Uzay Lojistiği

60 yılı aşkın süre önce ilk yapay dünya uydusu SSCB tarafında 1957 yılında uzaya fırlatıldı (Sputnik 1). Uzay Teknolojisi’nin gelişiminin ilk aşamasında, bilim adamlarının yüzleşmesi gereken çok sayıda sorun, Dünya atmosferinden fırlayıp Dünya’nın, Ayın veya diğer gezegenlerin önceden belirlenmiş yörüngesine girebilecek bir roket veya aracın nasıl geliştirileceği ile ilgiliydi. Uzay Teknolojileri’nin hızla gelişmesiyle birlikte, Dünya (Ay/diğer gezegenler) yörüngesine bir araç geliştirme sorunlarının çoğu çözülmüş gibiydi. Her ne kadar Uzay Lojistiği Stratejisi sorunu tamamen göz ardı edilmemiş olsa da, geçmişte insanın diğer birçok alanda elde ettiği muazzam başarının gölgesinde kalmıştır. Uzay görevi başarıldıktan sonra, elbette, bir sonraki sorunun bunu nasıl iyi başaracağıyla ilgili olduğunu söylemeye gerek yok. Hiç şüphe yok ki, yeni nesil uzay araştırma kampanyaları çok daha uzun, daha karmaşık ve uzayın derinliklerine daha da inebilecek gibi görünüyor. Bu, keşif görevlerini sürdürmek, insan hayatını desteklemek ve astronotları Dünya’ya geri döndürmek için yiyecek ve diğer tüm ihtiyaçları tedarik etmek ve yeniden geri dönüştürmek gibi lojistiğe büyük bir sorumluluk yükü getirmektedir.

A. Temel Kavramlar

Uzay Lojistik farklı ülkelerde farklı farklı araştırmacılar anlamına gelir. Oliver de Week ve Sarah A. Shull aşağıdaki gibi bir tanım sunar. “Tedarik Zinciri Yönetimi” olarak da adlandırılabilecek uzay lojistiği, gevşek bir şekilde bir uzay keşif kampanyası yürütmek için gerekli tüm mürettebat ve ekipmanların hareketi, depolanması ve takibi olarak tanımlanmaktadır. Yukarıdaki tanımla, uzay lojistiği kesinlikle çok disiplinli bir araştırma alanıdır, uzay teknolojilerinin neredeyse tüm yönlerini kapsar, ancak tüm lojistik sistemlerin yer tabanlı bileşenlerini içermez. Başka bir deyişle, yalnızca fırlatma da dahil olmak üzere uzayda nakliye ve tedariğe dikkat edilirken, araç ve ekipmanların tasarımı, yüklerin montajı gibi tüm uzay sistemi mimarisinin karasal işlemleri göz ardı edilir. Yukarıda göz ardı edilenlerin hepsinin tüm görev sistemi için oldukça önemli olduğunu ve bu alanların uzay lojistiğinin kapsamı dışında olmasına rağmen araştırılmaya değer olduğunu belirtmek gerekir.

B. Amaç ve Hususlar

Genellikle, uzay lojistiğinin amaçları, keşif talebinin yarattığı gereksinimi karşılayacak kadar uygulanabilir, güvenilir, uygun fiyatlı ve sürdürülebilir bir uzay misyonu mimarisi geliştirmektir. Örneğin, uzay lojistiğinin temel sorunlarından biri mürettebatın, sarf malzemelerinin, ekipmanların talebini ve ayrıca tüm bu malzemelerin görev yerine nasıl ve ne zaman taşınabileceğini belirlemektir. Görevler daha karmaşık hale geldikçe ve uzun bir süre geliştikçe, bir çözüm bulmak çok daha zor olabilir. Uzay Lojistiği ve tasarım mühendisleri lojistiğin sistem tasarımı ve görev başarısı üzerindeki etkisini değerlendirmelidir. Tüm bu analizler sadece sistem bazında değil, aynı zamanda uzay lojistiği destek altyapısı perspektifinden de yapılmalıdır. Yeni nesil uzay görevinin artan karmaşıklığı, uzay lojistiğinde değişiklikler ve yeni kavramlar gerektirecektir. Tamamen lojistik bir bakış açısıyla ve yörüngedeki veya gezegensel tesislerin veya deneyler, yerleşim, ulaşım vb. gibi görevlerin temel işlevlerine dayanarak uzay lojistiği konuları şu şekilde özetlenebilir: yaşam desteği, uzay bakımı, uzayda tedarik ve ulaşım.

