Uzay Yolculuğu

Astronotlar uzay mekiğinde neredeyse on yıl öncesinin bilgisayarlarıyla çalışmak zorunda kalırlarken, uydular çoğun bu sektörün en yeni ürünlerini barındırmaktadırlar. Aşağıdaki raporda, bilgisayarların uzay yolculuğuna ilişkin olarak bugün hangi önemli rolü üstlenmiş olduklarını okuyacaksınız.

İman Uzay İşlem Merkezi'nin (German Space Operating Center- “GSOC”-) Veri Üniteleri Yöneticisi Peter Piotrowski şöyle diyor: “Her bilgisayar, çalışmasını durdurma hakkına sahiptir.” Burada böylesine bir duygudaşlıkla bilgisayarının yanında yeralan Piotrowski, örneğin elektronik donanımda can sıkıcı bir arıza ortaya çıktığında, bundan, tıpkı herhangi bir mikro-bilgisayar sahibinin kapatacağı türden bir hoşnutsuzluk duyar. Ama mesleği dolayısıyla, arızaları her zaman hesaba katmak zorunda olduğundan, bu konuda kendini iyimserliğe kaptıramaz. Peter Piotrowski ve onun bilgisayar ekibi, geçen sonbaharda, uzay mekiğinin gemisiyle dünyanın çevresinde turlar atan Alman Uzay Laboratuvarı'nın (D1) bakımıyla görevlendirilmişlerdi.

Bilgisayarsız uzay yolculuğu artık tasarımlanamaz olmuştur; uzayda ele alınacak bir girişimin her evresi bilgisayar ile ve bilgisayar tarafından hazırlanmakta, gözlenmekte ve değerlendirilmektedir. Bu gerçek, Alman Hava ve Uzay Yolculuğu Araştırma ve Deneme Kurumu'nun Münih yakınındaki Oberpfaffenhofen'de bulunan Makine Toplama Merkezi'nce (DFVLR) özellikle dikkate alınmaktadır. Bu dev araştırma tesisinin çekirdeğini bir IBM-büyük bilgisayar (3084) ve bir Cray oluşturmaktadır. Bunlardan çıkan teknik veriler, ortalama bir mikro-bilgisayar tasarım gücünün sınırlarını zorlayacak niteliktedir: 24 M-çoklu (MByte) iş deposuna sahip olabilen IBM, yaklaşık 15 milyon talimatı bir saniyede işleyebilmektedir. Cray ise, 8 M-çoklu iş deposuyla 80 milyon talimatı aynı süre içinde işleyebilecek güçtedir. Bununla bağlantılı 30 mıknatıslı devingen diskin 9.5 Giga-çoklu bir depo kapasitesi vardır ki, bu da yaklaşık 10 milyar simge demektir. Bu pek büyük kuruluş, Alman Hava ve Uzay Yolculuğu Araştırma ve Deneme Kurumu'nun (DFVLR) bilgisayar toplama merkezine ait bir bölümüdür. Bu bölüm, beş Alman kentine dağılmış olup bilimsel projelerin, araştırma ve geliştirme çalışmasının hizmetine sunulmuştur. Peter Piotrowski ve ekibi bu hesaplama ve depo imkânlarından, görevlerinin sadece bir bölümü için yararlanmaktadırlar. Çünkü, uzay deneylerinin gözlenmesi, ister mürettebatlı uzay yolculuğu, isterse mürettebatsız uydu çalışmaları söz konusu olsun, kendine özgü bazı talepleri gündeme getirir. Bu sistem, uzmanların uzay bilgisayarlarına ilişkin hangi sorunlarla mücadele etmek zorunda olduklarını tipik bir şekilde açığa çıkarmıştır. Özellikle çok kısa süreli, mürettebatlı uzay yolculukları için şu formül dile getirilmektedir: Vakit nakittir, bilgi (information) her şeydir. Alman uzay laboratuvarı 400 milyon Mark'a mal olmuştur. Buna karşılık, uzmanların uzaydaki deneyler için yararlanabilecekleri zaman, birkaç günlük az bir süreyle sınırlı kalmıştır. Bu arada, uzay yolculuğunun ilk dönemlerine oranla bu zamandan daha iyi yararlanma imkânı yaratıldı. O dönemde, astronotlar uzay gemilerinin yönlendirilmesi yükümlülüğünü de üstlenmişlerdi, kendi başlarına deneyler yapıyorlardı ve yeryüzüne ses bantları, filmler ile dönüyorlardı. 1985'in uzay laboratuvarında durum bambaşkadır: Uzayda deneyler ve ölçümler gerçekleştirilirken, tek tek yüzlerce milyon veri uzay mekiğinin bilgisayarlarından yeryüzüne iletilmiştir. DFVLR'nin bir sözcüsüne göre, “Yer istasyonları ile uzay gemisi arasında tam olarak ne kadar bilginin gidip geldiğini saymak mümkün değildir.” Gerçek veri yığınları, mürettebatsız uydulardan da yeryüzüne doğru sel gibi akmaktadır: Güneş'in araştırılmasına dönük yıllanmış Helios 1 ve 2 sondajları on yıllık çalışma süreleri içinde daha şimdiden kırk milyar ikil (bit) birimli bilgileri yeryüzüne yollamıştır. Bu konuda becerikli bazı insanların hesaplarına göre, tek bir kişinin bu dev veri yığınını gözden geçirmesi ve bundan bilgiler derlemesi için 5000 yıl gece gündüz çalışması gerekirdi.

