Havacılık ve Uzay Telemetrisinin Tarihi

Havacılık telemetrisi, uzay araçları, uçaklar ve füzelerin bu araçlar ve yer kontrol istasyonları arasında veri ileterek gerçek zamanlı izlenmesini ve kontrolünü sağlayan hayati bir teknolojidir. Telemetri, ilk günlerinden günümüze kadar çeşitli havacılık görevlerinin başarısında kritik bir rol oynamış ve ABD, SSCB/Rusya, Avrupa, Çin ve Japonya gibi ülkelerin yanı sıra SpaceX, Blue Origin ve ULA gibi özel şirketlerin büyük girişimlerini desteklemiştir. Bu makale, havacılık telemetrisinin başlangıcından günümüze evrimini aktaracak, önemli havacılık programlarındaki temel teknolojileri ve uygulamalarını vurgulayacaktır.

Telemetrinin Kökenleri

Havacılık telemetrisinin erken tarihi, kökleri 20. yüzyılın başlarına kadar uzanan radyo iletişiminin ve havacılık endüstrisinin gelişimiyle derinden iç içedir. Uçakların ve daha sonra uzay aracı sistemlerinin uzaktan izlenmesine duyulan ihtiyaç, modern havacılık operasyonları için kritik hale gelen telemetri teknolojilerinin icat edilmesine ve evrimine yol açmıştır.

Kablosuz İletişim Öncüleri

Telemetri kavramı – uzaktan veri ölçümü ve iletimi – 19. yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın başında radyo iletişiminin geliştirilmesiyle ortaya çıkmıştır. Guglielmo Marconi ve Nikola Tesla gibi radyo iletişiminin icadında önemli isimler, uzun mesafelerde kablosuz olarak sinyal gönderme yeteneğini göstererek telemetri için temel oluşturmuştur.

Guglielmo Marconi

İtalyan mucit Guglielmo Marconi, genellikle radyonun icadıyla anılır. 1895’te, kısa bir mesafe üzerinden ilk radyo sinyalini başarıyla iletmiş ve 1901’de ilk transatlantik radyo iletişimini kurmuştur. Marconi’nin çalışması, daha sonra telemetri için uyarlanacak olan kablosuz iletişimin potansiyelini göstermiştir.

Nikola Tesla

Sırp-Amerikalı mucit Nikola Tesla, radyo iletişimi ve kablosuz teknolojiye önemli katkılarda bulunmuştur. 1900’lerin başlarında Tesla, gelecekteki telemetri sistemleri için temel oluşturan kavramlar olan kablosuz güç iletimi ve uzaktan kumanda ile deneyler yapmıştır.

ABD Hava Kuvvetleri ve İngiltere Kraliyet Hava Kuvvetleri, uçuş kontrolü ve izleme için radyo teknolojileri geliştirmekle ilgilenen askeri kuruluşlar arasındaydı. Western Electric ve RCA gibi şirketler erken radyo iletişim sistemleri geliştirerek telemetrinin temellerini daha da güçlendirdi.

Roket Biliminde Telemetri (1920’ler-1930’lar)

Genellikle modern roketçiliğin babası olarak anılan Amerikalı mühendis Robert Goddard (1842-1945), öncü çalışmalarıyla havacılık telemetrisine önemli katkılarda bulunmuştur. 1914’te çok aşamalı ve sıvı yakıtlı roket icatlarını patentlemiştir. Dünyanın ilk sıvı yakıtlı roketini 16 Mart 1926’da Massachusetts’teki bir çiftlikte fırlatmıştır. Roketlerinden yer tabanlı gözlemcilere uçuş verilerini iletmek için radyo sinyalleri kullanan bir telemetri sistemi geliştiren ve kullanan ilk kişilerden biridir. 

Ticari çözümler mevcut olmadığından, Goddard roketlerinden veri toplamak ve iletmek için elektronik aletler geliştirmiştir. Bu sensörler irtifa, ivme, barometrik basınç, hız, yakıt tüketimi, nozul basıncı, sıcaklık ve yakıt yanma oranları gibi verileri ölçmüş ve iletmiştir.

Goddard’ın telemetrisinin kaydedilen en erken kullanımlarından biri, 16 Nisan 1935’te New Mexico, Roswell’de yapılan bir test uçuşudur. Bu uçuş sırasında, roketin irtifası ve diğer parametreler hakkında gerçek zamanlı verileri başarıyla yere iletmiş ve veriler analog aletler ve ölçüm cihazları kullanılarak kaydedilmiş ve görüntülenmiştir. Bu, radyo telemetrisinin roketçiliğe uygulandığı ilk örneklerden biridir.

Havacılıkta Telemetri (1910’lar-1930’lar)

Telemetri, havacılıktaki hızlı gelişmelerin etkisiyle 1920’lerde ve 1930’larda belirgin bir teknoloji olarak şekillenmeye başlamıştır. Uçaklar daha sofistike hale geldikçe, güvenlik ve performansı garantilemek için sistemlerini uzaktan izleme ihtiyacı artmıştır. 