Astronotu canlı tutmak, insanın temel ihtiyaçlarını karşılamak anlamına gelen yaşam desteği, uzayda veya diğer gezegenlerin yüzeyinde bir insan yerleşiminin en temel unsurlarından biridir. İnsanın zincirdeki en zayıf halka olduğuna dair şüpheler var. Uzay görevinde yer alan aktörler: Görev tasarımcısı, görev stratejisine ait insanın gıda, oksijen, su vb. gibi vazgeçilmez talebine uyarlamalıdır. Bütün bunlar uzay aracının büyüklüğüne ve ağırlığına muazzam ölçüde artacak ve bu aynı zamanda keşif lojistiği strateji tasarımına da büyük zorluklar getirecektir. Alan bakımı, arızalanan bileşenlerin tanımlandığı ve onarıldığı veya değiştirildiği bir işlemdir. Uzaydaki bakım, keşif görevindeki Olası değişiklik nedeniyle yükseltmeyi de içerebilir. Bakım tasarımı, tüm görevin güvenli ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlamalı, aynı zamanda bakım faaliyetlerinin süresini en aza indirmelidir. Ekiplerin bileşenlerle güvenli bir şekilde etkileşimini sağlamak için gerekli yedek parçaların azaltılmasına da dikkat edilmelidir. Öte yandan, bakım giderlerinin tasarım sürecinde kontrol edilebilecek en önemli doğrudan işletme maliyeti olduğuna işaret edilmektedir. Bu, mükemmel bakım tasarımının yalnızca görev sisteminin sürdürülebilirliğini ve güvenilirliğini arttırmakla kalmayıp aynı zamanda uygun fiyatta büyük bir katkı sağlayabileceği anlamına gelir.

Arz, sarf malzemelerinin yenilenmesi veya periyodik temizlik gibi faaliyetleri ifade eder. Genel olarak konuşursak, sarf malzemeleri, yiyecek, deney ekipmanları, yedek parçalar vb. gibi bir uzay keşif görevi gerçekleştirirken ihtiyaç duyulan tüm öğeleri içerecektir. Gelecek nesil uzay misyonları uzun süreli ve çok daha karmaşık göründükçe, ayrıca insan en iddialı uzay girişimlerine doğrudan katılacağından arz, gelecekteki uzay misyonu için büyük önem taşımayacaktır. Ayrıca, uzay görevlerini desteklemek için tedarik stratejisinin göreceli teknolojilerin iyileştirilmesi nedeniyle birçok değişiklik alacağına dikkat etmek önemlidir. Örneğin, aşındırıcı ve hipertoksik iticilerin üretimi, depolanması ve taşınması oldukça zor birçok soruna yol açacaktır. Son yıllarda Yerinde Kaynak Kullanımı (ISRU) olarak adlandırılan bu soruna potansiyel bir alternatif çözüm üzerinde çalışılmıştır. Bu yazıda daha sonra daha fazlası tanıtılacaktır. Ulaşım sadece ilk keşif girişimlerini değil, aynı zamanda uzay lojistiği tarafından tamamen operasyonel süreci de kapsamaktadır. Güvenilir, uzun süreli bir uzay keşif misyonu ile ulaşım, görev tasarım sürecinde kesinlikle en önemli hususlardan biri olmalıdır. Ulaşımın temel amacı, uzayda nakliye için özel bir araç geliştirmektir ve en çok arzu edilen tasarım, güçlü tahrik sistemleri, kolay bakım fırlatma sistemi, hafif ve güvenilir malzemeler içerecektir. Her bir keşif görevi için her bir aracın özel tasarımına ek olarak, güzergahlar, buluşma kabiliyeti ve güvenliği dikkate alınmalıdır. Tek kelimeyle, mükemmel bir taşıma sistemi, tüm mürettebatı ve kargoları uzayda bir yerden başka bir yere taşıyabilen, dünyadaki her şeyin yapılabileceği gibi bir sistemdir.

