parçacık radyasyonudur. Proton ve elektron içeren bu radyasyon elektroniklerini iki şekilde etkileyebilir.
Tek olay etkileri olarak bilinen ilk tür; acil tehditlerdir: Bir güneş parçacığı veya kozmik ışın bir devreden düştüğünde hızlı enerji patlaması…
İngiltere Surrey Üniversitesi Uzay Merkezi Elektrik Mühendisi Clive Dyer: “En yüksek enerjili parçacıklar elektroniklerinize enerji döküyor. Tek olay efektleri; bilgisayarlarınızı karıştırır, verilerinizi (ikili kodda) 1’den 0’a kadar karıştırır.”
Birçok uzay aracı; bu çatışmalardan parçacıklar ile iyileşmek için donatıldı. Ancak bazı eylemler; uzay gemisinin çalıştığı programları, haberleşme ve navigasyon sistemlerini etkileyerek bilgisayar çökmelerine neden olabilir. En kötüsü, sonuç felaket olabilir. Yıllar önce, uzay mekiği üzerindeki astronotların dizüstü bilgisayarları; radyasyon kayışlarının özellikle tüylü bölümlerinden geçerken düştü ve NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu, bölgeden geçtiğinde NASA Hubble Uzay Teleskobu’nu önleyici olarak kapattı.
Daha sonra zamanla daha da kötüleşen etkileri oluşuyor. Yüklü parçacıklar bir uzay aracının yüzeyinde toplanabilir ve saatler içinde bir yük oluşturabilir. Halı kaplı bir odada yürürken ve metal bir kapı topuzunu çevirirken; şarj elektroniği, sensörler ve güneş panellerine zarar verebilecek statik elektriği tetikler. 2010 yılının nisan ayında şarj; Galaxy 15 uydusunun haberleşme sistemlerini devre dışı bırakarak sekiz ay boyunca başıboş yolladı.
Uzay aracı tüm yaşamları boyunca radyasyonu havalandırmalıdır. Uzun süreli radyasyon (toplam doz olarak bilinir) malzeme yıpranır ve cihaz performansı yörüngede olduklarında yavaş yavaş azalır. Nispeten hafif radyasyon bile güneş panellerini ve devreleri bozabilir.
Bitişik bir odaya radyasyondan güvenli bir mesafede tutturulmuş olan test tesisindeki mühendisler; aracın bileşenlerini enerjik parçacıklar ile bir araya getirerek zayıflık belirtileri aramaktadır.
Genel olarak, testlerinin etkileri görünmez. Sıcaklıktaki veya elektrik akımındaki bir sıçrama; bir devreye çarpan tek bir parçacığı gösterebilir. Öte yandan, toplam doz testleri sırasında, mühendisler; bilim hedeflerini tamamlamak için yeterli zamanları varsa, çoğu görevde yaşayabilecekleri uzay yolculuğunun bir yan etkisi olan yavaş ve zarif bir bozulma izliyor.
Casey, “En kötü durum, bir enstrüman kısa devre yapmış olduğu için feci bir başarısızlık gördüğünüzde, yıkıcı bir tek olay etkisidir” dedi. “Görev için kötü bir haber, ancak bunlar bizim için test etmek için en eğlenceli olan şeyler. Bazen çok fazla enerji var, aslında bir şeylerin olduğunu görüyorsunuz – hafif ya da bazı durumlarda bir puanlama işareti.”
Radyasyon Fırtınası’dan Aşınma
Peki, mühendisler uzay aracını sürekli uzay radyasyonu tehlikelerinden nasıl korurlar? Bir taktik temellerinden radyasyona karşı sertleşmiş parçalar oluşturmaktır. Mühendisler; partikül çarpmalarına veya yüklenmeye daha az duyarlı olan bazı malzemeleri seçebilir.
Uzay aracı tasarımcıları; araçlarını uzun vadeli etkilerden korumak için korunmaya güveniyorlar. Katmanlı alüminyum veya titanyum; enerjik parçacıkları yavaşlatır ve hassas elektroniklere ulaşmalarını engeller.
Testlerinden sonra, mühendisler; ortamın talep etmesi halinde ekranlama için özel önerilerde bulunurlar. Ekranlama; yakıt gereksinimlerini veya maliyetlerini artıran ağırlık ekler, böylece mühendisler her zaman mümkün olan en az miktarda kullanmayı tercih eder.
Çeşitli alan ortamlarından gözlem toplamak; modellerin geliştirilmesinde önemli bir adımdır.
NASA’nın Uzay Ortamı Test Testleri Görevi’nden Proje Bilim Ekibi Üyesi Michael Xapsos: “Radyasyonun donanıma etkilerini incelemekle görevlidir. Daha fazla veri ile mühendisler, seçtikleri elektronik cihazlarda risk, maliyet ve performans arasında daha iyi işlemler yapabilirler.”
En enerjik parçacıkların; ağır ekranlamada bile kaçınması imkansızdır. Tek olay etkilerini test ettikten sonra; mühendisler böyle bir darbenin ne sıklıkta gerçekleşebileceğini tahmin ediyor. Örneğin, bir uzay aracının her 1000 günde bir partikül vurma şansı olabilir. Bunlar, bir uydunun uzayda ilk gününde (1000’inci gününde olduğu gibi) izole edilmiş olaylardır ve ne kadar risk alabileceklerine karar vermeleri misyonerlerin görevidir.
Tek olay etkilerine karşı ortak bir strateji; aynı anda birlikte çalışan aynı parçanın katları ile bir enstrüman donatmaktır. Bir bilgisayar çipi geçici olarak bir partikül patlamasıyla devre dışı bırakılırsa, meslektaşları boşluğu alabilir.
Mühendisler bu tür azaltma stratejileri planlayabilir ve geliştirebilir. Ancak en iyisi uydunun geçtiği uzay ortamını gerçekten anladıklarında yapılır. Haziran sonunda başlatılması planlanan Uzay Ortamı Testleri veya SET gibi görevler ve Radyasyon Etkileri Tesisi’ndeki modelleme çabaları; bu bilgileri edinmelerini sağlar.