İlk telemetri sistemleri ilkeldi ve Goddard’ın roketlerinde yaptığı gibi uçaktan yer istasyonlarına veri iletmek için analog radyo sinyalleri kullanılmıştır. Bu sistemler genellikle motor sıcaklığı, yakıt seviyeleri ve irtifa gibi temel ölçümlerle sınırlı kalmıştır. Veriler, frekans modülasyonu (FM) kullanılarak gerçek zamanlı olarak radyo aracılığıyla iletilmiş ve bu da kritik parametrelerin sürekli izlenmesine olanak sağlamıştır.

İlk Yenilikçiler

1910 yılında kurulan Sperry Corporation, havacılık enstrümantasyonunun erken gelişiminde önemli bir rol oynamıştır. Amerikalı bir mucit ve girişimci olan Elmer Sperry, ilk jiroskobu icat edenlerden biridir. Oğlu Lawrence Sperry, günümüzde hala kullanılan otopilot ve yapay ufuk ölçeri icat etmiş. 

İlk kez 1914’te gösterilen Sperry’nin otopilotu jiroskopik stabilizasyon kullanmıştır. Tam anlamıyla bir telemetri sistemi olmasa da gerçek zamanlı uçuş izleme ve stabiliteye önemli ölçüde katkıda bulunmuştur. Otopilot bir rota ve irtifanın korunmasına yardımcı olmuş ve uçağın konumu ve kontrol girdileri hakkındaki veriler radyo dalgaları kullanılarak yere iletilebilmiştir.

Bir diğer önemli katkı sağlayıcısı ise Vincent Bendix tarafından 1924’te kurulan Bendix Corporation’dır. Bendix, erken uçuş aletleri de dahil olmak üzere otomotiv ve havacılık bileşenlerinde uzmanlaşmıştır. Bendix mühendisleri, veri iletiminin güvenilirliğini ve doğruluğunu artırmak için telemetri sistemlerini geliştirmek için çalışmıştır.

1. Dünya Savaşı Sırasında Telemetri (1939-1945)
2. Dünya Savaşı, havacılık telemetrisinin geleceğini şekillendirecek yeniliklere yol açan araştırma ve geliştirmeye önemli yatırımların yapılmasına neden olmuştur.

Raytheon’un havacılık telemetrisine ilk katkıları, öncelikle RADAR teknolojisi, güdümlü füze sistemleri ve askeri elektronik yenilikler aracılığıyla olmuştur. Şirket, füze ve uçak performansı hakkında gerçek zamanlı veri iletmek için telemetri sistemleri geliştirerek mühendislerin ve askeri operatörlerin uçuş yörüngeleri, hızları ve kontrol sistemleri hakkında değerli bilgiler toplamasını sağlamıştır. Radar sistemleri, uçak, gemi ve füze yörüngelerini izlemek için elzemdir ve radar sistemleri aracılığıyla toplanan verilerin genellikle gerçek zamanlı olarak yer istasyonlarına iletilmesi gerekmektedir.

N1-M, YB-35 ve YB-49 gibi alışılmadık “uçan kanat” tasarımlarıyla bilinen Northrop Aviation, sonunda telemetri sistemleri haline gelen erken uçuş veri kayıt cihazları geliştirmiştir. Bu uçakların benzersiz yapısal ve aerodinamik zorlukları nedeniyle Northrop, hava hızı, irtifa, motor performansı, yapısal stres ve kontrol yüzeyi hareketleri gibi temel uçuş parametrelerini izlemek ve iletmek için sistemler icat etmiştir. Bu veriler, mühendislerin uçuş parametrelerini analiz edip daha iyi performans için ayarlayabildiği yer istasyonlarına radyo sinyalleri aracılığıyla gönderilmiştir.

Bu dönemdeki en dikkat çekici gelişmelerden biri, dünyanın ilk uzun menzilli güdümlü balistik füzesi olan Alman V-2 roketinde kullanılan telemetri sistemidir. V-2 roketi, roketin performansı ve uçuş yolu hakkındaki verileri yer kontrolüne ileten bir telemetri sistemiyle donatılmıştır.

Bu sistem, hız, irtifa ve motor durumu gibi bilgileri göndermek için radyo sinyallerini kullanmış ve mühendislerin roketin davranışını analiz etmesine ve tasarımını iyileştirmesine olanak tanımıştır. Bu, uzun menzilli bir rokette ilk büyük ölçekli telemetri kullanımlarından biridir ve bu da onu sonraki havacılık uygulamaları için önemli hale getirmiştir.

Savaş Sonrası Gelişmeler ve Uzay Çağı’nın Başlangıcı (1940’ların ortası-1950’ler)

1950’ler, füze geliştirme, süpersonik uçuş ve erken uzay yarışı talepleri tarafından yönlendirilen havacılık telemetrisinde hızlı bir yenilik dönemini işaret etmiştir. Bu gelişmeler havacılık ve uzay araştırmalarında kullanılan modern telemetri sistemlerinin omurgasını oluşturmuştur. Savaş sonrası dönemde araştırma kurumlarının kurulması ve telemetri teknolojilerinin ticarileştirilmesi görülmüş ve uzay çağının temelleri atılmıştır. Amerika Savunma Bakanlığı (DoD), gerçek zamanlı izleme ve performans izleme için gereken telemetri sistemlerini geliştirmek üzere Raytheon ve Hughes Aircraft gibi şirketlere fon sağlayarak füze savunma sistemlerindeki gelişmelere öncülük etmiştir.

