Orion İle Mars Çağı Başlıyor >> NASA’nın yeni uzay aracı astronotları Mars’a taşıyacak

NASA’nın 2030’larda insanları Ay’a taşıyacak olan yeni Orion kapsülü geçen Aralık ayında ilk kapsamlı test uçuşunu başarıyla gerçekleştirdi ve Dünya’dan 5800 kilometre uzaklaştı. Bu testte insansız olarak uçan Orion, Apollo Ay seferlerinden kırk yıl sonra Dünya’dan uzaklaşan ilk uzay aracı oldu.

Uzay Yolu Orijinal Dizi’de Kaptan Kirk, Atılgan’ın yolculuklarını “Kimsenin gitmediği yerlere cesurca ulaşmak” cümlesiyle tanımlıyordu. Ancak karizmatik astrofizikçi Neil DeGrasse Tyson’ın dediği gibi NASA son 40 yıldır bu hayali unuttu ve Güneş Sistemi’ni keşfetmek yerine “Herkesin gittiği yerlere cesurca ulaşıyor”, yani alçak yörüngedeki Uluslararası Uzay İstasyonu uçuşlarıyla yetiniyor.

Bununla birlikte, önümüzdeki 20 yıl içinde insanları Mars’a taşıması planlanan Orion mürettebat aracı, bütçe yetersizliği ve politik irade eksikliğinden kaynaklanan bu kısır döngüyü kırabilir.

Mars One projesi ile 2024 yılına kadar Mars’a bir daha geri gelmemek üzere cesur yerleşimciler göndermeyi planlayan Hollandalı girişimci Bas Lansdorp ile Mars Derneği’nin kurucusu olan havacılık ve uzay mühendisi Robert Zubrin 2030’larda Mars’a insan göndereceğimizi umuyor.

 

Yılan hikayesi

Zubrin, ekip arkadaşlarıyla birlikte Mars’a insan göndermek için gereken en güvenli uzay seferini planladı ve NASA da 2030’larda büyük olasılıkla Zubrin’in sefer planını kullanacak.

Aynı zamanda insanların kızıl gezegende nasıl yaşayacağını, ne yiyip içeceğini, nasıl inşaat ve ticaret yapacağını ve nasıl yakıt üreteceğini anlatan Mars Davası kitabının yazarı olan Zubrin, NASA bütçesinin buna yeterli olduğunu söylüyor.

 

Zubrin’e göre Mars için gereken uzay teknolojileri Apollo programı için 50 yıl önce geliştirildi. Dolayısıyla Apollo programının toplam maliyeti bugünün parasıyla 140-150 milyar dolar olsa da yalnızca mevcut teknolojileri optimize ederek ve 10 yılda toplam 55 milyar dolarlık bütçe ayırarak Mars’a insan göndermek mümkün.

Oysa Apollo programının Ar-Ge alanında doruk noktası olan 1966 yılında NASA’nın bütçesi bugünün parasıyla 46 milyar dolardı.

NASA’nın 2014 bütçesinin ise yalnızca 18 milyar dolar olduğu düşünüldüğünde, bilim insanlarının 2020’den itibaren her yıl bütçeden 5,5 milyar dolar ayırarak 10 yılda Mars’a insan göndermeyi başarması pek mümkün görünmüyor (özellikle de yetersiz bütçeden kaynaklanan gecikmeler nedeniyle proje maliyetinin her yıl artacağı dikkate alındığında).

 

İnsanlar Mars’a ne zaman gidecek?

Bas Lansdorp çok daha iddialı ve Mars’a gidecek olan astronotları Dünya‘ya geri getirme kaygısı taşımadıklarını belirterek, sadece kitle kaynak fonlar yoluyla 2024’te, yani NASA’nın en iyimser tahminlerden 9 yıl önce Mars’a kalıcı yerleşimci göndereceklerini öne sürüyor.

Mars One projesi uzmanlarına göre projenin maliyeti sadece 4 milyar dolar olacak ki bu da bir Amerikan uçak gemisinin fiyatıyla karşılaştırabilecek bir rakam. Ancak bu rakam ne kadar gerçekçi?