Uzay Lojistiğinin Geçmişi

Yukarıda bahsedildiği gibi, bilim adamları, başlangıçta düşük uzay teknolojisi seviyesi nedeniyle geçmişte diğer temel alanlara büyük çaba sarf ettiler. O zaman, “Uzay Lojistiği” teriminin, neyin gerekli olduğunu belirleme, tüm gereklilikleri bir araya getirme ve muhtemelen bu malzemeleri uzay keşif kampanyaları için misyon hedefine fırlatma çalışmasından başka bir şey ifade etmediği anlaşılmıştır. Aslında bunların hepsi hiçbir şekilde kolay görevler değildir. Uzay Lojistiği açısından bakıldığında, geçmiş insan uzay araştırma misyonları farklı lojistik stratejileri izlemiştir. Bu yazıda, her biri temsili bir lojistik paradigmayı izleyen iki tipik program tartışılmıştır: biri Apollo programı, diğeri Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) programıdır. 1969-1972 yılları arasında ABD tarafından ay yüzeyine altı Apollo görevi gerçekleştirildi. Her Apollo misyonunun Uzay Lojistik Ağı desteği olmadığı açıktır; bunun yerine, tüm kısa vadeli ay misyonları boyunca ihtiyaç duyulabilecek tüm malzemeler mürettebat ve ekipmanlarla Ay’a taşındı. Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) programı için, Apollo programı olarak lojistik stratejisini takip etmek son derece pratik değildir, çünkü bu uzun süreli görev için larg miktarındaki sarf malzemeleri tek bir lansmanla başlatılamaz ve istasyonda depolanamazdı. Bunun yerine, ISS programında “tarifeli ikmal” olarak adlandırılabilecek araçların periyodik ikmal uçuşlarına dayanan başka bir lojistik strateji kullanılmaktadır. Apollo programında öngörülen tahminlerden ziyade, arz türleri ve miktarları uzaydaki ISS’ye olan gerçek talebe göre belirlendi, dolayısıyla bu stratejinin çok daha doğru ve etkili olduğu görülüyor. Açıkçası, bu çözüm uzun süreli görev için uygundur ve görev yeri tedarik üslerinden uzak olmamalıdır.

Yukarıda bahsedilen iki Uzay Lojistiği Stratejisi, geçmiş insan uzay araştırma programları için oldukça iyi işlev görmüştür. Bununla birlikte, gelecekteki uzay misyonları çok daha karmaşık görünüyor, görev planlamacılarının yüzleşmesi gereken kaçınılmaz bir soru, Sırada ne olduğu, hangi Uzay Lojistiği paradigmasının seçilmesi gerektiğidir. Lojistik mimarisinin karmaşıklığı uzay teknolojisinin gelişimi boyunca katlanarak artacaktır. Tedarik üsleri, fırlatma sahaları, transfer düğümleri, tüketen siteler düğümler olarak tanımlanır ve karasal ve yörünge tedarik yolları yaylar olarak tanımlanır.

