Akademik Veri Yönetim Sistemi
Erkan K. (Yürütücü), Şahin O., Daşdemir J., Avci A.
TÜBİTAK Projesi, 2024 - 2027
Uzay çalışmalarında, uçuş ve uzayda kalma süresince kullanılacak bütün cihazların, görev öncesi test ve performans değerlendirmelerinin yapılması gereklidir. Uzay ortamına erişim zahmetli, pahalı ve bazı durumlarda imkansızdır. Yeryüzünden farklı olarak, uzay ortamında karşılaşılan en büyük fiziksel zorluklardan birisi yerçekiminin yok denecek kadar az etki göstermesidir. Dolayısıyla, uzay görevlerinde kullanılacak cihazların mikro – yerçekimi (literatürde baze sıfır yerçekimi olarak da adlandırılır) ortamında test ve performans ölçümlerinin görev öncesi yapılması başar için kritik öneme sahiptir. Mikro – yerçekimi, yeryüzünde, parabolik uçuş, düşüş kuleleri, hava yataklı platformlar ve manyetik yataklı platformlar ile daha ucuz, enerji verimli, kontrol edilebilir ve sürdürülebilir şekilde başarılmaktadır. Özellikle, laboratuvar koşullarında mikro -yerçekimi şartlarının yeniden oluşturulması test faaliyetlerini kolaylaştırarak maliyeti ciddi oranlarda düşürmekte, zaman ve enerji tasarrufu sağlayarak teknolojik ilerlemeye doğrudan katkıda bulunmaktadır.
Proje kapsamında, endüksiyon temelli elektrodinamik levitasyon prensibine dayalı çok serbestlik derecesinde hareket yeteneğine haiz bir mikro – yerçekimi platform teknolojisinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Laboratuvar ölçeğinde, 50x50x20 cm boyutlarını aşmayan bir prototipin optimal tasarımı, imalatı ve gürbüz levitasyon kontrolü hedeflenmiştir. Ortaya konacak mikro-yerçekimi platformu >1 m/s hızlarında düzlemsel hareket yeteneğine sahip olacak ve üzerine yerleştirilecek uzay ekipmanı düzlemsel (2-boyutlu) mikro-yerçekimi testlerine tabi tutulabilecektir.
Bu platform, test edilmek istenen uzay yüzey araçlarının, gerçeğe yakın yer çekimleri ve diğer sistemlerde mümkün olmayan yüzey koşulları altında (toz ve pürüzlülük gibi) test ve optimize edilmesini mümkün kılacak bir ortam oluşturacaktır. Elektrodinamik levitasyon, üzerine kalıcı mıknatısların Hallbach dizisi şeklinde yerleştirildiği levitasyon disklerinin yüksek hızlı elektrik motorları ile döndürülmeleri ile gerçekleştirilecektir. Hallbach dizilimi, disk boyutu ve sayısı, proje kapsamında optimal tasarımı yapacağımız Ar – Ge konularının başında gelmektedir. Mekanik aksam ve iskelet, ağırlık ve boyut kısıtı dikkate alınarak optimal olarak tasarlanacaktır. Mekanik bileşenlerin üretiminde karbon katkılı kompozit malzemelerin kullanımı öngörülmektedir. Ağırlık azaltılırken aynı zamanda dayanımdan ödün verilmemiş olacaktır.
Proje kapsamındaki elektrodinamik levitasyon sistemi doğası gereği kontrol açısından kararsız bir sistemdir. Sistemin kararlı çalışmasını sağlayacak olan kontrol algoritmaları, geleneksel doğrusal kontrol sistemleri tasarım yöntemlerine ek olarak, modelleme hataları, parametrik belirsizlikler ve bozucu etkiler gibi faktörlerle başa çıkabilme yetisine sahip doğrusal olmayan gürbüz kontrol algoritmalarının geliştirilmesi yoluyla sağlanacaktır. Bu bağlamda, modelleme ve tanımlama, doğrusal ve doğrusal olmayan kontrol algoritmalarının geliştirilmesi, benzetimi ve gerçek zamanlı uygulaması, üzerine yoğunlaşacağımız diğer Ar – Ge konularıdır. Kararlı kontrol sisteminin gerçeklenebilmesi ve dijital kontrol algoritmalarının yürütülebilmesi için gerekli olan gerçek zaman kontrol ünitesi, sensör ve arabirim elektronik donanımı proje ekibi tarafından tasarlanacaktır. Prototip üzerinde bütün yazılım ve donanım entegrasyonu ekip çalışması ile yapılacak, nihai olarak performans ölçümleri deneysel olarak gerçekleştirilecektir.
Proje kapsamında geliştirilecek mikro – yerçekimi platformunu farklı kılan temel unsurlar;
•
Platformun levitasyon hava aralığının 2 – 3cm civarında olması öngörülmektedir. Muadillerine göre (hava yataklı sistemlerde 5 – 15μm, manyetik levitasyonlu sistemlerde 1cm) nispi olarak büyüktür. Böylece, düşey yönde sınırlı da olsa hareket kontrol kabiliyeti geliştirilmiş olacaktır.
•
Platform geniş hava aralığına sahip olacağından dolayı toz ve kir gibi bozuculara karşı daha duyarsız bir yapı sergileyecektir. Platform, olağan bir laboratuvar ortamında çalıştırılabilecek, özel alan gereksinimi olmayacaktır.
•
Levitasyon için sadece elektrik enerjisine ihtiyaç duyacak, basınçlı hava gibi farklı bir enerji kaynağı ihtiyacı bulunmayacaktır. Enerji dönüşümünden kaynaklı kayıplar azaltılacak daha enerji verimli bir sistem elde edilmiş olacaktır.
•
Platform levitasyon kontrolü için kayan kipli gürbüz kontrol algoritmaları geliştirilecektir. Algoritmaların etkinlikleri böyle bir sistem için literatürde ilk kez raporlanmış ve yorumlanmış olacaktır.
•
Platform, reaksiyon plakası tarafından üretilen itme kuvveti ile plaka üstünde levite edileceğinden dolayı, levitasyon ve işletme güvenliği sağlanmış, üzerine montajlanacak pahalı ekipmanlar için risk en aza indirilmiş olacaktır.
•
Platform standart hali hazırda yer alan malzemeler kullanılarak imal edilebileceğinden maliyet efektif bir çözüm sunacaktır.