Dev parabol antenler uyduların verdiği haberleri kaydediyorlar.

Yer istasyonlarındaki süper bilgisayarlar bu haberleri saniyeler içinde değerlendiriyorlar.

Ve sonunda, bilgisayar, uyduların verdikleri bilgilere sadık kalarak, yeryüzünün bir çıkarır.

Eğer bilgisayar doğru çalışmayacak olursa: D-I yayını sırasında gemi bilgisayarı buradaki atomik saati, saat kusursuz işlediği halde, sürekli düzeltmeye çalışıyordu, sonunda astronotlar kablonun birini kopardılar ve bilgisayar da böylece saati rahat bırakmış oldu.

Gelecekte: Bir

Saniyede 100 Milyon Bilgi Bize televizyondaki hava haritasını sağlayan hava uydusu METEOSAT 2, halen saniyede yaklaşık 460000 çoklu bilgi yollamaktadır. Bu uydunun ardıllarından biri (1988 yılında uzaya yollanacaktır) bir saniye içinde 100 milyon çoklu'yu yeryüzüne iletecektir. Buna göre, arızasız bir uzay yayınının akışını sağlayacak nitelikte bir bilgisayar sistemi elde hazır bulunmaktadır. Yeryüzüne ulaşan veriler burada tam ve hatasız olarak alınmalıdırlar ve alıcı istasyona fazla yük binmemesi için bu veriler yeterince hızlı bir şekilde bir depo ünitesine iletilebilmelidirler. Ve özellikle de şu var; İletim sürecinde “ara”lar olmamalıdır, yoksa veriler yitip gidebilirler. Oberpfaffenhofen'de bu sistemi geliştirenlerin ilk ilkesel kararları, tek bir büyük bilgisayara dayanılmaması, tersine “modüler” bir sistemin seçilmesi yolunda olmuştur. Bunun anlamı, orta büyüklükte (mikro-bilgisayar) birçok bilgisayarın, tıpkı bir inşaat oyuncak kutusunun temelinde yatan ilkede olduğu gibi, birbirini tamamlamasıdır: Bunlardan her birine özel bir görev düşmektedir. Yani bir çeşit bilgisayar ekip çalışması. Ayrıca, böyle küçük birimlerde, arıza durumlarında görevi üstlenecek yedek bir bilgisayar da hazırda tutulabilmektedir. Uzay laboratuvarı uzayda tur atarken, yer istasyonunda bulunan VAX modelinde iki minibilgisayar gönderilen verileri alır. VAX, özellikle bilim alanında pek yaygın olan 32 çoklu sayısal (digital) bir mini-bilgisayardır. Aslında bunlardan bir tanesi de verilen görevin üstesinden gelirdi, ama, ikinci VAX, gerektiğinde kullanılmak üzere yedek olarak birincisinin yanına yerleştirilmiştir. İstasyon bilgisayarları bağlantının niteliğini sınıyorlar, gerekirse doğrultulamasını yapıyorlar ve verileri -saniyede 52.000 çoklu- denetim merkezine iletiyorlardı. Burada, bu verileri bekleyen başka iki VAX-bilgisayarı daha bulunmaktaydı. Denetim merkezinde ise, kendilerine yayının yönetimi teslim edilmiş bilim adamları oturmaktaydılar. Bilgisayarlar (güvenlik nedeniyle çift olarak çalışanlar da) özellikle iki şeyi sağlamakla yükümlü idiler: Veri yığınlarının aralıksız olarak merkezi büyük hesaplama birimine akışı. Burada, uzaydan gelen tüm sonuçlar, daha sonra bilim adamlarının değerlendirmelerine sunulabilmek için