 

40 yıl sonra ilk kez

Orion mürettebat aracı aslında gerçek bir uzay gemisi değil. Mars’a gidecek uzay gemisinin daha büyük bir servis modülüne ve daha büyük roketlere sahip olması gerekiyor. Gerçek bir uzay gemisi roketler, servis modülü, Orion mürettebat modülü ve iniş sistemleriyle birlikte bir bütün oluşturuyor.

Nitekim NASA, Orion’ın son Apollo uçuşundan bu yana Dünya’dan 5800 kilometre uzaklaşan ilk uzay aracı olmasına karşın (uyduları saymazsak), sonraki test uçuşunu 2018 yılına ertelediğini açıklamak zorunda kaldı. Buna gerekçe olarak da bütçe yetersizliğini gösterdi.

Tabii 4 astronotun fiziksel ve zihinsel sağlığını yitirmeden uzayda aylarca yol alarak Mars’a sağ salim ulaşması için gereken ortamı, süreçleri ve en iyi uygulamaları tasarlamak da ayrı bir dert. Bu nedenle NASA önce Ay yörüngesine insan göndermeyi ve ardından aşamalı olarak gezegen uçuşlarını başlatmayı planlıyor.

 

 

Mars’a gitmenin başka yolu var mı?

Mars One projesi bilimsel çevrelerde kuşkuyla karşılanıyor. Her ne kadar birçok bilim insanını kendine çekmiş olsa da Mars One daha çok bağışlar yoluyla para kazanmaya yönelik bir medya ve PR kampanyası olarak görülüyor.

Gerçekten de maliyetleri düşüren teknolojiler geliştiren özel sektörün Mars projesine başarıyla el atacağı varsayılsa bile (ki özel sektör kâr görmediği hiçbir işe el atmaz) projenin 55 milyar dolar yerine yalnızca 4 milyar dolara mal olması pek gerçekçi görünmüyor.

Özellikle de ABD’nin dahi işadamı Elon Musk’ın gözbebeği olan SpaceX havacılık ve uzay şirketinin öncelikle alçak yörüngedeki Uluslararası Uzay İstasyonu’na insan taşımaya odaklandığı dikkate alındığında.

 

 

Sadece PR olsa bile başarılı

Bununla birlikte Mars One projesi Mars’a insan göndermek için politikacılar ile sektörü motive etmek ve kamuoyunda farkındalık yaratmak açısından önemli bir rol üstleniyor.

Bu açıdan bakıldığında SpaceX şirketinin sefer koordinatörü olan Havacılık ve Uzay Mühendisi Andrew Rader’ın da Mars One projesiyle Mars’a kalıcı olarak yerleşmek için başvuran kişiler arasında yer alması insana umut veriyor.

 

 

Mars One projesi adayları arasında ikinci raunda kalan Rader, “Dünya’yı Terk Etmek: Mars’a Tek Yönlü Uçuş Neden Akla Yatkın?” başlıklı bir e-kitap da yazdı ve şu anda Mars One projesi için en gerçekçi çözümleri sunan uzmanlar arasında yer alıyor.

Zubrin’in yolundan giden ve Mars Davası kitabında yirmi yıl önce incelenmiş olan çözümleri yeniden ele alan Rader gibi araştırmacılar Mars’a 20 yıl içinde insan gönderebileceğimize yönelik inancı güçlendiriyor.

 

 

Orion astronotları asteroit madenciliği için Ay’a taşıyacak

Orion çok amaçlı mürettebat aracı (MPCV) yalnızca Mars uçuşları için geliştirilmedi. Buna ek olarak uzay kapsülünü kapsamlı servis ve habitat modülleriyle donatarak Ay’a veya asteroitlere göndermek de mümkün.

NASA 30 Eylül 2018’de insansız uçacak bir Orion kapsülünü Ay’a göndermeyi planlıyor. Orion, Ay çevresinde tur attıktan sonra Dünya’ya geri dönecek. 2021 yılında ise her şey yolunda giderse bu kez Ay yörüngesinde insanlı uçuş yapılacak. Bunun ardından da 2023’te asteroit kuşağına insanlı uçuş düzenlenmesi planlanıyor.

