Neil D. Macdonald
Bir Dünya Uydusu İçin Hesaplama
Neil D. Macdonald
New York, N.Y.
Donanma Bakanlığı ve International Business Machines Corporation, Uluslararası Jeofizik Yılı (IGY) sırasında bilimsel amaçlarla fırlatılacak dünya uydusunun yörüngesini hesaplamak ve öngörmek için yüksek hızlı bir elektronik hesaplama tesisi sağlamaktadır. Uydu için sorumluluk Project Vanguard'a verilmiştir.
1 Temmuz 1957'de başlayıp 31 Aralık 1958'e kadar sürecek olan IGY sırasında, bilim insanları uyduyu yerden 200 ila 300 mil yükseklikte bir yörüngeye yerleştirmeye çalışacaklardır.
Vanguard Hesaplama Merkezi Washington, D.C.'de bulunacak ve bir IBM 704 kullanacaktır. Deniz Araştırmaları Laboratuvarı'nın danışmanı olan Dr. Paul Herget, merkezin kadrosunun başında yer alacaktır. Dr. Herget, Cincinnati Gözlemevi Direktörü ve Cincinnati Üniversitesi'nde Astronomi Profesörüdür ve Uluslararası Astronomi Birliği için yaklaşık 1600 küçük gezegen ya da asteroidin izlenmesi konusundaki çalışmalarıyla tanınmaktadır. Görüş alanından onlarca yıl boyunca kaybolmuş olan birkaçının yörüngesini yeniden belirlemiştir. Dr. Herget'in hesaplama çalışmalarının büyük bir kısmı elektronik bilgisayarlarla yapılmıştır; bu nedenle hızlı hareket eden gök cisimlerini izleme sorunlarını iyi bilmektedir. IBM 704'ün öncüsü olan IBM 701'i kullanarak Dr. Herget, iki yıl önce "kayıp" asteroid Athalia'yı bulmuştur.
Vanguard Hesaplama Merkezi, yine Washington'da bulunacak olan Vanguard Haberleşme Merkezi ile teleks ve telefon aracılığıyla bağlantılı olacaktır. Bununla birlikte, ikinci bir yedek Donanma hesaplama tesisi de başka bir yerde, büyük olasılıkla Virginia, Dahlgren'deki Naval Proving Ground'da hazır durumda tutulacaktır.
Uydunun fırlatılmasından sonra, Vanguard Hesaplama Merkezi günün her saati çalışarak yörüngeyi hesaplayacaktır. Merkez, dünyanın dört bir yanındaki çok sayıda radyo izleme istasyonu ve gözlem noktasından gelen verileri kullanacaktır.
Mevcut planlara göre, her radyo izleme istasyonu, uydu istasyonun meridyen boylamından geçtikten sonra 20 dakika içinde Vanguard Haberleşme Merkezi'ne üç veri seti gönderecektir. Veriler elendikten sonra bilgisayara verilecektir. Her veri seti, uydunun yönünü tanımlayan iki açıdan ve bir gözlem zamanından oluşacaktır. Vanguard Haberleşme Merkezi ayrıca dünya genelindeki resmi olmayan izleme istasyonlarından ve optik gözlem noktalarından bilgi alacak ve bu bilgileri hesaplama için Hesaplama Merkezi'ne aktaracaktır.
Bilgisayar, izleme istasyonlarından elde edilen bilgileri kullanarak uydu yörüngesini tanımlamak üzere bir dizi faktör hesaplayacaktır. Bu yörünge faktörleri, dünyanın dört bir yanındaki gözlemciler tarafından uydunun çeşitli gözlem noktalarından geçiş zamanını öngörmek için kullanılacaktır. Yörünge faktörleri ayrıca radyo izleme istasyonlarına, resmi IGY optik gözlem istasyonlarına, dünyanın başlıca astronomik gözlemevlerine ve büyük şehirlerine sağlanacaktır.
IGY optik istasyonları için hesaplanacak öngörü verileri, meridyen geçiş zamanı, zenit açısı, açısal hız ve meridyen geçişinden önce uygun bir yakalama yönünün konumunu içerecektir. Büyük şehirler için sağlanan bilgiler, uyduya ne zaman ve nerede bakılması gerektiğini gösterecektir.