1950’ler, Amerika Birleşik Devletleri (ABD) ve Sovyetler Birliği’nin (SSCB) uzay programlarını desteklemek için telemetri sistemleri geliştirmesiyle uzay yarışının başlangıcını işaret etmiştir. Telemetri, uzay aracının fırlatma, yörünge, yeniden giriş sırasında izlenmesi ve insanlı görevler sırasında astronotların hayati belirtilerinin izlenmesi için olmazsa olmaz hale gelmiştir.

Daha sonra NASA olan Ulusal Havacılık Danışma Komitesi’nin ( NACA ) kurulması, telemetri alanında önemli ilerlemelere yol açmıştır. North American Aviation ve RCA (Radio Corporation of America) gibi şirketler, erken Amerikan uzay görevleri için telemetri sistemleri geliştirmiştir. Özellikle RCA, uzay araçlarından veri almak ve işlemek için hayati önem taşıyan yer tabanlı telemetri ekipmanı geliştirmiştir.

Howard Hughes tarafından 1932’de kurulan Hughes Aircraft, 1950’lerde izleme ve kontrol için büyük ölçüde telemetriye dayanan güdümlü füze sistemleri geliştirmiştir. Şirketin radar ve iletişim teknolojisindeki yenilikleri, hız, irtifa ve yörünge dahil olmak üzere uçuş sırasında füze performansının uzaktan izlenmesine olanak sağlamıştır. Telemetri, füzeleri hedeflerine yönlendirmek ve uçuş sonrası analiz için performans verileri toplamak için çok önemlidir.

Sovyetler Birliği’nin uzay araştırmalarındaki ilk başarıları, Ekim 1957’de Sputnik 1’in fırlatılması da dahil olmak üzere, büyük ölçüde telemetriye dayanmaktadır. Sputnik’in telemetri sistemi, sıcaklık ve pil durumu verilerini ileterek yer istasyonlarının uydunun sağlığını izlemesine olanak sağlamıştır. Sputnik, iki frekansta işaret ve darbe desenlerini yerdeki radyo operatörlerine iletmiştir. Bu sinyaller, bilim insanlarının uydunun yörüngede olduğunu ve planlandığı gibi çalıştığını doğrulamalarına olanak tanıyan temel bir telemetri biçimidir.

Sovyet uzay programının baş tasarımcısı olan Sergei Korolev’in emrinde çalışanlar gibi Sovyet mühendisler, bu ilk sistemlerin geliştirilmesinde etkili olmuşlardır.

NASA’nın Jet Propulsion Lab (JPL) bölümü, Sputnik’ten dört ay sonra Juno roketiyle fırlatılan Explorer 1 için gelişmiş uydu telemetrisi geliştirmiştir. Uzay yarışının hararetinde NASA, süpersonik ve yüksek hızlı uçuş testleri için telemetrinin sınırlarını zorlamışlardır.

Teknolojik Yenilikler

Yeni teknolojiler arasında analog sinyalleri dijital olarak kodlama yöntemi olan Darbe Kod Modülasyonu (PCM) yer almaktadır. PCM, uzay görevleri için olmazsa olmaz olan uzun mesafelerde daha doğru ve güvenilir veri iletimi sağlamaktadır. Bu yenilik, dijital iletişim teknolojilerinin ön saflarında yer alan Bell Labs gibi şirketlerdeki mühendisler tarafından geliştirilmiştir.

Darbe Kod Modülasyonu (PCM), Apollo programı sırasında yaygınlaşmıştır. PCM, uzay aracı telemetrisinden astronotların biyomedikal verilerine kadar geniş bir yelpazedeki telemetri verilerinin dijital olarak kodlanmasına olanak sağlamıştır. PCM’nin artan doğruluğu ve güvenilirliği, bu karmaşık görevlerin başarısını sağlamada kritik öneme sahiptir.

Frekans Modülasyonu (FM) teknolojisi de daha net ve daha verimli telemetri veri iletimine olanak tanıyan gelişmiş modülasyon teknikleriyle geliştirilmiştir. Bu gelişmeler, güçlü ve istikrarlı bir iletişim bağlantısının sürdürülmesinin çok önemli olduğu ilk uzay görevlerinin başarısı için kritik öneme sahipti.

Uzay Yarışı ve Apollo Programı (1960’lar-1970’ler)

1960’lar ve 1970’ler, ABD ile SSCB arasındaki uzay yarışının yönlendirdiği havacılık telemetrisinde yoğun bir yenilik dönemidir. Bu dönemde, giderek daha karmaşık ve iddialı görevleri desteklemek için daha gelişmiş telemetri sistemleri geliştirilmiş ve Amerika’nın Apollo programı ve ilk insanların Ay’a inmesiyle sonuçlanmıştır. 

Sputnik’in başarısının ardından Sovyetler Birliği, giderek daha karmaşık hale gelen bir dizi görevi desteklemek için telemetri sistemlerini geliştirmeye devam etmiştir. Bunlar arasında, 1961’de Yuri Gagarin’in Vostok 1’de gerçekleştirdiği ve hayati belirtileri ve uzay aracının durumunu Dünya’ya ileten ilk insanlı uzay uçuşu da vardır. Sergei Korolev’in rehberliğinde geliştirilen Sovyet telemetri sistemleri, kozmonotların sağlıklarını izlemek ve Luna, Vostok ve Soyuz gibi görevlerin başarısını sağlamak için önemli olmuştur.