depolanıyorlardı. Burada da, mümkün bir arıza konusunda önlem alınmıştı. Denetleme merkezindeki ana bilgisayarlar, merkezi büyük birime giden kanal üzerinde bir arıza çıkmış ise, 675 Mçoklu dev bir kapasiteye sahip depo disklerine el atabileceklerdi. Yani, arıza giderilinceye kadar, veri kaçağını önlemek için, verileri alabilecek nitelikte bir “ek rezervuar” yaratılmış oluyordu böylece. Denetim merkezinin yetkisi içine yalnızca bilimsel verilerin kabulü ve güvenceye alınması girmiyordu, orada aynı zamanda deneylerin seyri de gözlenmekte idi ve zorunluluk doğarsa, güçlükler karşısında nasıl bir tepkide bulunmak gerektiğine ilişkin bir karara varılıyordu. Uzay laboratuvarında ise güçlükler yok değildi: Bir deney sırasında, örneğin, uzay gemisindeki bir izabe fırının ısısının yükseltilmesi gerekiyordu, ama gene de fırının, astronotlar kapıyı açarlarken ellerini yakacak kadar kızgın olmama zorunluğu vardı. Önceleri böyle bir sorun, yeryüzü ile uzay gemisi arasında dakikalarca süren bir diyalog gerektirirdi ki, deneyin başarısı ve mürettebatın güvencesi bu diyaloga bağlıydı. 1985 yılında ancak saniyeler süren bir çabukluk içinde yapılmaya başlandı bu, denetim merkezindeki bir bilgisayar çözümü bulmuştu. Burada asıl önemli ve belirleyici olan ilke gerçek-zamanlı işlemdir. Veriler, denetim merkezindeki ana bilgisayarlara bağlanan alt-sistemlere anında geçirilirler ve bunlar bu verileri hiç duraksamadan (insan için) değerlendirirler. Teslim alınan ikil (bit) zincirler, özel olarak geliştirilmiş programlar aracılığıyla fiziksel standart birimlere çevrilirler. Grafik yazılım (software), deneylerin akışının grafik tasarımlar yoluyla (örneğin, sütun diagramlar) yer personeli tarafından hemen hemen “canlı” olarak izlenebilmesini sağlar. Hızlı kararlar alma söz konusu olduğunda, yerdeki denetim personeli bilgisayarın hesaplama gücüne ve bağlantılı veri bankalarının destek sağlar. Uzay mekiği gemisindeki astronotların bu bilgi seliyle bizzat ilgilenmelerini varsaymak, örneğin deney sonuçlarını gemi bilgisayarına el ile yazmalarını beklemek tabii ki saçma olurdu. Ölçülen değerleri doğrudan bilgisayara ileten çok sayıda “sensor” vardır. Bunlar, örneğin anılan izabe fırınındaki ısı sondajları ya da sınama personelinin kan basıncını ve nabzını gözleyen bedenle uzaydaki tahammül gücünü yoklayan ölçüm aygıtlarıdır. Gemi bilgisayarlarının başlıca görevi, deneylerin sonuçlarını yeryüzüne iletmektir. Sürekli veri akımı sayesinde, bilim adamları yukarıda tam o anda neler olup bittiğine ilişkin bilgi sahibi olurlar. Birçoklarını uzay mekiğinin gemi bilgisayarları konusunda şaşkınlığa uğratan şey, sadece 16 KByte iş deposuna sahip bu bilgisayarların yeryüzündeki av bilgisayar pazarında oldukça güvenli bir tarzda dükkan koruyucusu olarak kullanılabilecekleridir.