Uydu, elverişli hava koşullarında muhtemelen optik olarak gözlemlenebilecektir. Ancak her durumda Deniz Araştırmaları Laboratuvarı, "Minitrack" adı verilen bir yöntem kullanarak uyduyu hemen hemen her türlü hava koşulunda izlemeyi beklemektedir. Bu yöntem, uyduya yerleştirilecek ve yerdeki hassas alıcı donanıma sürekli bir sinyal yayan minyatür bir radyo vericisi kullanır. Bu sinyal, resmi radyo izleme istasyonları ve diğer radyo gözlemcileri tarafından alınacak ve Vanguard Haberleşme Merkezi'ne iletilecektir.
Mevcut planlar, resmi ABD izleme istasyonlarının aşağıdaki yerlerde konuşlandırılmasını öngörmektedir:
- Blossom Point, Maryland (Washington, D.C.'nin 40 mil güneyi)
- Fort Stewart, Georgia
- Batista Field, Havana, Küba
- Coolidge Field, Antigua Adası, Britanya Batı Hint Adaları
- Cotopaxi Dağı, Quito, Ekvador
- Ancon, Lima, Peru
- Antofagasta, Şili
- Peldehue Askerî Rezervasyonu, Santiago, Şili
- Navy Electronics Laboratory, San Diego, California
Uydudan elde edilecek bilgilerin, bilim insanlarının dünyanın boyutu ve şekli ile atmosferi hakkında şu anda bildiklerinden çok daha fazlasını öğrenmelerine yardımcı olması beklenmektedir. Deniz Araştırmaları Laboratuvarı'nda Project Vanguard Direktörü olan Dr. John P. Hagen'e göre, uydu bilim insanlarının ilk kez, güneşten gelen ve dünyanın atmosferine nüfuz etmeyen bazı elektromanyetik ışımalar üzerinde astronomik gözlemler yapmalarına olanak sağlayacaktır. Uydunun ayrıca atmosfer, gelen ışımalar, ozonosfer ve iyonosfer gibi atmosferin daha yüksek bölgeleri ve aurora gibi atmosferdeki bazı olgular hakkında daha fazla bilgi sağlaması beklenmektedir.
Project Vanguard üzerindeki çalışmalar, Başkan Eisenhower'ın ABD'nin Uluslararası Jeofizik Yılı'na katılımının bir parçası olarak insansız bir dünya uydusu fırlatacağını açıklamasının ardından, 1955 yazında başlamıştır.
Project Vanguard, Ulusal Bilimler Akademisi tarafından kurulan Uluslararası Jeofizik Yılı için ABD Ulusal Komitesi'nin ve National Science Foundation'ın talebi üzerine Savunma Bakanlığı tarafından üstlenilmiştir.
Savunma Bakanlığı'nın katılımı, Donanma Araştırmaları Şefi'nin yönetimi altında üç kuvvet esasına dayanmaktadır. Project Vanguard, teknik programın uygulanmasından sorumluluğu üstlenen Deniz Araştırmaları Laboratuvarı'nda yapılandırılmıştır. Bu program, üç aşamalı bir roket fırlatma aracının geliştirilmesini, fırlatmayı, uydunun ilk radyo izlenmesini ve yörüngesinin belirlenmesini ve öngörülmesini kapsamaktadır. Baltimore'daki Glenn L. Martin Co., fırlatma aracı için ana yüklenicidir.
Uydu, 1 Temmuz 1957 ile 31 Aralık 1958 tarihleri arasında bir zamanda, Florida'daki Patrick Hava Kuvvetleri Üssü'nden ateşlenecektir.