25 Mayıs 1961’de Başkan John F. Kennedy ortak bir Kongre oturumunda konuşmuş ve ABD’nin “bu on yıl bitmeden, Ay’a bir adam indirip onu güvenli bir şekilde Dünya’ya geri getirme hedefini gerçekleştirmeye kendini adaması gerektiğini” söylemiştir. Sonraki birkaç yıl boyunca bu hedefi defalarca yinelemiş, hatta SSCB ile ortak bir operasyon yapmayı bile teklif etmiş, ancak sonuçta her iki ülke de tek başına hareket etmiştir.

Apollo Programı

Amerika Birleşik Devletleri’nde, NASA’nın Apollo programı telemetri alanında önemli bir sıçramayı temsil etmiştir. Apollo misyonları, özellikle 1969’da ilk insanları Ay’a indiren Apollo 11, uzay aracı sistemlerini, astronot sağlığını ve çevre koşullarını izlemek için büyük ölçüde telemetriye dayanmıştır. Raytheon’un Apollo Programı’ndaki çalışmaları ayrıca telemetriyi uzay keşfiyle bütünleştirmeye yardımcı olmuştur.

Görev Kontrolü ve Telemetri

NASA’nın Houston’daki Görev Kontrol Merkezi, telemetri verilerinin sürekli olarak alındığı ve analiz edildiği Apollo görevlerinin sinir merkezi haline gelmiştir. Mühendisler, uzay aracının yörüngesini izlemek, yaşam destek sistemlerini izlemek ve tüm uzay aracı bileşenlerinin doğru şekilde çalıştığından emin olmak için telemetri kullanmışlardır. Telemetri verileri, güneş sistemi boyunca uzay aracıyla iletişimi sürdürmek için tasarlanmış dünya çapında bir anten sistemi olan Derin Uzay Ağı (DSN) aracılığıyla iletilmiştir.

Şirketler ve Yenilikçiler

RCA ve Collins Radio gibi şirketler Apollo’da kullanılan telemetri sistemlerinin geliştirilmesinde etkili olmuştur. RCA yer tabanlı alıcı ekipmanlarını sağlarken, Collins Radio (şimdi Rockwell Collins’in bir parçası) gemideki iletişim sistemlerini sağlamıştır.

Apollo Komuta ve Hizmet Modüllerinin ana yüklenicisi olan North American Aviation, verileri Dünya’ya ileten yerleşik telemetri sistemlerinin geliştirilmesinde de önemli bir rol oynamıştır.

Telemetri verileri, Teksas’taki Johnson Uzay Merkezi ve Florida’daki Kennedy Uzay Merkezi gibi NASA tesislerine yönlendirilmiştir. Verileri IBM (International Business Machines), DEC (Digital Equipment Corporation), Univac ve CDC (Control Data Corporation) bilgisayarlarını kullanarak işlemişlerdir. Arşivleme ve tekrar oynatma amaçları için Ampex ve Honeywell gibi şirketlerin FM teyp kayıt cihazlarında saklamışlardır.

Gerçek Zamanlı Görüntüleme İçin Kağıt Kayıt Cihazları

O günün bilgisayarları ve teyp kaydedicileri, veriler gerçekleşirken grafiksel olarak çizemediklerinden, mühendisler gerçek zamanlı görüntüleme için önemli veri kanallarını kağıt kaydedicilere çıkarmışlardır. Veri kaydediciler, çok yavaş hareket eden kağıtlara çizgiler çizmek için çok renkli kılcal mürekkep kalemleri kullanarak düşük hızlı verileri sürekli olarak çizmişlerdir. Basınçlar ve sıcaklıklar, uzun vadeli veri kaydı için ideal adaylardır. Leeds & Northrop, Esterline Angus, Foxboro, Hewlett-Packard ve Honeywell dahil olmak üzere çeşitli şirketler veri kaydedicileri sağlamışlardır.

Orta frekanslı veriler için, bazen osilografik kaydediciler olarak da adlandırılan “şerit grafik kaydediciler”, gelen sinyalleri hareketli bir grafiğe çizen hareketli kalemler kullanmıştır. Bu erken kayıt cihazlarının başlıca üreticilerinden biri, daha sonra Brush ve en sonunda Gould olarak bilinen Clevite’dir. Bu kayıt cihazları, kil bazlı kağıt üzerindeki mumsu bir kaplamanın altına basınçlı mürekkep enjekte eden kalemler kullanmıştır. Daha fazla zaman ekseni çözünürlüğüne ihtiyaç duyulduğunda kağıt hızı artırılabilmektedir. Diğer osilografik kayıt cihazı üreticileri arasında Sanborn (Hewlett-Packard), Watanabe (Graphtec) ve Astro-Med (Astro-Nova) vardır. 

Veri kaydedicilerden daha hızlı kayıt yapabilmelerine rağmen, osilografik kayıt cihazları hala kalemlerinin ileri geri hareket etme yeteneğiyle sınırlıdır. Bant genişlikleri, 40 ila 50 mm’lik bir ızgara genişliğini geçerken 40 ila 70 Hz ile sınırlıdır. 

Honeywell’in ışık huzmesi osilografları (LBO’lar), osilografların kaldırabileceğinden daha yüksek veri hızları için kullanılmıştır. LBO’lar, lazeri hızlı hareket eden ışığa duyarlı kağıda yönlendirmek için küçük bir ayna kullanmıştır. Gümüş içeriği nedeniyle bu kağıt pahalıdır ve ortam ışığından olumsuz etkilenmiştir.

