Üç astronot ile 1970 yılında yola çıktıktan sonra iptal edilen Ay inişinin anlatıldığı Apollo-13 filminin sonlarına doğru gerilim yükselir. Uzay aracı dönüş için Dünya atmosferine girdiğinde sıcak iyonize hava ile çevrilerek, Houston'da bulunan NASA Görev Komuta Merkezi ile iletişimini kaybeder. Uçuş kontrol görevlilerinin çağrılarına gemiden yanıtın gelmediği her saniye tansiyonu yükseltir.

Bu Holywood yapımcılarının yaratıcılığından ibaret bir olay değil. Apollo-13'ün yaşadığı iletişim kopukluğu beklenenden birkaç dakika daha uzun sürmüştü. Beklenen kopukluklar bile zaten endişelendirici olurken, bir de bu sürenin uzaması paniğe neden olur. Çünkü o süre boyunca uzay gemisinin konumunu bilmenin ya da yerden kontrol etmenin hiç bir yolu yoktur.

Geçtiğimiz hafta Journal of Applied Physics dergisinde yayımlanan makalelerinde Çin Harbin Teknoloji Enstitüsü'nden fizikçi Xiaotian Gao ve meslektaşı Binhao Jiang, uzay araçlarıyla bağlantının koptuğu atmosfere giriş aşamasında, iletişimi sürdürmek için yeni bir yol öneriyor. Bu yöntemin ayrıca gelecekte kullanılması planlanan askeri uçaklar ve balistik füzeler gibi hipersonik araçlara da uygulanabileceğini belirtiyorlar.

Plazma zarfını yükselticiye çevirmek

Hipersonik araçlarla kurulan bağlantılardaki kopmaların nedeni, araç ses hızından yaklaşık beş kat daha yüksek hızla ilerlerken, "plazma zarfı" (İng. plasma sheath) adı verilen sıcak iyonize hava ile sarılmasıdır. Plazma zarfı elektromanyetik sinyalleri yansıtarak, aracın dışarı ile tüm bağlantısını keser. Ancak özel koşullar altında plazma zarfı, bir iletişim anteninden gelen sinyalleri yükseltmede de kullanılabilir.

Gao ile ekibi şöyle bir mantık yürütmüş: Anteni yeniden tasarlayarak sıradan bir hipersonik araçta, söz konusu özel koşulları taklit etmek mümkün olabilir. Araştırmacılar ilk önce eskiden yapılmış deneyleri incelemişler. Özel sinyal yükseltmeye neden olan şeyin plazma zarfı ile onu çevreleyen hava arasındaki rezonans, yani birbirine uyan elektromanyetik salınımlar olduğunu görmüşler. Sıradan iletişim antenlerine bir "uyum katmanı" eklemek yoluyla, normal bir hipersonik uçuşta arzu edilen rezonans koşullarını yaratabileceklerini düşünmüşler.

Uyum katmanı işe yarıyor, çünkü anten devresinde bir kapasitör (elektrik enerjisi depolayan bir eleman) gibi davranıyor. Öte yandan plazma zarfı da üzerinden geçen elektrik akımındaki değişikliklere direnç gösteren bir indüktör rolü oynuyor. Bir kapasitör ile bir indüktörü çiftlediğiniz zaman, bir rezonans devresi elde edersiniz. "Rezonansa bir kez ulaşıldığında, enerji ikisi arasında sürekli ve kayıpsız şekilde değiş-tokuş edilebilir. Tıpkı gerçek devre elemanlarının kullanıldığı bir devredeki gibi. Sonuç olarak, elektromanyetik ışınım sanki plazma zarfı ve uyum katmanı hiç yokmuş gibi yayılımına devam eder," diyor Gao.

Uyum katmanında otomatik ayarlama kullanımı

Rezonansın işlemesi için uyum katmanının ve plazma zarfının kalınlığının, iletişimde kullanılan elektromanyetik dalgaların dalgaboyundan küçük olması gerekiyor. Dolayısıyla bu yaklaşım, şayet anten frekansı çok yüksek olursa etkisiz kalıyor. Plazma zarfının özellikleri uçuş sırasında değişebiliyor, ama ekip uyum katmanının bu değişikliklere göre ayarlanabileceğini düşünüyor. Bunun için, katmanın üretileceği malzemenin, elektromanyetik özellikleri elektriksel sinyallerle ayarlanabilen bir maddeden yapılması zorunlu.

"Plazmanın özelliklerini tam olarak bilmesek de olur, ama özelliklerin hangi aralıkta değiştiğini bilmemiz gerek. Uyum katmanı otomatik bir kontrol sistemi ile ayarlanacak, o yüzden sistemin bir bütün olarak işleyebilmesi için aralıkları bilmemiz yeterli," şeklinde açıklıyor Gao. Ekibin önerdiği bu uyum katmanı yaklaşımının, daha önceden önerilmiş başka yöntemlerden faklı olarak özel bir araç şekli gerektirmemesi, fazladan herhangi bir enerji tüketmemesi ve plazma zarfındaki değişikliklere adapte olabilmesi gibi avantajları bulunuyor.