Vanguard Hesaplama Merkezi
Vanguard Hesaplama Merkezi, fırlatma tarihinden çok önce ön testler ve prova çalışmaları yapacaktır. Uydu, 20 inçlik bir küre olarak, üç aşamalı bir roketle uzaya taşınırken, Vanguard bilgisayarı onun izlediği yolu öngörmeye çalışacaktır. Sorun, yerden 12 mil yüksekte süpersonik bir jet uçaktan bırakılan bir golf topunun izlenmesiyle karşılaştırılabilir. IBM 704’ün iç işlemleri, izleyeceği yer uydusundan kat kat daha yüksek bir hızda gerçekleşir. Tipik bir elektronik sinyal, bilgisayarın kabloları boyunca saniyede 186.000 mil hızla ileri geri hareket eder ve saniyede bir milyon kez yön değiştirir. Bu darbeler, aritmetik ve mantıksal birimdeki karmaşık devreler tarafından kullanılarak saniyede 41.800 toplama ve çıkarma, saniyede 4.700 adet on basamaklı sayıların çarpma ve bölme işlemlerini gerçekleştirecek şekilde değerlendirilir.
Uydunun dünya etrafındaki her 90 dakikalık dönüşü için en az bir konum raporundan yola çıkarak, 704, dünyanın dört bir yanındaki gözlemcilerin yararlanması amacıyla uydunun tepe noktasından geçiş için beklenen zamanını hesaplayacaktır.
Hızla hareket eden uydunun önünde kalma görevi oldukça karmaşıktır. Uyduyun dünya etrafındaki tam turunu tamamlaması için gereken bir buçuk saat içinde, yeryüzü ekvator üzerinde doğuya doğru 1.600 mil yer değiştirecektir. Bir uçaktan farklı olarak, küçük küre 200 mil ve üzerindeki yüksekliklerde atmosferimizden neredeyse tamamen bağımsız olacaktır. İnsan yapımı ay, fırlatıldığı gezegenin boylamı boyunca günde yaklaşık on beş kez batıdan doğacak ve doğuda batacaktır.
Dikkate alınması gereken bir diğer etken, uydunun yörüngesinin eğimidir; bunun 30 ile 45 derece arasında olması beklenmektedir. Örneğin eğim 45 derece olsaydı, uydunun yörüngesi 45 derece kuzey enlemi ile 45 derece güney enlemi arasında kalan bir kuşaktaki konumların üzerinden geçecekti. Buna bağlı olarak, uydu bu bölge içinde ve yeterince yakınındaki yerlerde görülebilecektir. Ancak uydu yalnızca şafak vakti veya alacakaranlıkta, gökyüzü yeterince bulutsuz olduğu takdirde görülebilecektir. Sadece parlak, metalik dış yüzeyi, kararmış bir gökyüzüne karşı güneş ışınlarıyla aydınlandığında görülecektir. Yörünge sabit kalırsa, dönen dünyanın üzerinde uydunun oluşturduğu hayali gölge, bir duvar haritası üzerinde ekvatoru ileri geri geçen bir dizi kıvrımlı çizgi olarak izlenebilir. Çizgilerin üst ve alt sınırları fırlatma açısına bağlıdır. Açı ne kadar büyükse, uydunun belirli bir zamanda görülebileceği dünya alanı da o kadar geniş olur.
(devamı sayfa 8, 9 ve 23’te)
Bilgisayarlar ve Otomasyon
Proje Vanguard’ın Direktörü Dr. John P. Hagen, burada Washington, D.C.’deki Naval Research Laboratory’de onun yönetimi altında çalışan bilim insanları tarafından tasarlanan yer uydusunun tam ölçekli, kesitli bir modeliyle birlikte görülmektedir. İçeride gösterilen donanım, uydu uzaya fırlatıldıktan sonra dünyaya bir radyo sinyali iletecek olan telemetri ekipmanını içermektedir. Bu bilgiler, Washington, D.C.’deki bir IBM 704 elektronik bilgisayarına aktarılarak uydunun yörüngesini öngörmek ve hesaplamak için kullanılacaktır.
Dr. Paul Herget, IBM 704 Elektronik Veri İşleme Makinesi’nin konsolunda görülmektedir. Uluslararası Jeofizik Yılı sırasında fırlatılması planlanan insan yapımı yer uydusunun yörüngesini öngörmek ve hesaplamak üzere bu tür yüksek hızlı bir sistemi kullanacak olan Proje Vanguard Hesaplama Merkezi’nin, Washington, D.C.’deki başına geçecektir.
