Gezegensel Yakalama

* For English

Bu makaledeki gezegensel yakalamadan kasıt, Dairsel Kısıtlı 3 Cisim problemindeki küçük cisim (M2) etrafında ki yakalama (capture) yörüngeleridir. Uzay görevlerinde, uzay aracı bir gezegene yaklaştığında, o gezegeni sıçrama rampası olarak kullanmanın yada gezegene direk iniş yapmanın dışında, etrafında uygun bir park yörüngesine oturması tercih edilebilir. Bu gibi durumlarda gereksiz yakıt harcamamak için (çünkü uzayın ortasında yakıt ikmali yapmak neredeyse imkansızdır), gezegen çevresindeki potansiyel park yörüngelerinin ve bunlara bağlantılı yakalama yörüngelerinin dikkatli bir şekilde incelenmesi gerekir. Bu konuyla alakalı bir çok çeşitli yakalama türleri Belbruno‘nun kitabında* incelenmişti [*Capture Dynamics and Chaotic Motion in Celestial Mechanics, 2001.]. Ben ise burada, gezegensel yakalama ile ilgili başlangıç seviyesinde bir giriş yapacağım ^_^.

Öncelikle, Gezegensel yakalamalar 2 ana gruba ayrılabilir;

  • Kalıcı Yakalama; Doğal dinamiği içinde, Eğer bir yörünge zamandan ileriye doğru belli bir bölgede (yani bir gezegenin etrafında) sınırlandırılmış ve zamandan geriye doğru sınırlandırılmamış ise, (yada tam tersi kombinasyonunda), bu yörüngeye kalıcı yakalama yörüngesi denir. Dışarıdan hiç bir etki olmadan, tamamen kendi doğal dinamiği içerisinde, bu koşulu sağlayan özel, nadir ve oldukça hassas yörüngeler vardır, ve bu yörüngeler neredeyse maliyetsiz yakalama sağlayarak uzay görevlerinde oldukça avantajlı olabilirler. Ama dendiği gibi bu tür yörüngeler, özellikle L1 ve L2 kapıları açıkken çok zor elde edilir; ama sıfır hız yüzeyleri bu L1 ve L2 kapılarını belli bir açıklıkta tutularak kalıcı yakalama yörüngeleri görece kolay bir şekilde de elde edilebilir (Mesela aşağıda gösterildiği gibi). Burada Enerji, sıfır hız yüzeyleri L2 kapasını tamamen kapalı, ve L1 ise çok küçük bir aralıkla açık olacak şekilde ayarlanır, ve tam L1 noktasında ileri ve geri integrasyon yapılarak bir sanki kalıcı yakalama yörüngesi elde edilir.

  • Geçici Yakalama; Doğal dinamiği içinde, Yörünge gezegen etrafında belli bir zaman aralığında kalabiliyor ama sonra o bölgeden ayrılıyorsa, buna geçici yakalama yörüngesi denir. Bu aslında en çok karşılaşılan yörünge türüdür; çok kolay bir şekilde ve hemen hemen her enerji düzeyinde (yani L1 ve L2 kapılarının ikiside kapalı olmadığı sürece) elde edilebilir. Bu tür yakalama kendi içinde de ikiye ayrılabilir;
    • Kısa süreli Geçici Yakalama, Adı üstünde, yörünge gezegen etrafında görece çok kısa zaman kalır ve kaçar.
    • Uzun süreli Geçici Yakalama, Gene adı üstünde, yörünge gezegen etrafında görece çok uzun süre kalır (mesela 1 yıl ve daha fazla) ve sonra kaçar. Ayrıca bu tür yörünge eğer çok çok uzun süreli (mesela 5-10 yıl hatta daha fazla ) olursa, Kalıcı Yakalama yörüngelerine yakınsarlar. Bu tarz kalıcı yakalamaya yakınsayan yörüngeler özel tasarlanmış haritalandırma yöntemleri ile kolaylıkla bulunabilir, ve maliyetsiz yada düşük maliyetli manevralara olanak sağlarlar (ki bu benim tezimin konusu olur). Bu tür yörüngenin bir örneği, bu makalenin en üstündeki resimde gösterilmektedir. Şekilde görüldüğü gibi, L1 ve L2 kapıları oldukça geniş bir şekilde açık olsa, bu yörünge yaklaşık 4 sene gezegen etrafında kalıp sonra kaçıyor.

Yukarıda tanımlanan tüm yakalama yörüngeleri, doğal, yani kendi doğal dinamiklerinde gerçekleşen yakalamalardır. Ama elbette belli bir manevra (yani hız değişimi) uygulanırsa, hemen her yörünge geçici yakalamadan kalıcı yakalama yörüngesine döner. Ama artık bu tür yörüngelere Yapay Kalıcı Yakalama yörüngesi denebilir. Mesela aşağıdaki resimde, yaklaşık 1 aylık olan kısa süreli geçici bir yakalama yörüngesine, periapsis (yani yörüngenin gezegene en yakın olduğu yerde) geçişlerinde, ~200-1000 m/sn gibi çeşitli hız değişimleri uygulanarak düşük irtifalı dairesel park yörüngeler elde edilmişti; ki bu tarz yapay yakalama düşük irtifalı dairesel güvenli park yörüngeleri elde etmekte elverişli olsa da, uygulanan hız değişiminin büyüklüğü nedeni ile oldukça fazla maliyetlidir.

Ama elbette yukarıda anlatılan yapay yakalama yöntemine alternatif olabilecek, ve 50 m/sn ve aşağısı hız değişimleri ile yakalama sağlayabilen oldukça az maliyetli olan bir yakalama yöntemi de vardır. Ve bu tür yapay yakalama az maliyetle güvenli yüksek irtifali park yörüngeleri elde edilmesini sağlar, bakınız aşağıda ki resim;

Yukardaki Dünya-Ay sistemi için verilen örnekte görüldüğü gibi, soldaki geçici bir yakalam yörüngesine 13 m/sn gibi bir hız değişimi uygulanarak, sağdaki yüksek irtifalı dairsel park yörüngesi elde edilebilir. Yöntem ise gerçekten çok basittir. Öncelikle bir geçici yakalama yörüngesi bulunur ve başlangıç koşulları bir harita yöntemi ile tespit edilir (bkz. tezim). Hiç bir harici hız değişimi uygulanmazsa, yörünge Ay etrafında yaklaşık 4 ay kalıp kaçacaktır (sol resim; mavi geliş, kırmızı gidiş yörüngesi). Ama eğer bu yörünge Ay bölgesine geldiğinde, bu 4 ay içinde belli bir yerde ~13 m/sn ‘lik hız değişimi uygulanır ve enerji seviyesi belli bir miktar düşürülürse, o zaman yörünge sağdaki gibi Ay çevresinde ~7000km irtifalı bir park yörüngesine oturacaktır; Hemde çok düşük bir maliyetle… Bu tarz yakalama yönteminin ayrıntılarını doktora tezimde ince ince anlattım, ve çok yakında bu blog’da da sunacağım. ^_^

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s