İletişim uyduları
İletişim uyduları, Dünya çevresinde yörüngeye oturtularak haberleşmede kullanılan uyduları belirten terim. 1960 yıllarına kadar uzak yerlerle haberleşme, ya kabloyla ya da atmosferin iyonlaşmış (elektrik yüklü) tabakalarından radyo dalgalarının yansımasıyla gerçekleştirilebiliyordu. Kablolarda hat sayısı sınırlıydı; iyonosferden yansımalarla sağlanan haberleşmeyse, düşük nitelikli olmakta ve sık sık kesilmekteydi.
Dünya çevresinde yörüngeye oturtulacak uydulardan haberleşmede yararlanma düşüncesi, ilk olarak 1945'te ortaya atıldı. Bu tür bir uydu, herhangi bir zamanda, dünyanın büyük bir bölümünden görülebilir (uydu ne kadar yüksekteyse onu gören alan o kadar genişler) ve kablolar gibi iki istasyon yerine, pek çok istasyon arasında bağlantı sağlar. İletişim uydularını yörüngeye yerleştirme teknikleri, öbür yapay uyduların yerleştirilmesinde kullanılanlarla aynıdır. Uydu önce alçak bir dairesel yörüngeye, sonra daha yüksek, elips biçimli ikinci yörüngeye oturtulur. Dikkatle seçilen bir anda, Dünya'dan en uzak olduğu noktada yeröte motoru ateşlenerek, ikinci yörünge, daire biçimine sokulur.
Uydu çeşitleri. Yörüngeye sokulan ilk büyük iletişim uydusu, 1960'ta fırlatılan Echo 1'dir. Echo 1 yalnızca sinyal yansıtan pasif bir uyduydu; üstünde elektronik aygıtlar yoktu. Araç (ve 1964'te fırlatılan Echo 2), Dünya'dan 1 600 km yüksekteki bir yörüngede dolaşan, alüminyum kaplı, 30 m çaplı bir Mylar balonuydu. Tıpkı çelik ya da cam bir kürenin çevresinde geniş açılı bir yansıma oluşturması gibi, Echo üstüne yollanan herhangi bir sinyali, zayıf da olsa yansıtmaktaydı. Yalınlıklarının sağladığı üstünlüğe karşılık, güç kaynağı sorunu ve uzay cisimcikleri tarafından zamanla bozulup zedelenmeleri, pasif uyduların değerini sınırladığından, bu uydular günümüzde kullanılmamaktadır.
Aktif uydular, güçlendirici ya da yineleyici istasyonlardır. Yer istasyonlarından gelen sinyalleri alır, güçlendirir, sonra yeniden Yer istasyonlarına gönderirler. Televizyon yayınları, ancak bu tür uydularla gerçekleştirilebilmektedir.
Yörüngeler. Uydular, Kepler yasalarına göre hareket ederler. Uydu ne kadar yüksekteyse, o kadar yavaş hareket eder. Echo 1 gibi alçak yörüngeli bir uydu, gökyüzünde oldukça hızlı hareket eder ve bir turunu iki saatte tamamlar. Uyduların hızlı olması, onları izleyen antenlerin de hareket etmesini gerektirir. Oysa 36 000 km'lik yükseklikte, bir tur süresi 23 saat 56 dakikadır. Uydu ekvator üstündeyse, Yer'le aynı hızda dönecektir (4 dakikalık eksiklik, Yer'in Güneş çevresinde dönüşü nedeniyle yıldızlara göre geri kalmasından kaynaklanır).
Bu Yer'e göre değişmeyen ya da eşzamanlı yörünge, birçok üstünlüğü olduğu için, haberleşme uydularının çoğunda kullanılır: Söz konusu üstünlükler arasında Yer istasyonlarının gökyüzünde hep aynı noktaya yöneltilebilmesi, uydudaki antenlerin doğrultusunun duyarlı biçimde ayarlanabilmesi sayılabilir. Ekvator üstünde yer alan yörünge, Yer'in insanların yaşadığı pek çok bölgesini içine alan 60 0 kuzey ve güney enlemleri arasındaki kuşağı kapsar. Yüksek yörüngedeki uydu,
Yer'in gölgesine, alçak yörüngeli bir uydudan daha seyrek girer; böylece, güç sağlayan güneş pilleri, aşağı yukarı kesintisiz çalışabilir. Ayrıca, alçak yörüngeler hızla bozulur. 1600 km yükseklikte Yer atmosferinin oluşturduğu sürtünme, uydunun yörünge enerjisini yitirmesine ve sonunda yanmasına neden olur.
Eşzamanlı yörüngelerin de sakıncalı yanları vardır: Sinyaller daha uzağa taşınacağı için, hem daha fazla güç gerektirir, hem de gecikir. Radyo dalgalan saniyede 300 000 km/saniye hızla hareket ettiklerinden, Yer ile uydu arasında, her sinyalde 120 milisaniye kadar bir gecikme olur. Bu, bir mesaj ile yanıtı arasında, yarım saniyelik bir gecikme verir. Söz konusu gecikmenin, uydu yoluyla telefon haberleşmelerini engelleyeceği sanılmış, ama uygulamada bunun önemli olmadığı görülmüştür.