Uzay Lojistiğinde Güncel Durum

Yeni nesil uzay araştırma programlarıyla, durumun önemli ölçüde karmaşıklaşıp karmaşıklaşmadığına cevap verecek çok az soru var. Görev hedefi Dünya’dan daha uzakta olacak, ulaşım çok daha zor olacak ve tüm keşif görevi boyunca belirsizliğin tahmin edilmesi veya ele alınması zor olacak. Uzay Lojistiği nispeten genç bir alan olmasına rağmen, birçok bilim adamı ve Sistem Mühendisi Uzay Lojistiğini misyonun hem ekonomik hem de sürdürülebilir bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlamak için bir çözüm olarak görmektedir. Massachusetts Institute of Technology (MIT), Illinois Üniversitesi, Jet Propulsion Laboratory (JPL), Nasa’daki araştırmacılar, 21. yüzyıldan beri bu alanda çok fazla araştırma yapmış ve birkaç öğretici sonuç almıştır.

A. Massachusetts Institute of Technology (MIT) Karasal Lojistik Analojileri

Geçtiğimiz yıllarda askeri ve ticari karasal tedarik zinciri yönetiminin hem verimli hem de güvenilir olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, bu olgun çözümlerin uzay araştırmalarında kullanılıp kullanılamayacağı yoğun bir çalışma için yeterli değildir. Erica Gralla, Sarah Shull, Jaemyung Ahm, Afreen Sidiqqi gibi isimler uzayda kapsamlı bir lojistik çerçeve geliştirmek için bilgi elde etmek amacıyla karasal tedarik zinciri analojileri üzerine çok fazla araştırma yürütmektedir. İlk olarak, malzemeleri büyük kategorilere ayırmak için bir yöntem geliştirildi, bu sayede tüm malzemeler bir uzay araştırmasının temel işlevlerine dayanarak on sınıfa ayrıldı. Nakliye sırasında maliyet, zaman ve kullanılabilirliği tahmin etmek için düğümlere dayanan bir model, zeminde buna referansla geliştirilmiştir. Ayrıca, araştırmacılar uzay görevi için varlık yönetimi ve tedarik takibinde radyo frekansı tanımlamasının (RFID) kullanılma olasılığını araştırdılar. RFID zaten nispeten olgun, ancak bu alanda hiç kullanılmamıştır. Ayrıca, analojilerin kapsamını belirlemek için MIT’den araştırmacılar, Haughton Mars Projelerindeki (HMP) lojistik stratejisi ile diğer gezegenlerin yüzeyi arasında bir karşılaştırmanın çizildiği Haughton Mars Projeleri (HMP) adlı NASA tarafından finanse edilen bir keşif gezisi gerçekleştirdiler. Bu projede, yukarıda belirtilen karasal lojistik analojilerin çoğu pratik olarak incelendi ve sonuçlar analojinin bazı yönlerden oldukça mükemmel olduğunu, ancak diğerlerinde çok iyi olmadığını gösterdi.

B. Uzay Lojistik Ağı Tasarımı ve Modellemesi

Karasal Lojistik Strateji modeli üzerine yapılan analojik araştırmaya dayanarak, Jpl’den Gene Lee ve Robert Shishko, Mıt’den Erica L. Gralla, Sarah Shull, uzay lojistiği ve gezegenler arası tedarik zincirleri yönetimi için hem talebi hem de taşımayı gösteren bir modelleme çerçevesi geliştirdiler. Ayrıca, bu modelleme çerçevesinin bir yazılım uygulaması olan SpaceNet adlı bir lojistik planlama aracı geliştirilmiştir. SpaceNet, uzay araştırmalarını modellemek, simüle etmek ve optimize etmek için Matlab/Excel tabanlı bir ortamda geliştirilen hesaplama yazılımıdır. SpaceNet, kullanıcılara keşif misyonu mimarisi analizleri için lojistik stratejilerini tanımlamak, simüle etmek, değerlendirmek ve optimize etmek için bir araç sağlayan grafiksel kullanıcı arayüzüne sahip bir modeldir. Son olarak, tüm araçların ulaşım yollarının görselleştirilmesini içerir ve gezegenler arası tedarik zincirleri aracılığıyla desteklenir.

