Drone Pilotları Platformu Kurucusu Aytaç Engin, geçtiğimiz günlerde Linkedin hesabından bir makale kaleme aldı ve kullandığımız insansız hava araçlarında GPS sisteminin konumlandırmayı mükemmele yakın almasını değerlendirdi. İşte Engin’in detaylı yazısı.
Hava Araçlarında kullanılan GPS sistemi nasıl konumlamayı mükemmele yakın yapabiliyor ? Nedir bu işin sırrı?
Sezyum (Caesius) Atomu’nun atom saatlerinde kullanılması nasıl gerçekleşti ?
İlk olarak; 1860 yılında Gustav Kirchhoff ve Robert Bunsen tarafından keşfedilen ve altın renginde olan bu yumuşak madde metal olarak sınıflandırıldı. Hava ile çok hızlı temasa geçebilmekte olan bu metal, su ile tepkimeye girmesi durumunda patlayabiliyor.
Sezyum Atomunun (Caesius) 133 nolu izotopu; atom saatlerinde, ölçü birimi olarak kullanılır. Atom numarası periyodik cetvelde 55 olarak kayıt edilmiştir. Kelime manası ile ” Mavi Gökyüzü ” anlamına gelmektedir. Mavi alevinden dolayı bu ismi almıştır. Sezyum atomunun 40 ayrı izotopu bulunuyor. Fakat en stabil ve en uzun yarı ömürlü olanı 133 nolu izotop olduğu için, atom saatinde tercih edilme sebebini bu özellikleri sayesinde oluşuyor.
Atom saatlerinde ne kadar güvenebiliriz? Zamanda şaşma oranı nedir ?
Zaman ve konum birlikte ölçülebilen kavramlardır. Bir nesnenin bir noktadan diğer noktaya ilerleyişi esasen zaman ile ölçülür. Zamana bağlı; bu madde hareketi, yani, konumunun değişimi de maddenin hızını belirlemiş olacaktır.
Sezyum 133 Atomu; saniyede, 9.192.631.770 kez titreyebilme yeteneğine sahip. Yani 1 saniyenin; gerçekte, tam olarak 1 saniye olabilme doğruluk oranı, 9 milyarda 1 hassasiyet ile Sezyum Atom İzotopları sahisinde ölçülebiliyor.
Bu hassasiyetin ikinci bir anlamı ise, şaşma dahi olsa bu şaşma oranı 15 milyon yılda 1 kere gerçekleşebilir. 15 milyon yıl geçtiğinde 1 saniye şaşma oranı olan bir Atomdan bahsediyoruz.
Peki ölçümü ne şekilde yapabiliyorlar ? Sistem nasıl çalışıyor ?
Atomları oluşturan elektronlar; atomik osilatörler sayesinde, uyarılarak ışıma yani fotonlar açığa çıkarılıyor. Bu fotonların frekansı sayesinde, ölçme işlemleri yürütülüyor.
Kısaca; bu fotonların frekansı, bize “tick” sayısını verir. Bu tick, Sezyum-133 atomu için 1 saniye olarak kaydedilir.
Peki nasıl oluyor da navigasyon yönlendirmelerinde konum şaşmaları yaşanıyor?
Uydular dünyamızda yaklaşık 25000 km uzaklıkta. Bu farktan dolayı konumlama açısı ve zamana olan etkisi, 40 mikro saniye farklı akıyor. Buradaki oluşan fark; eğer üzeltme yapılmaz ise, 15-20 km kadar fark oluşturabiliyor. Uydu konumlamalarında; referans alınan saatin, 1 saniye gecikmesinin konum olarak nelere mal olacağını tahmin edebilirsiniz artık.
Kimi zaman, araçlarımızda kullandığımız, Navigasyon cihazlarının sapma yapma sebebit tam olarak budur. Gittiğiniz sokağın , bir üst sokağa kaymasının sebebi bu farklılıkdan süre geliyor. Yani ülke olarak, size ait uydunuzda, referans olarak kullandığınız atom saatinin içerisinde bulunan, sezyumun kalitesi ve miktarı, teknolojinin hassasiyetini belirliyor.
Konumun en hassas şekilde yansıtılmasına neden bu kadar önem veriliyor ?
Özellikle askeri alanda konu çok büyük önem arz ediyor. Balistik füzelerin bu şaşma sonucunda denize düşeceği yer de , şehrin ortasına düşmesine sebep verebileceğini bir düşünün. O kadar büyük öneme sahip ki, devletler bu konuda çok hassas ve temkinli davranmak zorundalar. Ayrıca hava ve deniz araçlarının; sefer yolları ve düzeni, tamamı ile bu sistemlerin doğru çalışması ile paralel ilerliyor.
Bu sebeple; bazı mühendislik faaliyetlerinde, GPS koordinatları, çalışmalarda referans alınır. Faaliyetler bu referanslara göre hesaplanır. Örnek verecek olur isek; İnşaat sektöründe, baraj, yol ve özellikle Tünel kazım işlemlerinde, mühendisler NASA ‘nın periyodik olarak yayınladığı Uydu Ephemerislerini kullanırlar.
Atom Saati numerik biçime nasıl dönüştürülür ?
Osilator un içerisine alınan atom, soğuma işlemine tutulur. Sonrasında -273 Santigrat dereceye kadar soğutulan atom, ışın ile buharlaştırılır. Açığa çıkan frekans manyetik bir alanda ölçülür ve numerik bir biçim alır.
Ülkeler bu atomları nereden temin ediyor. Nasıl sahip oluyorlar ?
Atomlar izotop halde bulunuyorlar. Sezyum 133 de diğer 40 izotopuda laboratuvar ortamında üretiliyorlar. Farklı atomların İzotoplardan bazılarının 1 saniyede yaptıkları titreşim miktarlarına bakalım.
- (Sezyum-133) Saniye de 9.192.631.770 kez.
- (Rubidyum-87) Saniye de 6.834.682.610 kez.
- (Hidrojen-112) Saniye de 1 420 405 751 kez.
- (Stronsiyum-87) Saniye de 429 228 004 229 873 kez.
Peki en hassası hangisi ? Yani hangisinden en hassas atom saati üretilebilir ?
İterbiyum atomu saniyede 518 295 836 590 863 (518 trilyon) defa titreşiyor. ( Sezyum-133 izotopundan tam 56 kat daha güçlü titreşim frekansına sahip ).Tam 22 milyar yıl boyunca, sapma hatası olmadan çalışabilecek bir mekanizma oluşturulabilir. Evrenin yaradılışında üretilmiş bir saat olsaydı (13.7 milyar yıl önce), ve bu izotop ile oluşturulsaydı. Hala çalışıyor olacaktı. Şu ana kadar hiç hata yapmamış olacaktı.
Aytaç Engin
Drone Pilotları Platformu Başkanı