 

 

Rosetta’nın bir amacı da Orion benzeri seferlerin önünü açmaktı

Popular Science Türkiye’nin Aralık sayısındaki Rosetta yazısında anlatıldığı gibi bütün bu uçuşların amacı Dünya’da azalan nadir metalleri uzaydaki asteroitlerden elde etmek. İnsanlı Mars uçuşu ise en erken 2033’te olacak.

Mars yolculuğunun aylarca sürecek olması nedeniyle astronotlar bu uçuşta Mars çevresinde yörüngeye girmekle yetinmeyecek ve kızıl gezegene ulaşır ulaşmaz iniş yaparak Mars toprağına ayak basacaklar.

Gerçekten de makaledeki resimlere bakıldığında Orion mürettebat aracının modüler bir tasarıma sahip olduğu ve Ay uçuşları gibi birçok farklı görevi destekleyebileceği görülüyor.

 

 

Uzay kaçış sistemi ve kurtarma filikası

Örneğin, 5 Aralık 2014’te uçan Orion aracı kapsülün burnuna takılı olan bir acil kurtarma sistemi taşıyordu. Fırlatma İptal Sistemi (LAS) olarak adlandırılan bu çözümün bir benzeri Amerikalı astronotları Ay’a taşıyan Satürn V roketinde kullanılmıştı.

Kapsülün (mürettebat aracı) ucuna takılan ve sivri bir mızrağa benzeyen koni şekilli yeni sistemin amacı ise Orion’ı hayati bir tehlike söz konusu olduğunda içindeki astronotlarla birlikte kurtarmak. LAS donanımı, Orion’ı taşıyan roketin patlamak üzere olması gibi acil bir durumda kapsülü traktör gibi çekip ana gövdeden ayıracak ve Dünya yörüngesine taşıyacak.

 

 

Patlama bölgesinden hızla uzaklaşan kapsül uygun bir zamanda Dünya’ya güvenli iniş gerçekleştirecek. Uçuş iptal sistemi, sivri uçlu direğin alt kısmındaki dört ufak roketi ateşleyerek kaçış manevrası yapmak üzere tasarlandı.

LAS modülünde uzayda takla atmak gibi karmaşık kaçış manevraları gerçekleştirmek için gereken yanal manevra roketleri de bulunuyor. Bu teknoloji, kapsülün Dünya atmosferine doğru açıyla girmesini sağlıyor ve aşırı sürtünmeye bağlı yanma tehlikesini ortadan kaldırıyor.

 

 

Servis modülü

Orion’ı Ay ve ek yaşam modülüyle ile (henüz geliştirilmedi) Mars’a taşıyacak olan servis modülü Avrupa Uzay Ajansı ESA tarafından dizayn edildi. Orion’ın 5 Aralıktaki uçuşu da bu nedenle kritik önem taşıyordu.

2012 yılında yapılan uçuştan sonra Orion ilk defa servis modülü ile denendi ve her ne kadar gerçek servis modülü yerine bir maket kullanılmış olsa da sistemin düzgün çalıştığı kanıtlandı.

 

 

Otomatik transfer (ATV) özellikli yeni servis modülü, ek habitat modülü gerektirmeden astronotları Dünya’ya çok yaklaşan asteroitlere ulaştırmaya yeterli kargo kapasitesine sahip bulunuyor.

Ancak Mars’a ve Mars’ın ötesindeki Asteroit Kuşağı’na erişmek için Orion’ın astronotlara yeterli hareket alanı sağlayacak bir habitat modülü ile desteklenmesi gerekiyor.

 

 

Mürettebat aracı

5 metre çapında, 3,3 metre yüksekliğinde, 8,5 ton ağırlığında ve 5,9 metreküp hacminde olan Orion mürettebat aracı, olası Mars yolculuğu da dikkate alınarak Apollo kapsüllerinden yüzde 50 daha büyük olarak tasarlandı.