Oberpfaffenhofen Denetim Merkezi: Bilim adamları, en modern bilgisayarlar aracılığıyla, uzaydaki deneylerin değerlendirilmesini almış oluyorlar.

Uzay gemisinin elektronik aygıtlarına ilişkin teknik verilerin az etkileyici olmasının bir nedeni, Uzay mekiği gibi büyük projelerin gelişimlerinin uzun bir zaman -yaklaşık 10 yıl- almasıdır. Daha 70'li yılların ortalarında bu gelişim teknik bakımdan bu tür yoğun sistemlerde görülen en yüksek konumuna ulaşmıştı. Kısa vadede yeni ve iş yapma kapasitesi daha büyük aygıtlara geçilmesi ise uzaya ilişkin tüm elektroniğin yeniden tasarımlanması anlamına gelirdi ki, bu da, zahmete değmez: Elektronik yapı taşlarının uzay için elverişli olup olmadıkları ancak uzun vadeli ve çok çetin sınamalar sonucunda kanıtlanabilmektedir. Gene de, uzay gemisi ile yeryüzü arasındaki veri akışında, bugün bile önemli bir kısıtlanma söz konusudur. Elde sadece tek bir iletim uydusu hizmete hazır bulunduğundan, bağlantı ancak tüm zamanın yarısında olup bitmektedir. Buna rağmen, bu durum, uzay yolculuğunun ilk dönemine, örneğin Apollo yayınlarına göre, çok büyük bir ilerleme sayılır. O dönemde, uzay kapsülüne bağlantı, zamanın ancak onda birinde mümkün olabiliyordu- geri kalan uçuş süresi boyunca, yeryüzünün gölgesi bir bağlantı kurulmasını engelliyordu. Bağlantı süresinin çok büyük ölçüde artırılmış olması, mekik yayınında, tüm dünyaya yayılan sekiz istasyonlu bir veri ağının kurulmasını mümkün kılmıştır. Mekik verileri ilkin yer-istasyonlu TDRSS uyduları üzerinden Whitesands'daki (Amerika) bir istasyona gidiyordu. Orada bir bilgisayar -Veri Ayıklama Ünitesi- Oberpfaffenhofen için önem taşıyan bilgileri ayıklamaya tâbi tutuyordu. Uzay deneylerine ilişkin veriler içeren bilgi paketleri ile uzay gemisinin yönlendirilmesinin denetlenmesine hizmet eden veriler birbirlerinden ayrılıyorlardı. (Böylece, Houston'daki Amerikan denetleme merkezinin yaptığı görev sayesinde, bu işle Almanların da ilgilenmelerine artık gerek kalmamış oluyordu.) Bu da, Oberpfaffenhofen için, kendisine gelen veri akınını önemli ölçüde azaltıyordu (saniyede birkaç yüz Kilobit'i 52 Kilobit'e düşürüyordu).

Uydulardan gelen bilgiler somutlaştırılıyor: Bilim adamları bunlara göre olağanüstü kesinlikte haritalar meydana getiriyorlar.