Günümüzde kullanılan uyduların aşağı yukarı tümü, eşzamanlıdır. Yalnızca Rusya, Küba ve eski Doğu Avrupa bloku ülkeleri, elips biçiminde yörüngelere oturtulan Molniya (Şimşek) uydu ağından yararlanıriar. Molniya'ların, Yer'e en yakın noktaları (yerberi) 500 km, en uzak noktalarıysa (yeröte) 40 000 km'dir. Bu, tam 12 saatlik bir yörünge demektir.
Uydu teknolojisi. Antenlerin doğru biçimde Yer'e yöneltilmesi için, uydunun kararlı duruma getirilmesi gerekir. Bunun yollarından biri, dönme kararlılığını sağlamaktır. Uydunun ana gövdesi, saniyede bir devir yapar.
Böylece cayroskop gibi, uzayda hep aynı yönde, yani Yer'in eksenine paralel kalır. Haberleşme donanımı ve antenler, Yer'le sürekli ilişkide kalmaları için, tepeye yerleştirilir ve bir motorla tersine döndürülür.
Daha yeni bir yöntem, üç eksenli dengelemedir. Bu sistemde, uydunun ana gövdesi (antenler ve güçlendiricilerle birlikte), aracın bir ekseni Yer'inkine paralel olarak, Yer'e çevrili durumunu korur. Bu durum, yıllarca (uydunun ömrü kadar) tükenmeyen yakıt ve jet sistemleriyle sağlanır. Dönen platform sorununu ortadan kaldıran bu yöntem, daha elverişli yönetim olanakları sağlamaktadır. Piller, sürekli Güneş'e dönük tutulan geniş kanatlara yerleştirilir.
İçinde duyarlı elektronik aygıtlar ve hareketli parçalar bulunan uyduların, iç sıcaklıklarının da değişmez tutulması gerekir. Bazı durumlarda özel ısıtıcılar kullanılır; ama genellikle, pasif denetimden yararlanılır. Aracın dışı, özel bir boyayla boyanıp, güneş sıcaklığını belirli oranda soğurması sağlanır.
Normal olarak, uyduların haber alma ve yollama antenleri ayrıdır. İletici antenler, 20 °'lik bir demet açısı verebilen geniş açılı antenler biçiminde ya da bir istasyona yüksek güçlü yayım yapabilen birkaç derecelik dar demetler oluşturan parabolsü çanaklar biçiminde olabilir. Antenler, yerden komuta edilebilir.
Uydunun gelen sinyali yeniden yayımlayabilmesi için, 10 000 000 000 kez güçlendirmesi gerekir. Gelen ve çıkan yayınların frekansları farklı olduğundan, karışma olasılıkları yoktur. Sinyallerde mikrodalgalar kullanılır. Mikrodalgalar, atmosferin başka türden sinyalleri yansıtabilen iyonlaşmış tabakalarından etkilenmezler. Uyduların çoğunda, gelen frekans 6 GHz, çıkan frekans 4 GHz kadardır. 7-8 GHz ve 11-14 GHz'lik yayınlarda kullanılmaya başlanmıştır.
Bu yüksek frekanslar, transistörlerin (ya da yarıiletken devrelerin) çalışma alanlarının dışında kalır; bu yüzden, frekansın tam bir kesri alınır ve yeniden yayımlanması için çoğaltılır. Kullanılan yayınlayıcı, "gezici dalga tüpü" adı verilen termoiyonik bir aygıttır. Gezici dalga tüplerinin güçleri, genellikle 10-20 watt arasındadır.
Bu tür uydular, güneş pillerinden aldıkları güneş enerjisiyle çalışırlar ve 350 watt'lık bir doğru akım gücü üretirler. Güneş tutulmaları sırasında, akümülatörler devreye girer.
Yer istasyonları. Yer istasyonlarının sayısı günden güne artmaktadır. Bunların çoğu 30 m'den büyük çaplı çanak antenlerdir. Bazılarıysa, "boynuz" anten türündendir ve dış sinyallerden daha az etkilenirler; ama bu tür antenlerin bir binayla korunması gerekir. Antenler, radyoteleskopun tersine çalışır, yani radyo sinyali yollarlar. Sinyal demetinin genişliği bir dereceden daha küçüktür; böylece, güç dağıtılmamış olur.
Antenlerin çoğu hareketlidir; ama bir uyduyla çalışma söz konusuysa, birkaç derecelik oynamalarla, bütünüyle hareketsiz de tutulabilirler.
Alınan ve yayımlanan sinyaller değişik frekanslarda olduklarından, aynı anten, iki sinyal için aynı anda kullanılabilir. İletilen güç, telefon konuşmalarında kullanılan küçük ileticilerde olduğu gibi, 100 watt'ın altında olabilir. Renkli televizyon kanallarında ve binlerce telefon hattını yöneten büyük istasyonlardaysa, kilowatt düzeyinde güç kullanılır.
Kullanımları. Haberleşme uyduları, uluslararası olayları yansıtan TV yayınlarının yanı sıra, telefon konuşmalarının ve bilgi iletiminin gerçekleştirilmesini de sağlarlar. Ana merkezler arasında haberleşmeyi sağlamak için, hâlâ okyanus yataklarına kablo hatları çekilmektedir; ama uydular, bir hat çekimi için yıllar geçmesi gereken kent ve ülkeleri kısa sürede birbirine bağlamaktadır. Bu, özellikle, küçük ve gelişmekte olan ülkeler için önemlidir. Tek bir yer istasyonunun kurulmasıyla, birçok Afrika ülkesinin, dünyanın her yanıyla bağlantı kurması sağlanmıştır.