3. Geçmiş Uzay Görevlerinde Öğrenilen Lojistik Dersleri

Uzay görevlerinin uzay lojistiğindeki mevcut sorunların çoğu, görev planlamasında uzay lojistiği ile ilgili hususların eksikliğine kadar izlenebilir. Yeni nesil uzay araştırmalarında benzer sorunlardan kaçınmak için, geçmişteki başarılı ve başarısız uzay görevlerinden dersler çıkardığı kabul edilmektedir. Deanna Laufer, William A. Evans, ISS ve Shuttle programlarından alınan lojistik dersleri araştırılmış ve sonuçlar, bu programların birçok olumlu yönü olmasına rağmen, tüm sistemin aşırı karmaşıklığı, varlık yönetiminin düşük performansı, düşük düzeyde ortaklık ve sürdürülebilirlik gibi bazı dezavantajların da olduğunu göstermiştir. Bu çalışmanın bir sonucu, gelecekteki uzay araştırmaları mimarisinin planlama sürecinde rehberlik olarak uygun şekilde uygulanacaktır. Yukarıda belirtilen önemli araştırma alanlarının yanı sıra, araştırmacılar diğer bazı alanlarda da araştırmalar yürütmektedir. Robert Shishko lojistik veri tabanı, bilgiye erişilebilirlik ve konfigürasyon yönetimi üzerine çalışmalar yaptı ve veri bütünlüğü ve güvenliğinin iyileştirilmesinin yanı sıra konfigürasyon yönetiminin de gereken temel ilerlemeler olduğuna dikkat çekti. Christine Taylor, uzay lojistiğinin önemini göz önünde bulundurarak uzay aracı tasarımı üzerinde çalıştı ve uzay lojistiği ağı için entegre bir yörünge ve araç optimizasyon yaklaşımı geliştirdi. Shuichi Matsumoto, yeniden kullanılabilir bir yörünge transfer aracı ve harcanabilir bir uzay lojistik kargosundan oluşan yeniden kullanılabilir bir yörünge lojistik tedarik servis sistemi geliştirdi. James Michael Snead, yakın vadeli teknolojilerden yararlanan ve düşük dünya yörüngesinde ve dünya-ay sisteminde lojistik operasyonları destekleyen yeniden kullanılabilir uzay gemilerinin kavramsal bir tasarımını önermiştir.

Uzay Lojistiğinin Geleceği

Bu bölümde, bir uzay lojistik ağı bağlamında uzun süreli başarının sağlanabilmesi için gelecekte ihtiyaç duyulan gelişme eğilimi ve kilit gelişmeler ele alınmaktadır. Yukarıda belirtilen kavram olarak, uzay lojistiği, tüm mürettebatın tüm uzay araştırmaları boyunca ihtiyaç duyduğu yüklerin taşınması, depolanması ve izlenmesi olarak tanımlanmaktadır. Tedarik ağları, düğümler, sürekli birbirlerine göreceli hareket alanı, lojistik stratejisi bu noktaya değiyor ve bu kez daha güven hatta bu ağ doğruluğu üzerinde daha yüksek bir talebe yol açar. Göreceli sıcak alanların yanı sıra, uzay lojistiği stratejisi planlaması için başka hangi kilit teknolojilerin incelenmesi gerektiği hala bir sorudur. Uzay lojistiğinin sınırlandırılması ve hususları dikkate alınarak hazırlanan bu makale, uzay lojistiği teknolojilerinin birincil gelişme eğilimini aşağıdaki gibi özetlemektedir.

A. Uzay Aracı ve Tahrik Tasarımı

Uzay araştırmalarında neredeyse kilit bağlantıdır. Lojistik ağına dayalı uzay misyonları için araçlar tasarlarken, GNC (rehberlik, navigasyon, kontrol), yörünge belirleme gibi geleneksel hususların yanı sıra, ayrı bir husus çok daha katı bir sınırlama ve taşıma süresi talebidir. Uzay araçları tasarımı gibi, tahrik tasarımının gelecekte karşı karşıya kalması gereken birkaç zorluk var. Yeni neslin tedarik zinciri yönetimine dayalı olarak sürdürülebilmesi için tahrik sisteminin daha güvenilir, zararsız, hassasiyetle kontrol edilebilir, uygun fiyatlı olması ve uzun süreli uzay görevlerinde performans marjına sahip olması gerekmektedir. Hep birlikte, gelişmiş uzay aracı ve tahrik tasarımı sadece uzay teknolojisindeki gelişimin anahtarı değil, aynı zamanda uzay lojistiğinde yeri doldurulamaz bir rol oynamaktadır.