Sınırlamalarına rağmen, ucuz PC’ler ve yüksek çözünürlüklü grafik ekranlar, veri kaydediciler, osilografik kayıt cihazları ve LBO’lar mühendislerin gerçek zamanlı olarak kritik sinyal eğilimlerini gözlemlemesinin tek yolu olmadan önceki on yıllar boyuncabBu kayıt cihazları birkaç temel telemetri rolünü doldurmuştur.

Apollo ve Uzay Mekiği Sonrası Dönem (1970’ler-2000’ler)

Apollo programının başarısının ardından, havacılık telemetrisinin odak noktası uzayda insan varlığını sürdürmeye ve genişletmeye doğru kaymıştır. Bu dönemde Uzay Mekiği’nin geliştirilmesi, uzay istasyonlarının inşası ve telemetri teknolojilerinin sürekli ilerlemesi görülmüştür.

İlk olarak 1981’de fırlatılan ABD Uzay Mekiği, yeniden kullanılabilir uzay aracını tanıtmış ve fırlatma, yörünge ve yeniden giriş sırasında çok çeşitli yerleşik sistemleri izlemek için daha sofistike telemetri sistemleri gerektirilmiştir. 1980’lerde ve 1990’larda, grafik kayıt teknolojisi dahili bilgi işlem ve dijital sinyal işlemeyi içerecek şekilde gelişmiştir. Ayrıca, hareketli kalemler ofis faks makinelerinde kullanılan termal dizi baskı kafalarıyla değiştirilmiştir. Bu, osilografik (hareketli kalem) kayıt cihazlarından çok daha yüksek bant genişliğiyle sonuçlanmış ve önemli bir teknolojik ilerleme olmuştur. Termal dizi tabanlı grafik kayıt cihazlarının üreticileri arasında Gould, Astro-Med (şimdi Astro-Nova) ve Watanabe (şimdi Graphtec ) yer almıştır. 

Ancak 2000’lerin başında, kişisel bilgisayarların hızlı evrimi, saygıdeğer grafik kaydediciyi neredeyse tamamen DAQ (veri toplama) sistemleriyle değiştirmiştir. Ucuz, yüksek çözünürlüklü bilgisayar ekranları, verileri gerçek zamanlı olarak gözlemlemenin uygun bir yolu olarak kağıdın yerini almıştır.

Shuttle’ın telemetri sistemi, binlerce sensörden gelen büyük hacimli verileri işlemek üzere tasarlanmıştır. Bu veriler, fırlatma sırasındaki yapısal streslerden kargo bölümündeki çevresel koşullara kadar her şeyi içermiştir. Shuttle’ın telemetrisi, Görev Kontrolü ile sürekli iletişimi garantileyen jeostasyon uydularından oluşan bir ağ olan İzleme ve Veri Aktarma Uydu Sistemi (TDRSS) aracılığıyla iletilmiştir.

ABD’nin Uzay Mekiği programı tamamen dijital telemetri sistemlerini benimsemiştir. Dijital veri işleme, telemetri verilerinin daha verimli işlenmesine, depolanmasına ve iletilmesine olanak sağlamıştır. Bu dönemde ayrıca telemetri verilerinin yerleşik bilgisayarlarla bütünleştirilmesine tanık olunmuştur ve gerçek zamanlı karar alma ve otomatik sistem kontrolleri sağlanmıştır.

1990’ların sonlarında başlayan Uluslararası Uzay İstasyonu’nun (ISS) inşası ve işletimi, uluslararası iş birliğini ve telemetri teknolojisinde daha fazla ilerlemeyi beraberinde getirmiştir. ISS’deki telemetri sistemleri, istasyon sistemlerini, astronot sağlığını ve bilimsel deneyleri izlemiştir. Telemetri altyapısı, uzun süreler boyunca sürekli veri iletimini idare edecek şekilde tasarlanmıştır ve bu da onu şimdiye kadar geliştirilen en sağlam sistemlerden biri yapmıştır.

DAQ Sistemleri Telemetri Konuşmayı Öğreniyor

2000 yılına gelindiğinde, birkaç kağıt kayıt cihazı dijital telemetri verilerini okuyabilmiştir, bu yüzden tesisler kanalların bir alt kümesini onlara göndermek için DAC’leri (dijitalden analoğa dönüştürücüler) kullanmışlardır. NASA’nın Kennedy Uzay Merkezi mühendisleri bu sorunu 2000’lerin başında ünlü LCC’deki (Fırlatma Kontrol Merkezi) RPS’lerinde (Kayıt ve Oynatma Alt Sistemi) çözmüşlerdir. DAQ yazılımı için bir telemetri arayüzü oluşturmak üzere DAQ üreticisi Dewesoft ile anlaşmışlardır. Sistemler bazı uygulamalar için hala analog girişlere sahiptir ancak uzay aracından yüzlerce parametreyi de kaydedebilmiştir. Çok geçmeden kağıt tabanlı kayıt cihazlarının tamamı Dewesoft yazılımını çalıştıran modern sistemlerle değiştirilmiştir.

