www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Uyduların Menzil Ölçümü

Resim 1: Voyager Uydusu

Uyduların Menzil Ölçümü

Bir uydunun konumu- ya da menzili ancak değişik radar yöntemlerinden birisi kullanılarak tayin edilebilir. Örneğin (2· 1010 km gibi çok uzakta bulunan Voyager 1 ve Voyager 2 gibi uyduların menzil ölçümlerinde bir birincil radarın gücü yetersiz kalmaktadır. Radar denklemine göre boyutları gerçek dışı olan bir anten ve gönderim gücü gerekecekti. Bu nedenle çok uzun menzillerde sadece ikincil radar yöntemlerinin kullanımı mümkündür.[1][2]

Voyager uydusunun bordasında bu amaçla bir özel transponder bulunmaktadır. Bir yer istasyonu S-bandında 2,11 GHz de sorgulama sinyali (“Uplink”) gönderir. Gönderim gücü yaklaşık 20 kW tır. Anten kazancı S-bandında hemen hemen 63 dBi olarak verilmektedir. Bununla beraber bir basit darbe modülasyonunun kullanıldığı gönderici-/alıcı tekniğinde ilgili darbe kenarında geçen süre ölçümlerinin kesime uğramadan yapılabilmesi için çok büyük bant genişliklerini gerekecekti. Bu nedenle, transpondere sadece bir farklı frekansa dönüştürülen bir özel darbe deseni (pulse pattern) gönderilir. Transponder bu sinyali tam evreuyumlu olarak işler. Yani: Alınan yer-uydu frekansı orijinali kullanılır ve sadece bir farklı frekansa dönüştürülür. Dönüştürme oranı tam olarak 240/221 olup uydu-yer (downlink) frekansı yaklaşık 2,3 GHz dir. Eşzamanlı bir farklı frekans bandı gerçekleştirilir: Buradaki dönüştürme oranı 11/3 olup uydu-yer frekansı X-bandında yaklaşık 8,42 GHz dir.[3] Transponder anteninin çapı 3,7 m olup kazancı S-bandında 36 dBi, X-bandında ise 48 dBi dir. Gönderim gücü sadece 12 W tır.

Alınan transponder yanıtı yer istasyonundaki bir atomik zaman saatinin zaman taramasıyla (time frame/time grid) kaydedilen kopyası ile ilintilendirilir (correlated) ve böylece geçen süre (transponderin bilinen tepki süreside hesaba katılarak) hassas olarak belirlenir. Ardından menzil çok hassas hesaplanabilir. Bununla beraber ölçülen bu menzil sinyallerin süresinin şimdiden bir günden daha uzun değerde olması ve öte yandan Voyager uydusunun 62 140 km/h gibi hızla yoluna devam etmesi nedeniyle bu sadece transponder aktivitesinin zaman noktası için geçerliydi.[3]

İyonosferin elektromanyetik dalgaların yayılma hızı üzerindeki etkilerini telafi edebilmek için bu yanıt başlangıçta iki farklı frekans bandında düşünüldü. Fakat daha sonraları radar sinyalleri için keza göreli zaman gecikmesi (Shapiro Gecikmesi) çok iyi bir hassasiyetle ölçülebildi.[3]

Derin Uzay Ağı

Keza sadece bir uyduya ait bir ölçümü yapabilmek için bile yeryüzünde Derin Uzay Ağı (Deep Space Network, DSN) denilen bir komple anten sistemi gerekir. Antenlerden en az bir tanesi daima transponderden yanıt beklenen yöne tam olarak inip-kalkabilecek şekilde dağılmıştır. Çalışma sürelerinin (runtime) çok uzun olması (o zamanlar 1,5 gündü) öte yandan yeryüzünün dönmesi nedeniyle tek bir büyük anten kullanılması durumunda transponder yanıt sinyali büyük bir olasılıkla uydunun yeryüzünde antenin bulunmadığı ters tarafa ulaşacaktı.

Eğer birden fazla sorgulama istasyonu ya da transponder görev yapıyorsa görev yapan tüm donanım standardize edilmiş olmalıdır. Sorgulama sistemi antenlerinin çapı 70 m dir. Bu antenler Goldstone (Kaliforniya), Madrid (İspanya) ve Canberra da (Avustralya) konuşlanmıştır. Keza transponderler de standartlaştırılmış olup örneğin Küçük Derin Uzay Transponderi (Small Deep Space Transponder, SDST) ya da sadece Derin Uzay Transponderi (Deep Space Transponder, DST) olarak adlandırılmışlardır.

Hem anten boyutunun küçülmesi hem de olabildiğince iyi bir yönlülük sağlanması için taşıyıcı frekans bölgesi olarak X–bandından başlayan Ka–bandına kadar uzanan çok yüksek bir frekans bölgesi seçilmiştir. Daha önceki transponderler ve hem de yeryüzüne yakın bölgedeki transponderler atmosferik zayıflamaların az olduğu (yaklaşık 1 dB) S-bandında çalışırlar.

NASA’nın Deep Space Network now web sayfasında şimdi her bir yer istasyonunun güncel faaliyetleri verilmektedir. Örneğin bu sayfada Voyager-sondasından alınan yanıt sinyal gücünün -160 dBm civarında olduğu bildirilmektedir.

Kaynaklar:

  1. Udo Renner; Nikolaos Balteas; Joachim Nauck, ''Satellitentechnik: Eine Einführung'' Springer, Berlin, Heidelberg, 1988., ISBN 978-3-642-83149-2, S. 77 (çevrimiçi önizleme)
  2. A. Winton, J.-L. Gerner, P. Michel, & R. Morgan-Owen: ''The Transponder - A Key Element in ESA Spacecraft TTC Systems'' ESA Bulletin Nr. 86. Published May 1996. (çevrimiçi)
  3. Timothy P. Krisher, John D. Anderson, Anthony H. Taylor, “Voyager 2 Test of the Radar Time-delay Effect,” Astrophysical Journal, Part 1 (ISSN 0004-637X), vol. 373, June 1, 1991, p. 665-670. (çevrimiçi önizleme)
  4. “Where are the Voyagers?” Bakınız: NASA-Project