Maksimum 6 kişi alabilen Orion aracı, astronotları Dünya atmosferine giriş sırasında oluşan sürtünmeye bağlı binlerce derece sıcaklıktan koruyan üstün özellikli bir ısı kalkanı taşıyor. NASA bunu dikkate alarak Orion için Avcoat adı verilen özel bir ısı kalkanı geliştirdi (bu kalkanın bir versiyonu Apollo kapsüllerinde kullanılmıştı).

 

 

Atmosfere tersten girecek olan aracın tabanını koruyan “ablatif” kalkan, yüksek ısıya dayanmak için fenolik reçine ve cam elyafından üretilmiş bal peteği şekilli binlerce küçük kapta depolanan silika özlü fiberlerden yararlanıyor.

Yüksek sıcaklıkta uzun süre yanan silika özlü fiberler ve fenolik reçineden oluşan bal petekleri sayesinde ısı kalkanı yavaş yavaş buharlaşıyor ve buharlaşırken 2000 dereceye ulaşan ısıyı da uzaya taşıyarak kapsülü yanmaktan koruyor.

 

 

Geleceğe bakış

Orion uzay aracının baş tasarımcısı olan Lockheed Martin şirketi NASA ihalesinde 8,15 milyar dolar teklif vererek 2004 yılında çalışmaya başladı, fakat bu proje son 10 yılda sayısız değişikliğe uğradı:

Orion kapsülü başlangıçta Ay’a insan göndermeyi amaçlayan Takımyıldız (Constellation) programı için tasarlanmıştı. Ancak Başkan Obama’nın bütçe yetersizliği nedeniyle programı 2010’da iptal etmesinin ardından, NASA uzmanları asteroit madenciliği gibi doğrudan kâr getirecek uzay seferlerine yönelik yeni bir program geliştirdiler ve Orion kapsülünü de Takımyıldız programından devraldılar.

 

 

5 milyar dolara mal oldu

NASA bu noktaya kadar Orion tasarımına 5 milyar dolar harcamıştı ve ihale başlangıç tarihi dikkate alınacak olursa Lockheed Martin de proje üzerinde 6 yıldır çalışıyordu. Sonuç olarak Orion kapsülü Ay, Mars ve asteroit seferlerini desteklemek üzere 2011 yılında yeniden tasarlandı, ama proje üzerindeki bütün bu değişiklikler maliyetleri büyük ölçüde arttırdı.

Orion tasarımı, SLS roketiyle birlikte Mars’a 6 astronot ve 20-30 ton kargo taşıyabilecek kapasitede. Ancak, bu kapasite Mars’a 6 ila 7 ayda ulaşacak insanlı bir uzay gemisini desteklemeye yeterli değil. Bunun için SLS’in alçak dünya yörüngesine 70 ton yerine 143 ton yük taşıyabilecek kapasiteye erişmesi gerekiyor.

 

 

Mars’a yolculuk planları

NASA’nın 2012 yılında güncellenen son referans tasarım raporunda (sürüm 5.0) Dünya yörüngesine üç SLS fırlatılması öngörülüyor. Bu roketlerden biri astronotların Mars’ta dolaşmasını sağlayacak olan Mars aracını, diğeri insanların Mars’ta yaşayacağı habitat modülünü ve sonuncusu da Orion kapsülüyle birlikte astronotları Mars’a gönderecek.

Oysa standart kimyasal roketler ile Mars’a insan göndermek 6-7 Ay sürüyor ve uzayda güneş rüzgarına bağlı radyasyona ek olarak kozmik ışınlara maruz kalma riski artıyor.

NASA’nın 70’lerde denediği nükleer termal roketler ile bu süreyi iki aya indirmek mümkün; fakat her ne kadar NASA konuyu tekrar gündemine almış olsa da fırlatma sırasında nükleer sızıntı ihtimalinden çekinen kamuoyu nükleer motorlara pek sıcak bakmıyor.