https://www.youtube.com/watch?v=22hfUd7NCSE

(Kennedy Uzay Merkezi’ndeki RPS’den Dewesoft tabanlı sistemlere yapılan yükseltmeyi gösteren NASA videosu)

Şirketler ve Yenilikçiler:

• Dewesoft: Slovenya merkezli teknoloji şirketi, NASA için veri toplama sistemlerine telemetri ve Scramnet arayüzü ekleyerek DAQ araçlarının rolünde devrim yaratmıştır. 
• Rockwell International: Daha sonra Boeing’in bir parçası haline gelen Rockwell, Uzay Mekiği’nin ana yüklenicisiydi ve gemide kullanılan telemetri sistemlerinin çoğunu geliştirmiştir.
• NASA ve ESA: NASA ve Avrupa Uzay Ajansı (ESA), ISS için telemetri sistemleri konusunda yakın bir şekilde iş birliği yaparak, verilerin uluslararası ortaklar arasında paylaşılabilmesini ve entegre edilebilmesini sağlamıştır.

Ticari Uzay Uçuşları ve Modern Telemetri (2000’lerden günümüze)

21. yüzyılda ticari uzay uçuşları ve havacılık endüstrisinde yeni oyuncular ortaya çıkmıştır. SpaceX, Blue Origin ve diğerleri gibi şirketler daha gelişmiş, uygun maliyetli ve ölçeklenebilir modern telemetri sistemlerinin geliştirilmesini sağlamıştır.

SpaceX ve Telemetri

Elon Musk tarafından 2002 yılında kurulan SpaceX, uzay uçuşunun ticarileştirilmesinde liderdir ve NASA ve diğer kuruluşlara fırlatma hizmetleri sağlayan en büyük sağlayıcıdır. Telemetri, SpaceX’in operasyonları için kritik öneme sahiptir ve Falcon roketlerinde, Dragon uzay aracında ve Starship araçlarında kullanılır.

SpaceX’in telemetri sistemleri, gerçek zamanlı verilerin insan müdahalesi olmadan aracı kontrol etmek için kullanıldığı otonom uçuşu desteklemek üzere tasarlanmıştır. Bu, özellikle Dünya’ya dönüp otonom olarak inen Falcon 9’un ilk aşaması için önemlidir. Telemetri verileri, yer istasyonları ve uydu bağlantıları aracılığıyla iletilir ve aracın tüm görevi boyunca hassas bir şekilde kontrol edilmesini ve izlenmesini sağlar.

Derin uzay görevleri için tasarlanan Starship aracının geliştirilmesi, uçuşun birden fazla aşamasında sistemleri gerçek zamanlı olarak izlemek için gelişmiş telemetriye dayanmaktadır. Yapısal, termal ve tahrik dahil olmak üzere Starship’in muazzam veri hacmi, yönetmek ve analiz etmek için son teknoloji telemetri teknolojilerini gerektirir.

Blue Origin

2000 yılında Jeff Bezos tarafından kurulan Blue Origin, modern havacılık telemetrisinde bir diğer önemli oyuncudur. Blue Origin’in telemetri sistemleri, yörünge altı turizmi ve yörünge görevlerini desteklemeyi amaçlayan New Shepard ve New Glenn roketlerinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynar. SpaceX gibi, Blue Origin’in yeniden kullanılabilir roketlere odaklanması telemetriye öncelik verir. Bu sistemler, yenileme ve güvenlik değerlendirmeleri için veri sağlayarak, birden fazla uçuş sırasında aracın sağlığını izlemelidir. 

Blue Origin’in ABD Savunma İnovasyon Birimi (DIU) ile ortaklaşa yürüttüğü DarkSky-1 (DS-1) projesi, Blue Origin platformunu çoklu yörünge lojistik telemetrisi ve diğer yetenekler için sergilemek üzere tasarlanmıştır. DS-1 üzerindeki çalışmalar devam etmektedir.

United Launch Alliance (ULA)

Boeing ve Lockheed Martin arasındaki bir ortak girişim olan United Launch Alliance (ULA), görev güvenilirliğini ve emniyetini sağlamak için Atlas V, Delta IV ve Vulcan roket aileleri için gelişmiş telemetri sistemlerine sahiptir. Bu telemetri sistemleri, gerçek zamanlı roket performansı için olmazsa olmazdır ve itme, yapısal bütünlük, rehberlik ve çevre koşulları hakkında yüksek çözünürlüklü veriler sağlar.

Atlas V, Ulusal Keşif Ofisi (NRO) için askeri uydular, ABD Uzay Kuvvetleri için GPS uyduları ve Mars Bilim Laboratuvarı ve Jüpiter’e Juno görevi gibi NASA için bilimsel yükler de dahil olmak üzere çeşitli yükler fırlatmıştır. Ayrıca Atlas V, Boeing’in CST-100 Starliner uzay aracını mürettebatlı görevler için fırlatarak NASA’nın Ticari Mürettebat Programı’nın ayrılmaz bir parçası olmuştur.

Delta IV ailesi, özellikle Delta IV Heavy, yüksek öncelikli ulusal güvenlik görevleri için bir işgücü olmuştur. Delta IV, 2002’deki ilk uçuşundan bu yana, NRO ve diğer sınıflandırılmış yükler için çok sayıda keşif uydusu fırlatmış ve genellikle ağır kaldırma yeteneklerini gerektirmiştir. 2024’teki son görevi olan NROL-70, Delta programını sonlandırmış ve daha da fazla verimlilik ve yük esnekliği için tasarlanmış ULA’nın Vulcan roketine geçişi işaret etmiştir.

