Grizu-263A

Arka plan

Grizu-263A, Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi’nin (ZBEÜ) 2016’da kurulan ve önceki çalışmaları CanSat sınıfı projelerde yoğunlaşan öğrenci takımı Grizu-263 Uzay Takımı tarafından geliştirildi. Takım ve uydu, 3 Mart 1992’de Zonguldak’ta Kozlu kömür ocağındaki grizu patlamasında hayatını kaybeden 263 madenciye adanmıştır[1]. Modüler bir PocketQube platformu üzerindeki çalışmalar 2018 sonunda başladı; yaklaşık iki yıllık geliştirmenin ardından uçuş modeli Ekim 2020’de fırlatma sağlayıcısına teslim edildi[2]. Grizu-263A Türkiye’nin ilk PocketQube’üydü; ikincisi, Hello Space’in 1P’lik İstanbul’u, 2023’te onu izledi.

Hedefler

Görev, amatör telsiz hizmeti sunan bir teknoloji gösterimiydi. Hedefleri şunlardı[1]:

1. bir 1P zarfı içinde bir uydunun temel işlevlerini yerine getirebilen bir uzay aracını tasarlamak, üretmek ve işletmek;
2. çekirdek alt sistemleri değiştirmeden faydalı yük eklenebilen modüler bir çekirdek platformu göstermek;
3. pasif manyetik yönelim kontrolünün yörüngedeki davranışını ve güç sisteminin verimini IMU, akım ve gerilim telemetrisiyle nitelemek;
4. dünyanın dört bir yanındaki radyo amatörlerine açıkça çözülebilen telemetri, Doppler gözlem olanakları ve yerden gönderilen kısa mesajları aktaran bir digipeater sunmak.

Yukarı bağlantı bilerek en aza indirildi: digipeater mesajlarının yanı sıra uydu, telemetri periyodunu değiştiren bir komutu ve amatör uydu hizmetinde zorunlu olan verici kapatma komutunu kabul ediyordu.

Bir bakışta sonuç

Grizu-263A 13 Ocak 2022’de SpaceX Transporter-3 ortak fırlatmasıyla havalandı ve 3 Ekim 2023’teki atmosfere girişine kadar çalıştı: 628 gün, yaklaşık 9500 tur; beklenen bir yıllık etkin işletimin çok ötesinde. Birincil haberleşme hedefine ulaşıldı; telemetri dünyanın dört bir yanındaki istasyonlarca alındı ve paylaşıldı. Her iki aşağı bağlantı kipi de atmosfere girişten günler önce, 29 Eylül ile 1 Ekim 2023 arasında birkaç ülkede hâlâ alınıyordu[1].

Mimari

Beş yüze monte paneller, bataryayı ve yedi INA tipi akım ve hat gerilimi izleyicisini barındıran güç sistemini besler: biri EPS’den bilgisayara giden hatta, biri ana hatta ve birer tane her panelde. Uçuş bilgisayarı bu izleyicilerden, üç eksenli bir IMU’dan ve bir sıcaklık algılayıcısından gelen telemetriyi biçimlendirir ve digipeater’ı çalıştırır. Telsiz, açılan çeyrek dalga bir monopol üzerinden 4800 Bd ya da 2400 Bd hızla yayın yapar. Telsiz ile bilgisayar arasındaki iletişim kesilirse telsiz doğrudan güç sistemine bir hata kodu bildirir; böylece arıza bilgisayar olmadan ele alınabilir[1].

flowchart TB
  SP["Beş yüzde güneş panelleri"] --> EPS["EPS: batarya, 7 akım ve gerilim izleyicisi"]
  EPS --> OBC["Uçuş bilgisayarı: telemetri, digipeater"]
  EPS --> COMM["COMM: 2-FSK, 4800 ve 2400 Bd"]
  EPS --> SENS["IMU, sıcaklık algılayıcısı"]
  SENS --> OBC
  OBC <--> COMM
  COMM -. "OBC bağlantısı koparsa hata kodu" .-> EPS
  COMM --> ANT["Açılan monopol"]
  ANT --> GS["ZBEÜ istasyonu ve SatNOGS"]
  PMAC["PMAC: 4 AlNiCo-5 mıknatıs, 12 HyMu-80 çubuk, güçsüz"]

Güç

Frekans koordinasyonu için bildirilen güç bütçesi, ortalama 0,75 W üretim ve ortalama 1,5 W etkin tüketim verir; bu yüzden yüksek tüketimli kip görev çevrimiyle çalıştırıldı, tutulmaları ve yayınları batarya köprüledi. Üretim değeri, derlemenin Denklem 1’inin tutulma çarpanı olmadan öngördüğü güneşteki ortalamaya, yani beş ile altı dolu yüz için 0,71–0,86 W’a uyar; bu da 0,46–0,55 W’lık bir yörünge ortalamasına karşılık gelir[1].

Pasif manyetik yönelim kontrolü

Dört adet 8 mm’lik AlNiCo-5 küp bir ekseni yer manyetik alanıyla hizalar; 0,2 × 0,2 × 33,5 mm’lik on iki HyMu-80 çubuk hareketi söndürür. Uçuş öncesi dinamik, Smart Nanosatellite Attitude Propagator ile benzetildi. Derleme mıknatıs momentini AlNiCo demanyetizasyon eğrisinden ayrık küpler için 0,31 A·m², üst üste dizilmiş bir sütun için 0,91 A·m² olarak tahmin eder ve tork bütçesini türetir[1]:

Seçilen mıknatıs, geri çağırıcı torku ihtiyaç duyulan değerin bir mertebe üzerinde üretir; yaklaşık 0,02 A·m² on katlık bir pay sağlardı. Böyle bir momentle ve 20 mm ya da daha kısa mıknatıs–çubuk uzaklıklarıyla, çubuklar mıknatıs orta düzleminin milimetrenin bir kesri içinde durmadıkça çubuklar boyunca kaçak alan yer manyetik alanını aşar; IMU manyetometresi de mıknatıslardan uzakta durmadıkça birkaç militeslalık bir sapma ölçer. PMAC maddesi her iki etkiyi açıklar.

