CHAMP

15 Temmuz 2000 tarihinde Rus Plesetsk uzay ¨uss¨unden fırlatılan CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload) gravite alanı belirleme ama¸clı olarak fırlatılan al¸cak-y¨or¨ungeli ilk uydu ¨ozelli˘gini ta¸sımaktadır (S¸ekil 2.8). Uydu g¨orevinin y¨ur¨ut¨uc¨ul¨u˘g¨un¨u Postdam (Almanya) Yer Ara¸stırmaları Merkezi (GeoForschungsZentrum-GFZ) yapmaktadır. Uydu neredeyse dairesel ve kutba yakın bir y¨or¨ungeye, ba¸slangı¸c y¨uksekli˘gi 454 km ve e˘gimi 87.3◦

olacak ¸sekilde yerle¸stirilmi¸stir (GFZ, 2012a; ILRS, 2012a). Uyduya ait di˘ger ¨ozellikler C¸ izelge

2.2’de verilmektedir.

S¸ekil 2.8. CHAMP (GFZ, 2012a)

C¸ izelge 2.2. CHAMP uydusunun genel ¨ozellikleri ve y¨or¨unge bilgileri

Parametre B¨uy¨ukl¨uk

Toplam k¨utle 522 kg

Y¨ukseklik 750 mm

Toplam boy 8333 mm

Geni¸slik 1621 mm

Alan k¨utle oranı 0.00138 m2_/kg

Fırlatma tarihi 15 Temmuz 2000 Yerberi (perigee) uzaklı˘gı 477 km

Yer¨ote (apogee) uzaklı˘gı 416 km E˘gim (ekvatorla) 87◦

.3 Eksantrisite (e) < 0.004

Uydunun ba¸slangı¸ctaki y¨or¨unge y¨uksekli˘gi atmosferik s¨ur¨uklenmeden ¨ot¨ur¨u g¨orev s¨uresinin sonlarına do˘gru 300 km civarlarına d¨u¸secek veya daha da azalacaktır. Atmosferik s¨ur¨uklenme uydu y¨uksekli˘ginde d¨uzenli azalmaya neden olur. Atmosferin yo˘gunlu˘guna ba˘glı olarak uydu bir g¨unde yakla¸sık 10 ile 100 metre arasında y¨ukseklik kaybına u˘grar (J¨aggi, 2007). Uydunun ba¸slangı¸c y¨or¨unge y¨uksekli˘ginin yakla¸sık 454 km se¸cilmesinin ba¸slıca nedenleri arasında ¸sunlar g¨osterilmi¸stir (GFZ, 2012a):

– g¨une¸sten kaynaklı ¸siddetli de˘gi¸simlere diren¸c sa˘glayarak uydu g¨orev s¨uresinin m¨umk¨un oldu˘gunca uzatılması,

– uydunun atmosferin farklı katmanlarından ge¸cerken maruz kaldı˘gı etkilerin belirlenmesi,

– yeryuvarının manyetik alanının g¨ozlenmesi.

Uydu g¨orev s¨uresi ba¸slangı¸cta be¸s yıl olarak planlanmı¸s olmasına ra˘gmen 19 Eyl¨ul 2010 tarihine kadar g¨orevine devam etmi¸stir. CHAMP uydusu ile ger¸cekle¸stirilmek istenen g¨orevler ve bilimsel hedefler ¸su ¸sekilde sıralanabilir (Seeber, 2003; Hofmann-Wellenhof ve Moritz, 2005; GFZ, 2012a);

– global gravite alanının haritalanması yani statik yer gravite alanının (ve kısmen zamansal de˘gi¸simlerinin) uzun-dalga boylu ¨ozelliklerinin ger¸ce˘ge yakın bir do˘grulukla belirlenmesi,

– global manyetik alanın haritalanması yani yerin ba¸slıca ve kabuk manyetik alanı ve zamansal de˘gi¸simlerinin belirlenmesi,

– iyonosfer ve troposfer profilinin ortaya ¸cıkarılması.

CHAMP uydusuna, y¨or¨unge d¨uzensizliklerini izlemek ve buradan gravite alanını iyile¸stirmek i¸cin BlackJack GPS alıcısı yerle¸stirilmi¸stir. STAR ivme¨ol¸cer ve ba˘gımsız yıldız sens¨orleri bu g¨orevin yerine getirilmesinde kullanılan di˘ger bilimsel donanımlardır. BlackJack GPS alıcısı NASA/JPL tarafından ¨uretilen TRSR (TurboRogue Space Receiver) alıcısının ikinci neslidir (Kuang ve ark., 2001). Alıcı ¸cift frekanslı faz ve s¨ozde-uzunluk ¨ol¸c¨ulerini 16 kanal ¨uzerinden toplar. Uyduda d¨ort adet GPS anteni bulunur. Bu GPS antenlerinin ilki choke ring DYB anteni, di˘ger ikisi sarmal (helix) antenler ve sonuncusu ise sarmal altimetre antenidir. Alıcı,

¨

uzerindeki yazılım sayesinde, DYB uygulamaları i¸cin maksimum 12 GPS uydusunu izleyebilir. Fakat 22 Mart 2001 tarihine kadar yazılım ¨uzerinde birtakım kısıtlamalar yapılarak 7’den fazla uydu izlenmesi engellenmi¸stir. Daha sonra 5 Mart 2002 tarihine kadar 8 uydu ve bu tarihten sonra ise 10’a kadar GPS uydusunun izlenmesine izin verilmi¸stir (J¨aggi, 2007; GFZ, 2012a).