ULA’nın telemetri sistemleri, sıcaklık, basınç, titreşim ve ivme gibi metrikleri ölçen çok sayıda yerleşik sensörden veri toplar. Radyo frekansları bu verileri uçuş boyunca yer istasyonlarına iletir. Şifrelenmiş, yedekli iletişim kanalları kullanan ULA, ticari, bilimsel veya ulusal güvenlikle ilgili olarak kritik görevler için telemetri verilerinin güvenilirliğini ve güvenliğini sağlar.

Telemetri, uçuş operasyon ekiplerinin roketin sağlığını ve durumunu gerçek zamanlı olarak izlemesi için hayati önem taşır. Mühendisler, araç performansını optimize etmek veya anormallik durumunda iptal etmek için görev parametrelerini ayarlayarak bilinçli kararlar almak için bu verileri analiz eder. Her görevden sonra, performansı değerlendirmek ve gelecekteki uçuşlar için modelleri iyileştirmek üzere telemetri verileri incelenir. Bu geri bildirim döngüsü, ULA’nın sürekli iyileştirilmesi için hayati önem taşır çünkü iyileştirme alanlarını belirlemeye, sonraki görevlerde riskleri ve maliyetleri azaltmaya yardımcı olur.

Avrupa Uzay Ajansı (ESA)

Avrupa Uzay Ajansı (ESA), uzay uçuşu telemetrisi, izleme ve kontrolü (TT&C) için gelişmiş teknolojiler kullanır. Yer İstasyonları Ağı (Estrack), çeşitli görev aşamalarında uzay aracıyla iletişim kurmak için büyük antenlere sahip 15 istasyon dahil olmak üzere dünya çapındaki yer istasyonlarından oluşur. Estrack’ın İspanya, Avustralya ve Arjantin’deki 35m istasyonları gibi derin uzay antenleri, uzun menzilli görevler ve gezegenler arası iletişimler için olmazsa olmazdır.

1996 ile 2023 yılları arasında 117 başarılı görevi tamamladıktan sonra, işgücü Ariane 5 roketi, daha düşük maliyetle daha fazla esneklik için tasarlanmış Ariane 6 ile 2024 yılında değiştirilecek. Ticari uydular, Avrupa navigasyon uyduları ve ESA’nın Rosetta kuyrukluyıldız sondası ve NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu gibi önemli bilim görevleri dahil olmak üzere çeşitli yükler fırlattılar. 

İnsansız roketler kontrol için tamamen telemetriye güvenir ve Arianespace, uzay aracı ile yer arasındaki veri alışverişini yönetmek için sağlam bir telemetri, izleme ve komuta sistemi altyapısı inşa etmiştir. Telemetri,  sensörlerden sağlık, sistem durumu ve bilimsel ölçümleri iletmek için OBDH (Yerleşik Veri İşleme Sistemleri) kullanılarak işlenir. İzleme teknolojisi, Doppler ve menzil ölçümlerini kullanarak uzay aracının konumunu ve hızını hesaplar. Komuta sistemleri, alet ve tutum kontrolü dahil olmak üzere uzay aracına talimatlar gönderir.

Uzay Veri Sistemleri Danışma Komitesi ( CCSDS ) standartlarına dayalı veri protokolleri, uluslararası uzay ajansları arasında birlikte çalışabilirliği sağlar. Bunlara Telemetri (TM) ve Telekomut (TC) standartları ve Uzay Paketi ve Yakınlık-1 Protokolleri dahildir.

Yerde, SCOS-2000 (Uzay Aracı Kontrol ve Operasyon Sistemi) yazılımı telemetri veri görselleştirmesini, komut oluşturmayı ve sistem otomasyonunu ele alarak operatörlere görev durumu hakkında ayrıntılı bir genel bakış sunar. Bu sistemler ESA’nın uzay aracıyla güvenilir, uzun mesafeli iletişimi sürdürmesini, bilimsel ve sağlık verilerini toplamasını ve karmaşık uzay görevleri için gerekli olan hassas manevraları gerçekleştirmesini sağlar.

Çin

Çin Ulusal Uzay İdaresi (CNSA), uzay görevlerini izlemek ve kontrol etmek için gelişmiş telemetri sistemleri kullanır. Bunun merkezinde, yer tabanlı istasyonlar, Çin Derin Uzay Ağı (CDSN) ve Tianlian röle uydularından oluşan Telemetri, İzleme ve Komuta (TT&C) sistemi yer alır. Bu sistemler, Chang’e ay keşifleri ve Tianwen -1 Mars görevi gibi derin uzay görevleri sırasında bile uzay aracıyla sürekli iletişimi sürdürmek için hayati önem taşır. Kaşgar ve Qingdao’daki istasyonları içeren CDSN, uzun menzilli telemetri ve izleme desteği sağlayarak uzak mesafeli görevler için hayati önem taşır. Bu ağ, veri bant genişliğini ve kapsamını artıran ve uzay aracının bir yer istasyonuna doğrudan görüş hattına ihtiyaç duymadan verileri Dünya’ya geri iletmesine olanak tanıyan röle uydularıyla desteklenir.