Whitesands'dan hareketle bu veriler DOMSAT uydusu üzerinden Washington yakınındaki Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ne doğru yol alıyorlardı, buradan da, bir İNTELSAT-uydusu üzerinden Ammer Gölü kıyısındaki Raisting'de bulunan Alman Yeryüzü Telsiz Dairesi'ne iletiliyorlardı. Bir kablo ile bu veriler daha sonra Oberpfaffenhofen'e yollanıyorlardı. Tüm bu süreç beş saniye devam ediyordu. Yeryüzüne yakın yörüngeler için bu türden bağlantı sorunları tipik bir durum arz ederler; keşif uçuşlarındaki araştırma uydularında bunlar ortaya çıkmaz. Bunlar içinde şu anda en ünlüsü kuşkusuz “Giotto”dur-Halley kuyruklu yıldızıyla buluşacağı yol üzerindedir.— Giotto, kuyruklu yıldızın adağına 500 kadar yaklaşmak zorundadır. (Uzay koşullarında, sonucu belirsiz bir çarpışma rotasıdır bu.) Giotto, yeryüzüne renkli resimler yollayan aygıtlarla tıka basa doludur, bu aygıtlar kuyruklu yıldızın manyetik alanını ve bileşimini araştıracaktır. Tüm ölçüm araçları, uzay gemisi bilgisayarının denetimi altındadır: Bilgisayar, sondajların durumunu sürekli olarak denetler, sıcaklığı ve toz parçacıklarını kaydeder ve gerekirse doğrular. Özellikle ölçüm verilerini yollar yeryüzüne, tam olarak gerekirse Darmstadt'daki Avrupa Uzay Bürosu'nun (ESA) denetim merkezine iletir bu verileri: Orada bu veriler güvence altına alınırlar ve değerlendirilirler. Halen Giotto ESA'nın bilim adamları tarafından telsiz komutlarıyla yönlendirilmektedir (oradaki güçlü hesaplaşma ünitesi daha başka beş uydu ile de ilgilenmek zorundadır). Ancak, bu tür girişimlerde yeryüzü ile kurulan bağlantının sınırları olduğu açığa çıkmaktadır: Giotto'ya bir telsiz komutunun iletilmesi, arada 70 milyon kilometrelik bir uzaklık bulunduğunda, yaklaşık dört dakika almaktadır (bazı durumlarda bu çok uzun bir süredir). Bu nedenle, Giotto'nun bilgisayarları, yayının kesilmesini önlemek için, zorunlu durumlarda bizzat karar alabilecek tarzda programlanmışlardır. Ayrıca yeryüzünden de komutlar gelmektedir, ama bilgisayar ciddi bir durum söz konusu olduğunda bu komutlara paralel bir tarzda düşünmesini sürdürmektedir. Günün birinde telsiz bağlantısı tümden kopacak olursa, Giotto'nun yazgısını bilgisayar zekâsı ve uçuş sırasında edinmiş olduğu deneyimleri belirleyecektir.

Kısa Bir Süre İçinde

Bilgisayarın Kendisine Bile Veri Yığını Çok Gelmeye Başlayacaktır

Bu tür teknikler gelecekte yetkinleştirileceklerdir. Uydular için “uzman sistemleri” (sorunları mantıksal olarak çözümleyen ve bir veri bankasının bilgi hazinesiyle çözümler bulan sistemler) geliştirilmektedir. Bu suretle, günün birinde uzayda, esnek bir tarzda ve önceden kestirilemeyen sorunlara tepkide bulunabilecek bağımsız keşiflere kapı açılmış olacaktır. Bu planların gerçekleştirilmesi için, yapay zekânın ve bilgisayar tekniğinin araştırılmasındaki ilerlemelerin devamı bir zorunluluk olmaktadır. Bilimsel uyduların daha ikinci kuşağı, araştırmacıların bunlar üzerine uzun kafa yormalarına yol açmaktadır: Bugün Giotto saniyede mütevazı denebilecek 64 K-ikil yolluyorsa, şimdiden kestirilemeyen bir zamanda, bu, 500 ila 700 milyon ikili birliğe ulaşacaktır. En güçlü görüntüleme aygıtları halen saniyede ancak yaklaşık 470 milyon ikil ortaya çıkarabilmektedirler. ESA'nın tasarımına göre, şöyle bir çözüm bulunabilecektir: Veriler yeni aygıtlarla süper bir hızla görüntülenirken, değerlendirmeler daha yavaş bir işleme tâbi tutulacaktır. Tekniğin almış olduğu boyutların bu denli geniş olmasına rağmen, insanın bu konuda henüz fuzuli bir varlık haline gelmediğini, uzay laboratuvarının yayını sırasında geçen tuhaf bir olay açığa çıkarıyor: Uzay gemisi bilgisayarı, atomik bir saatin sapmalarını düzeltmekle görevlendirilmişti. Bilgisayar da bu görevi canla başla yerine getirdi, ama saat çoktan düzelmiş olduğu halde, bilgisayara yine tekliyormuş gibi geliyordu. Durumu düzelten şey, basit bir insani çözüm oldu: Astronotlar bağlantı kablosunu elleriyle kopardılar.

Herbert Pahli'den çeviren:

Güven Savaş KIZILTAN