Yer Uydusu
Yer uydusunun izlediği yolu olağanüstü hızlarda hesaplayacak ve öngörecek olan IBM 704 Elektronik Veri İşleme Makinesi. 704, Washington, D.C.’deki Proje Vanguard Hesaplama Merkezi’nin kalbi olacaktır. Uydunun yaydığı radyo sinyalleri Merkez’e iletilecek ve burada dev makine bilgileri işleyerek küçük kürenin yörüngesini, radyo izleme istasyonları ve optik gözlemcilerin yararı için hesaplayacaktır.
IBM 740 Katot Işın Tüplü Çıkış Kaydedicisi (CRT), IBM 704 Elektronik Veri İşleme Makinesi’nin çıktısını mühendislik sembolleri, sözcükler, sayılar veya geometrik şekiller biçiminde gösteren görsel bir görüntüleme birimidir. Yer uydusunun yörüngesi, bu bilgiler makine tarafından hesaplanırken CRT ekranı üzerinde çizilebilir. CRT ile Proje Vanguard bilim insanları, uydunun doğrudan aşağıdaki dünya yüzeyi üzerindeki izlediği yolu takip etmeyi, deseni fotoğraflamayı ve elverişli gözlem koşullarına sahip bölgelerin haritaları üzerine bindirmeyi planlamaktadır. Katot ışın tüpünü ayrıca, görsel olarak göstermek istedikleri uydu problemine ilişkin diğer herhangi bir aşama için de kullanabilirler.
(metnin devamı sayfa 23’te)
Yer Uydusu
IGY gözlem noktalarına, geçiş zamanı ve yüksekliği ile açısal hız bilgileri gönderilecektir. Özellikle açısal hız büyük önem taşımaktadır; çünkü bir optik istasyon, uydu göründüğünde onu teleskop nişangâhına sabitleyebilmek için, batıdan doğuya doğru gökyüzünü hızla kat edip birkaç dakika içinde ufkun altına kaybolurken, hem yönünü hem de hızını önceden bilmek zorundadır. Uydu gökyüzünde saniyede yaklaşık bir derece hızla hareket edecektir; örneğin, Ay’ın çapına eşdeğer bir mesafeyi yaklaşık yarım saniyede kat ediyor gibi görünecektir.
Matematikçiler, 704 için çeşitli programlar tasarlamaya başlamışlardır; bunların tümü uydunun yörüngesini mümkün olduğunca doğru tahmin etmeyi amaçlamaktadır. Genel olarak her program önce delikli kartlara işlenir, ardından bir karttan banda dönüştürücü aracılığıyla manyetik banda aktarılır. Böylece makinenin belleği hızla silinebilir ve saniyede 2.500 sözcük hızında yeni bir komut dizisi banttan beslenebilir.
Geliştirilecek programlar arasında, roket üçüncü aşama yanmasının sona erdiği ve uydunun uzaya fırlatıldığı anda, atış sahasına yakın bölgelerde yapılan gözlemler üzerinde çalışacak bir program da bulunmaktadır. Bu erken veriler, uydunun iyi bir yörüngeye ulaşıp ulaşmadığını, yani atmosferik sürtünme nedeniyle yok olacak kadar Dünya’ya yaklaşmayacak bir yörüngede olup olmadığını belirlemek için hesaplanacaktır. Ardından 704’ün derhal geçirileceği ikinci bir program, en erken Minitrack gözlemlerinden alınan raporlar üzerinde hesaplamalar yapacaktır. Ayrıca, yeterli gözlem elde edildikten sonra uydunun izlediği yolu daha doğru tahmin edebilmek için yörüngeyi hassaslaştıracak eksiksiz bir program da bulunacaktır. Aslında bu hassaslaştırma süreci, genel bilgisayar işlevinin karakteristik bir özelliğidir.
Uydudaki hafif radyo vericisi pilleri yalnızca görece kısa bir süre dayanacaktır. Radyo sinyali kesildiğinde, IGY bilim insanları yalnızca optik gözlemlere güvenmek zorunda kalacaktır. Bu nedenle, yapay ay yörüngesinde dönmeye devam ettikçe, kesin bir uydu zaman çizelgesi daha da büyük önem kazanacaktır. Bilgisayarın hesaplamaları olmaksızın, uydunun kısa sürede gözden kaybolması mümkündür.