 

 

Nükleer roket planları

Nükleer roketli Mars gemisinin (Kopernik) parçaları SLS ile fırlatılacak ve son montaj Dünya yörüngesinde tamamlanacak. Mars’a insanlı uçuş tarihini 2024’e erteleyen Mars One projesi ise kimyasal roketli standart bir Mars Nakil Aracı ile yerleşimcileri 6 ayda Mars’a göndermeyi planlıyor.

Bütün bu tartışmalar 30 yıldır süregeliyor ve rakip gruplar kendi projelerine bütçe ayırmak için büyük mücadele veriyor. Sonuç olarak NASA da Mars’a insan göndermeyi 2033 ila 2045 arasında belirsiz bir tarihe ertelemiş bulunuyor. Oysa bu gecikmeler insanoğlunun geleceğini etkiliyor.

 

 

Dünya’ya asteroit çarparsa Mars alternatif gezegen

Fizikçi Michio Kaku’nun dediği gibi insanoğlu Dünya gezegeninin çevre kirliliği veya asteroit çarpışması nedeniyle yaşanmaz hale gelmesi ihtimaline karşın Mars’a yerleşmek zorunda. Ancak, bunu başarmak için politikacıların gözünü petrol savaşlarından ayırması ve geleceğe bakması şart.

Kısacası insanlığın geleceği şirket arşivlerindeki yatırım fizibilite raporlarının sayfalarına sıkışmış bulunuyor ve vizyon sahibi girişimci işadamları ile cesur kaşifler günümüzde her zamankinden çok önem taşıyor.

 

 

Rakamlarla 2014 Uzay Destanı

Orion mürettebat aracı Boenig 787 Dreamliner uçaklarından esinlenen geniş ekranlı bir cam kokpit kullanıyor, ancak sistemin tek yenilikçi yanı bu değil: Orion kapsülü NASA tarihinde ilk kez otomatik kenetlenme ve transfer sistemiyle donatıldı.

Bu sistem ESA’nın ATV tasarımını baz alıyor ve Rusya’nın Uluslararası Uzay İstasyonu’na erzak taşıyan Soyuz varyantı Progress kapsüllerindeki donanıma benziyor.

 

 

Orion kapsülü son uçuşunda ek roketlerle birlikte alçak Dünya yörüngesine yaklaşık 23 ton, yersabit yörüngeye 6,7 ton, Ay’a 10 ton ve Mars’a 8 ton yararlı yük taşıyabilen Delta IV ağır yük roketini kullandı.

Delta IV ağır yük roketi Orion’ı uzaya taşımak için iki ek roketten yararlanıyor ve yakıtla birlikte üç roketin toplam kalkış ağırlığı 773 tona ulaşıyor. Delta IV roketi yakıt olarak sıvı oksijen ve sıvı hidrojen kullanıyor.

Fırlatma anına kadar roket gövdesindeki tanklarda soğutularak sıvı halde tutulan oksijen, aynı şekilde sıvılaştırılan hidrojeni yakararak gerekli kalkış kuvvetini sağlıyor. Orion kapsülü ve fırlatma iptal sistemiyle birlikte Delta IV’ün yüksekliği 74 metreyi aşıyor (Boğaziçi Köprüsü’nden geçen çevreyolundan 10 metre daha yüksek).

 

Orion EFT-1 seferi uçuş verileri

Deniz seviyesinden alçak dünya yörüngesine (LEO) toplam itiş gücü 900 ton.

Dünya’dan maksimum uzaklık 5800 kilometre.

Dünya atmosferine giriş hızı 32 bin kilometre/saat.

Toplam uçuş süresi 4 saat 30 dakika.

Atmosfere giriş sırasında açığa çıkan sıcaklık 2200 derece (Ay’dan dönüşte bu kadar ısınmayacak).

Paraşüt sayısı: 8. Orion okyanusa inerken hız kesmek için kademeli olarak toplam 8 paraşüt açtı.

Baja California sularına iniş hızı 32 kilometre/saat.