Jeostatik yörüngelerde bulunan Tianlian serisindeki röle uyduları, gezegensel görevlerde önemli bir rol oynar. Bu uydular, uzay aracı ile Dünya arasındaki iletişim boşluğunu kapatmaya yardımcı olur, telemetri ile görev kontrolünün gerçek zamanlı komutlar göndermesini sağlar. Bu altyapı, CNSA’nın roketlerinin ve uzay araçlarının görev başarısı ve operasyonel güvenlik için gerekli olan telemetri verilerini sürekli olarak iletebilmesini sağlar.

Çin, hem hükümet hem de ticari yükleri desteklemek üzere tasarlanan Long March 6C ve Long March 12 gibi yeni roketlerle filosunu genişletmektedir. Telemetri, bu görevlerde roket aşamalarını ve uydu işlevlerini izlemek için gerçek zamanlı izleme ve veri iletimi sağlayarak önemli bir rol oynar.

CNSA, Çin Ulusal Uzay İdaresi altında faaliyet gösterir ve orduyla yakın bir ilişki içindedir. NASA ve ESA’nın aksine, CNSA bağımsız değildir; ikili askeri ve sivil rolleri nedeniyle Çin Devlet Konseyi ve Halk Kurtuluş Ordusu’na karşı sorumludur.

Ortaya Çıkan Teknolojiler

Yüksek Verimli Uydu Telemetrisi: Telemetri için yüksek verimli uyduların (HTS) kullanılması, özellikle birden fazla uzay aracının yer aldığı görevler veya uzun süreli derin uzay görevleri için giderek daha önemli hale gelmiştir. Bu uydular, gelişmiş havacılık sistemlerinden gelen büyük hacimli verileri işlemek için bant genişliği sağlar.

Optik Telemetri : Optik (lazer) telemetri, daha yüksek veri hızları ve daha güvenli iletişim vaat eden yeni bir teknolojidir. NASA ve diğer kurumlar, geleneksel radyo frekansı iletişiminden daha fazlasının gerekebileceği gelecekteki derin uzay görevlerinde kullanımını araştırmaktadır.

Yapay Zeka (AI) ve Makine Öğrenimi (ML) : AI ve ML, veri analizini ve karar vermeyi geliştirmek için telemetri sistemlerine entegre edilmiştir. Bu teknolojiler, gerçek zamanlı kararlar için yer kontrolüne olan bağımlılığı azaltarak öngörücü bakım, anormallik tespiti ve otonom operasyonlara olanak tanır.

Kuantum İletişimi : Kuantum teknolojisi, özellikle askeri ve yüksek güvenlikli havacılık uygulamaları için değerli olabilecek ultra güvenli ve yüksek hızlı veri iletimi potansiyeline sahiptir. Kuantum şifreleme, güvenli telemetri kanallarını garanti edebilirken, kuantum dolanıklığı büyük mesafelerde anında veri aktarımına izin verebilir.

Küresel İş Birliği ve Standartlar : NASA, ESA, Roscosmos, CNSA (Çin Ulusal Uzay İdaresi) ve JAXA (Japonya Uzay Araştırma Ajansı) gibi kurumların telemetri standartları ve teknolojileri üzerinde birlikte çalışmasıyla uluslararası iş birliği daha yaygın hale geldi. Bu iş birliği, farklı görevler ve ülkeler arasında birlikte çalışabilirliği ve veri paylaşımını garanti altına alıyor.

Yazılım Tanımlı Radyo (SDR) : SDR, telemetri sistemlerinde esneklik sunarak frekans bantlarının ve modülasyon şemalarının yazılım tarafından yeniden yapılandırılmasına olanak tanır. Bu uyarlanabilirlik, havacılık sistemlerinin değişen koşullara hızla uyum sağlamasına, spektrum kullanımını optimize etmesine ve parazite karşı dayanıklılığını artırmasına yardımcı olabilir.

Çözüm

Havacılık telemetrisinin tarihi, havacılık mühendisliğinde yenilikçiliğin amansız arayışının bir kanıtıdır. 1920’lerin erken analog sistemlerinden günümüzün sofistike dijital sistemlerine kadar telemetri, havacılık görevlerinin başarısını garantilemek için vazgeçilmez bir araç olmuştur. Ay üsleri, Mars kolonileştirme ve ötesi için iddialı planlarla geleceğe baktığımızda, telemetri insan kozmosunu keşfetmede önemli bir rol oynamaya devam edecektir.

Telemetri, uzay aracını uzayın enginliğinde yönlendirerek, astronotların güvenliğini sağlayarak ve gelecekteki görevlerin başarısını yönlendirerek havacılık teknolojisinin merkezinde yer almaya devam edecektir. Veri toplama, iletim ve işlemedeki sürekli gelişmelerle telemetri, onlarca yıl boyunca havacılık mühendisliğinin temel taşı olmaya hazırdır.

Derin uzay keşfi, ay üsleri ve potansiyel Mars kolonileştirme çağına girerken, telemetri yapay zeka, kuantum iletişimi ve optik telemetri gibi yeni teknolojileri entegre ederek gelişmeye devam edecektir. Bu gelişmeler, havacılık telemetrisinin görev başarısının temel taşı olmaya devam etmesini, nihai sınırda inovasyonu ve keşfi yönlendirmesini sağlayacaktır.