B. Yerinde Kaynak Kullanımı (ISRU)

Ortalama olarak, Dünya’dan fırlatılan kütlenin %93’ü iticidir ve geleneksel görev mimarisi, görev boyunca ihtiyaç duyulan tüm harcanabilir yakıtı araçlarla başlatmaktır, bu geçmiş nispeten basit görevler için iyi işlev görebilir, ancak gelecekteki görevler için son derece pratik olmamalıdır. Günümüzde bu soruna çözüm olarak görülen ve Yerinde Kaynak Kullanımı (ISRU) olarak adlandırılan yeni bir teknoloji geniş çapta incelenmektedir. “Karadan yaşamak” olarak da adlandırılan ISRU, yerel kaynakların itici maddeler, yaşam destek sarf malzemeleri gibi faydalı ürünlere çıkarılmasını ve işlenmesini içerir. Kuşkusuz, etkili bir ISRU, tüm sistem maliyetini düşürecek ve fırlatma maliyetinin ve Dünya’dan gelen kütlenin azalması nedeniyle güvenilirliği ve esnekliği artıracak, aynı zamanda uzayda veya diğer gezegenlerin yüzeyinde insan yerleşimi için pratik hale getirecektir. ISRU daha önce hiç gösterilmemesine rağmen, hiçbir şekilde pratik olmayan bir çözüm değildir ve gösterildikten sonra misyon ve mimarlık kavramları üzerinde önemli bir etkisi olabilir.

C. İletişim

Uzay iletişimi, iki uzay aracı arasında veya uzay aracı ile yer istasyonu arasında sinyallerin iletilmesini veya alınmasını içerir. Bu sinyaller bilgi aktarmak, göreceli konum ve hızın ölçülmesini sağlamak ve kontrol komutunu iletmek için kullanılabilir. Gelecekteki uzay araştırmalarında, iletişim teknolojisinin geliştirilmesinde, yer tabanlı iletişim istasyonunun sinyalleri son derece uzun mesafelerde iletebilmesi ve araçla taşınan iletişim ekipmanlarının bu sinyalleri alabilmesi gibi çeşitli zorluklar vardır. Yukarıda belirtilen teknolojilerin yanı sıra, geliştirilmesi gereken birkaç alan daha vardır. Gelecekte uzun görev döngüsü göz önüne alındığında, depolama malzemeleri (gıda, su, yakıt vb.). Uygulanabilir uzay ortamı göz önüne alındığında, göktaşı, kozmik radyasyon, X-ışınları ve ultraviyole radyasyon tehlikesini önlemek için daha güçlü bir yaşam destek sistemi geliştirilmelidir. Uzay görevlerinin daha karmaşık hale gelmesiyle, uzay lojistiğinde yeni değişiklikler ve kavramlar gerekecektir.

Sonuç

Bu makale, uzay lojistiği kavramını ve temel hususları tanımlamakta ve daha sonra bu alanın geçmişini ve bugününü tanıtmaktadır. Buna dayanarak, bu makale gelecekteki çalışmalarda vurgulanması gereken birkaç önemli ilerlemeyi ortaya koymaktadır. Uzay lojistiğe ait çaba nispeten genç bir alan olmakla birlikte, gelecekteki uzay mimarisi için önemli faydalar sağlayacak uygulanabilir, güvenilir, uygun maliyetli ve sürdürülebilir olmasını sağlayan önemli bir çözüm olarak kabul edilir.

Instagram Hesabı‘mızı da takip edebilirsiniz!

İlk yorum yapan olun

Bir yanıt bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.


*