 

 

Garip ama gerçek

Orion test uçuşunu gerçekleştiren Delta IV roketi ile tasarım aşamasında olan ve ilk uçuşunu 2018’de yapması planlanan SLS roketi arasında büyük bir fark bulunuyor. SLS, Delta IV’ten çok daha büyük ve astronotları Ay’a taşıyan Satürn V ile aşık atacak düzeyde. Bunun bir sebebi var: İdeal bir uçuş rotası kullanıldığında Ay’a gitmek ve iniş yapmak Mars’a iniş yapmaktan daha fazla yakıt gerektiriyor.

Dünya’dan fırlatılan roketlerin gezegenin kütleçekim alanından kurtulmak üzere kaçış hızına ulaşması gerekiyor. Bu da kalkış sırasında yaklaşık 28 bin km/saat hıza ulaşmak anlamına geliyor. Ancak uzayda yerçekimi olmadığı için Ay’a giden roketler yavaşlamak üzere fren yapmak, yani fren roketlerini ateşlemek zorunda.

 

 

Ay Dünya’ya Mars’tan çok daha yakın olduğu için (80 milyon km yerine 400 bin km) Ay çevresinde yörüngeye girerek yavaşça hız kesmeye yeterli süre bulunmuyor. Bu da fren roketlerinin tam kapasite çalışmasını gerektiriyor ve sonuçta roketlerin tükettiği yakıt miktarı artıyor.

Ancak, Ay’a iniş sırasında yakıt tüketimini arttıran asıl neden Ay’da atmosfer olmaması. Mars’a giden uzay araçları Mars atmosferine sürtünerek fren yapıyor. Ay’a inen kapsüller ise sadece fren roketlerini kullanıyor.

 

 

Ay’a gitmek Mars’a gitmekten daha çok yakıt harcıyor

Aynı sebeple Orion aracı da test uçuşu sırasında Dünya’dan fazla uzaklaşmamasına rağmen çok yakıt harcadı. Orion, Dünya’dan 5800 km uzaklaştıktan sonra geri dönüş yolunda hızla atmosfere girdi ve aracın dış kısmındaki sıcaklık sürtünme nedeniyle 2200 dereceye ulaştı.

Oysa Orion, Ay gibi daha uzak bir mesafeden geri dönseydi atmosfere daha yavaş hızda girecek ve çok daha az ısınacaktı (yavaş hızlar atmosfere geniş açıyla girmeye imkan tanıyor).

Uzayda yerçekiminden tümüyle kurtulmak için Güneş Sistemi’nden gerçekten uzaklaşmak gerek: Güneş’in çekim alanı gezegenlerin ötesinde 2-3 ışık yılı uzağa uzanıyor ve Güneş Sistemi’ni saran Oort Bulutu’nu etkiliyor.

 

 

Yerçekimine güç, kütleçekime ise kuvvet diyoruz

Bu nedenle Ay’a giden uzay gemileri de aslında mikro çekim alanında yol alıyor. Nitekim Dünya’nın kütleçekim alanı olmasaydı Ay, Dünya çevresinde dönmek yerine uzaya savrularak gözden kaybolurdu (teknik olarak Dünya ve Ay iki gökcismi arasındaki ortak kütle merkezinin çevresinde dönüyor ama bu nokta Dünya kabuğunun altında kalıyor).

Bu bağlamda uzay gemileri Ay’a yaklaştığı zaman Dünya’nın çekim alanından tümüyle kurtulmuş olmuyor. Yalnızca Ay’ın kütleçekiminin Dünya’dan daha güçlü olduğu bir bölgeye, yani Ay çekimi alanına giriyor. Aynı şey Mars ve Güneş için de geçerli.

Güneş’in çekim alanının yeterince zayıfladığı bölgede komşu yıldızların (Alfa Centauri) çekim alanı devreye giriyor. Grafikte Ay ve diğer gezegenlere ulaşmak için ne kadar yakıt harcamak gerektiği görülüyor.

Gelecek bölümde: İnsanlar Mars’a nasıl gidecek, nasıl inecek ve Mars yolculuğunun tehlikeleri. 🙂

 

Orion test uçuşu videosu

Orion ile insanlı Ay uçuşu videosu