Alıcının STAR (Space Triaxial Accelerometer for Research mission) ivme¨ol¸cer ile kombinasyonu CHAMP uydusunun y¨uksek hassasiyetli y¨or¨unge belirlemesine olanak verir. STAR ivme¨ol¸cer ONERA (Office National d’Etudes et de Recherches Aerospatials) tarafından ¨uretilmi¸stir (Touboul ve ark., 1998). Gravite alanının modellenebilmesi i¸cin gravite alanı ile ili¸skili olmayan d¨uzensizlikler (ivmeler) gereklidir. Bundan dolayı atmosferik s¨ur¨uklenme, albedo, g¨une¸s radyasyon basıncı gibi kuvvetlerin yarattı˘gı ivmeler g¨ozlenmeye ¸calı¸sılır. Bu ivmelerin ¨ol¸c¨um¨u i¸cin ¨_{u¸c eksenli, yakla¸sık 3 × 10}−₉

m/s2 _{¸c¨oz¨un¨url¨u˘ge sahip STAR ivme¨ol¸ceri}

kullanılır. Sistematik etkilerden ka¸cınmak i¸cin ivme¨ol¸cer uydunun a˘gırlık merkezine yerle¸stirilmi¸s ve uydunun y¨onelimi iki yıldız sens¨or¨u ile kontrol altına alınmı¸stır.

Uydu ¨uzerindeki di˘ger bir donanım, GFZ’nin geli¸stirdi˘gi pasif Lazer Retro Reflekt¨or (LRR)’d¨ur. LRR, uydunun yer istasyonlarından izlenmesini olanaklı kılar. LRR sayesinde uydu ve yer istasyonları arasındaki mesafe ¸cift y¨onl¨u olarak 1-2 cm do˘grulukla ¨ol¸c¨ul¨ur ve bu ¨ol¸c¨umler DYB ¸calı¸smalarını destekleyici nitelik ta¸sır. Ozetle, LRR ekipmanı sayesinde SLR (Satellite Laser Ranging) ¨ol¸c¨¨ uleri yapılabilmektedir. SLR tekni˘gi LEO uydularının duyarlı y¨or¨unge belirleme i¸slemi i¸cin tamamen ba˘gımsız bir tekniktir. SLR tekni˘gi y¨or¨unge sonu¸clarının kalibrasyonu veya kontrol¨u i¸cin ¸cok kullanı¸slı bir y¨ontemdir ((Bock, 2003); bkz. B¨ol¨um 5). Ayrıca uydu ¨uzerinde uydunun y¨uksek do˘grulukta konum bilgisini sa˘glayan geli¸smi¸s yıldız pusulası (ASC-Advanced Stellar Compass), yerin manyetik alan bile¸senlerini ¨ol¸cmek i¸cin manyetometre ve atmosferik ¨ol¸cmeler i¸cin iyon drift¨ol¸cer bulunmaktadır. S¸ekil 2.9 ve S¸ekil 2.10’da uydu ¨uzerindeki t¨um donanımlar ve yerleri g¨osterilmi¸stir.

S¸ekil 2.9. CHAMP uydusu ve donanımının ¨onden g¨or¨un¨u¸s¨u (GFZ, 2012a)

S¸ekil 2.10. CHAMP uydusu ve donanımının arkadan g¨or¨un¨u¸s¨u (GFZ, 2012a)

CHAMP uydusu bu detaylı donanımı sayesinde gravite alanının uzun- dalga boylu bile¸senlerinin belirlenmesinde yeni bir devir a¸cmı¸stır. Daha ¨once ¸cok sayıda g¨ozlem ve uydudan ¨uretilen GRIM5-S1 ve EGM96S modelleri ile kar¸sıla¸stırıldı˘gında bir ka¸c aylık CHAMP y¨or¨unge izleme verileriyle belirlenen gravite alanı ¸c¨oz¨un¨url¨u˘g¨un¨un daha y¨uksek oldu˘gu g¨or¨ulmektedir. ¨Orne˘gin EIGEN- 2 modelin ¸c¨oz¨un¨url¨u˘g¨u (yarı-dalga boyu) 550 km olup do˘gruluk de˘gerleri ise jeoit y¨uksekli˘gi i¸cin 10 cm, gravite anomalisi i¸cin 0.5 mGal’dir (Reigber ve ark., 2003). Ayrıca CHAMP uydusunun ¨ol¸cme prensibi uydudan uyduya izleme tekni˘gi y¨uksek-al¸cak (SST-hl) moddur (bkz. B¨ol¨um 3.1). Yerin gravite alanı CHAMP uydusunun y¨or¨ungesini bozar; b¨oylece, bu bozucu ivmeler yer¸cekimi potansiyelinin ilk t¨urevleri ile ili¸skili bir hal alır. Bu durum, yerin gravite alanının, sayısal y¨or¨unge integrasyonu uygulayarak uydu y¨or¨unge d¨uzensizliklerinden (ivmelerinden) veya enerjinin korunumu kanunu kullanılarak t¨uretilebilece˘gini ifade eder (Hofmann- Wellenhof ve Moritz, 2005). Sayısal y¨or¨unge integrasyonu i¸cin Montenbruck ve ark. (2005)’e enerji korunumu i¸cin Jekeli (1999); Sneeuw ve ark. (2002)’e,

CHAMP uydusu hakkında detaylı bilgi i¸cin Rummel ve ark. (2002); Bock (2003); Seeber (2003); Hofmann-Wellenhof ve Moritz (2005); J¨aggi (2007); GFZ (2012a)’e bakılabilir.