Telsiz bağlantısı

Aşağı bağlantı, koordine edilmiş 20 dBm EIRP’yi kullandı. Yönlü ve her yönlü bir amatör istasyona karşı[1]:

• Yönlü, 4800 Bd
• Yönlü, 2400 Bd
• Her yönlü, 4800 Bd
• Her yönlü, 2400 Bd

Verileri tablo olarak göster

Yükselme açısı (°)	Yönlü, 4800 Bd	Yönlü, 2400 Bd	Her yönlü, 4800 Bd	Her yönlü, 2400 Bd
5	−2,4	0,7	−14,9	−11,9
10	−0,7	2,4	−13,2	−10,2
15	0,9	4,0	−11,6	−8,6
20	2,3	5,4	−10,2	−7,2
30	4,7	7,7	−7,9	−4,8
45	7,1	10,2	−5,4	−2,4
60	8,7	11,7	−3,9	−0,8
75	9,6	12,6	−3,0	0,0
90	9,8	12,9	−2,7	0,3

4800 Bd’de çözme, yaklaşık 12° yükselmenin üstünde yönlü bir anten gerektiriyordu ve her yönlü istasyonla hiçbir zaman mümkün değildi; 2400 Bd kipi 3 dB kazandırarak yönlü istasyonlara 3°’ye kadar, her yönlü istasyonlara ise yalnızca başucu civarında ulaştı. Küçük paylar, görevin ilk dönemindeki birçok ağ kaydının çözme için gereken sinyal-gürültü oranından yoksun olduğu gözlemiyle uyuşur.

Telemetri

Her çerçeve 31 alan taşıyordu: kimlik ve zaman (7), sıcaklık (1), akımlar ve gerilimler (14) ve IMU verileri (9); her 10 saniyede beş çerçeve gönderiliyordu. Tüm biçimler şifrelenmeden yayımlandı ve SatNOGS veri tabanındaki bir Kaitai Struct çözücüsü[3] alanları otomatik olarak ayrıştırdı[4].

Montaj, entegrasyon ve test

Geliştirme süreci; masaüstü doğrulama, mühendislik modeli, ısıl vakum ve titreşim testlerini kapsayan “uçtuğun gibi test et” (test-as-you-fly) yaklaşımına göre yürütüldü. Uçuş modeli, 21 Eylül 2020’de İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Titreşim ve Akustik Laboratuvarı’nda uçuş kutusunun içinde protonitelendirme titreşiminden geçti: üç eksende de rezonans taramaları ve rastgele koşular yapıldı, hasar bulunmadı. Ekim 2020’de bir AlbaPod’a entegre edildi ve kapatma anahtarı uçuş için serbest bırakıldı[1].

Fırlatma ve ilk işletim

Fırlatma, 2020–2021 yılı dönümündeki bir pencereden, Transporter-3’ün aralarında Delfi-PQ, HADES, EASAT-2, SATLLA-2A/2B, Unicorn-1 ve Unicorn-2A/2D’nin de bulunduğu diğer PocketQube’lerle birlikte Cape Canaveral’dan 15:25 UTC’de havalandığı 13 Ocak 2022’ye kaydı[5]. ZBEÜ yer istasyonu ilk verileri 14 Ocak’ta aldı. Katalog numaraları atanmadan önce SatNOGS topluluğu uyduyu geçici 99488 tanımlayıcısıyla izledi; ilk topluluk çözücüleri farklı bir hat kodlaması varsaydığı için çerçeveleme netleşene kadar başarısız oldu ve çerçeveler 19 Ocak 2022’de çözüldü. Uydu ardından NORAD 51025 numarasını aldı[1].

Yörünge alçalması: öngörü ve sonuç

Ekip yörüngede yaklaşık dört yıl bekliyordu; Grizu-263A 21 ay sonra atmosfere girdi. Derleme, alçalmayı 525 km’lik dairesel bir yörüngeden, gözlenen aylık $F_{10.7}$ ile[6] (görev boyunca ortalama 141 sfu) ve sabit $A_p=12$ ile sürülen Kennewell yoğunluk modeliyle yeniden kurgular[1]:

A priori balistik parametrelerle model 845, 774 ve 666 gün öngörür; bu, gözlenenden %6–35 uzundur ve tek ölçek yükseklikli bir modelin ve başlangıç yörüngesi belirsizliğinin doğruluğu içindedir: başlangıç irtifasındaki ±10 km öngörüyü 669 ile 885 gün arasında oynatır; 6 ile 18 arasındaki $A_p$ ise onu ±%5’ten az değiştirir. $\approx 0,050{\text{ m}}^2\text{/kg}$’lık etkin parametre ve sabit 100 sfu ile model 3,4 yıl verir; bu, fırlatma öncesi beklentiye yakındır. Öngörü ile sonuç arasındaki fark bu yüzden büyük ölçüde Güneş kaynaklıdır: akı, dört yıllık öngörüyü yeniden üreten düzeyin yaklaşık %40 üzerindeydi; çünkü 25. Güneş Çevrimi 2019 öngörüsünden[7] daha hızlı yükseldi ve NOAA’nın 2023’te kabul ettiği gibi daha erken ve daha güçlü bir zirve yaptı[8].

Çıkarılan dersler

Şekiller ve alçalmanın yeniden kurgusuyla birlikte tam vaka çalışması PocketQube derlemesinde yer alıyor.