Uzaydan İnternet Motoru Elektrosprey
SpaceX şirketi kullanıcılara uzaydan internet sağlamak için Dünya yörüngesine 12 bin adet mini küp uydu fırlatacak. Ancak, alçak yörüngede dönen Starlink internet uyduları sürekli atmosfere sürtünecek ve yörüngede kalmak için manevra yapmaları gerekecek. Avrupa Uzay ajansı ESA bunun için az yakıtla 10 yıl çalışan elektrosprey iyon motorları geliştirdi.
Hızlı ve ucuz internet için
Elon Musk’ın SpaceX şirketi 2024 yılından itibaren kullanıcılara uzaydan internet bağlantısı sunmak istiyor. Bunun için de Dünya yörüngesine 12 bin adet Starlink internet uydusu fırlatmayı planlıyor.
Avuç içine sığacak kadar küçük olan mini küp uydular Dünya’yı bir bulut gibi saracak ve sadece 340-1200 km yüksekte döneceği için hiçbir gecikmeye yol açmadan (lag) kullanıcılara hızlı internet bağlantısı sağlayacak.
Ancak, Starlink sistemindeki 7000 uydunun yalnızca 340 km yüksekte dönmesi aynı zamanda atmosfere sürtünmelerine yol açıyor. Bu da uyduların yavaşlamasına ve kısa sürede Dünya’ya düşmesine neden oluyor.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Çözüm elektrosprey iyon motoru
Avrupa Uzay Ajansı (ESA), bu sorunu çözmek için yörüngede uzun süre çalışan mini iyon motorları geliştirdi. Elektrosprey iyon motorları veya teknik adıyla koloit iticiler mini küp uydulara sığacak kadar küçük olacak ve manevra roketi olarak kullanılacaklar.
Az yakıtla en az 10 yıl çalışan elektrosprey iticiler, internet uydularının belirlenen yörüngede kalmak için günde 15-20 kez manevra yapması ve hızlanmasını sağlayacak. Son derece hafif ve ucuz olan elektrosprey motorlar internet uydularını uzaya fırlatma maliyetini de düşürecek.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Falcon Heavy roketi
Starlink internet uydularını dünyanın kullanımdaki en güçlü roketi olan Falcon Heavy fırlatacak. Oysa Elon Musk’ın SpaceX şirketi 6 Şubatta Falcon Heavy’yi başarıyla uzaya fırlattığı zaman rakip şirketlerden büyük eleştiri aldı.
SpaceX’in rakipleri uyduların gittikçe küçüldüğünü ve bu yüzden Falcon Heavy gibi güçlü roketlere ihtiyaç kalmadığını savundular. Ancak yanılıyorlar: Bir kere Falcon Heavy, Ay ve Dünya yörüngesine şişme modüllerinden oluşan Bigelow uzay otellerini fırlatarak uzay turizmini başlatacak.
Aynı zamanda, 2025’ten itibaren ilk insansız uzay gemilerini Mars’a gönderecek ve asteroit madenciliği için gereken robotları da 20 milyon km uzağa göndererek insanlığın uzaya yerleşmesinin önünü açacak.
Ve internet uydularını fırlatacak!
Uzaydan hızlı ve ucuza internet bağlantısı sağlamanın en iyi yolu Dünya’ya çok yakın dönen binlerce küçük uydu fırlatmak. Ancak, bunları ucuza fırlatmak için aynı anda yüzlerce Starlink uydusu taşımak gerekiyor. İşte Falcon Heavy bunu yapabilecek kadar güçlü olan tek roket ve 2000 km mesafeye kadar 64 ton yük taşıyabiliyor.
İlgili yazı: Mars’ı Canlandırmak İçin Manyetik Kalkan
Neden elektrosprey motoru?
Biz insanlar uzaya uydu göndermekte çok tecrübe edindik; ama küçük uzay araçlarının yörüngede düzgün hareket etmesini sağlamak kolay değil. Örneğin, Jüpiter’i incelemek için fırlattığımız güneş enerjili Juno sondasının manevra roketleri mini küp uydulara sığmayacak kadar büyük ve ağır.
Ayrıca aniden hızlanırsa bozulacak kadar hassas olan mini küp uydulara uygun nazik manevra roketleri geliştirmemiz gerekiyor.
Üstelik Jüpiter, Satürn ve Uranüs gibi uzak gezegenlere göndereceğimiz uzay sondalarındaki manevra motorları az yakıtla 15-20 yıl çalışmak zorunda. Elektrosprey motorları da bunun için geliştirildi.
İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?
Nasıl çalışıyor?
Normalde roket motorları kerosen gibi akaryakıtları veya katı yakıtları yakarak gaza dönüştürür ve gazı kesintisiz bir alev halinde püskürterek roketi ileri iter. Elektrosprey motorları ise tam anlamıyla damlalıkla çalışıyor:
Bunlar sürekli gaz püskürtmek yerine göz kırpması aralıklarıyla ateşleniyor ve aslında uzaya statik elektrik yüklü yakıt damlacıkları püskürtüyor.
Bunları püskürtmek için elektrokimyasal yanma odası kullanıyor. Ancak, yakıt damlacıkları roket motoru deliğinden dışarı çıkarken uzay aracını kinetik olarak itiyor. Peki kinetik itki nasıl sağlanıyor? Bunun için modern bilimin kurucusunu hatırlayalım:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Isaac Newton
Bütün roketler ilk kapsamlı yerçekimi teorisini geliştirerek modern fiziği kuran Isaac Newton’ın üçüncü hareket yasasına göre çalışıyor: Her etki bir tepki yaratır.
Roketler yakıt yakıyor ve çıkan gazı motor çanından dışarı püskürtüyor. Ancak, etki-tepki yasası gereği, roket gazı aşağıya ve dışarıya doğru iterken yakıt da roketi yukarıya itiyor. Bunun nedeni gazın küresel olarak her yöne genişlemek istemesi.
Ancak, gazlar sadece roketin alt kısmından dışarı çıkabiliyor. Yukarıya genişlemek istediğinde ise motor cidarına çarparak geri sekiyor. Sekerken de roket motorunun yanma odasının iç duvarını ve dolayısıyla bütün bir roketi yukarı doğru itiyor. Buna ana itiş vektörü diyoruz.
İster elinizdeki roket bir havai fişek olsun ister kıtalararası balistik füze, elimizdeki bütün roketler aslında içinde yakıt yakıp gaz çıkaran dev borulardır. Daha doğrusu kimyasal roketler; ama iyon motorları aynı ilkeyle çalışmakla birlikte tasarım olarak daha farklı.
İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi
Plazma ve iyon motorları
İyon motorları yakıt olarak argon gibi gazları kullanıyor ve elektrik akımları ya da manyetik akımlarla gaz atomlarını araçtan dışarı itiyor. Elektromanyetik hızlandırma kullandıkları için ince uzun bir tüp şeklinde olmaları gerekmiyor.
Her durumda ister iyon motoru olsun ister VASIMR plazma motoru, bütün bu sistemler Newton’ın etki-tepki yasasının tanımladığı kinetik ivmelendirme ile roketi itiyor. Elektrosprey motoru da bir tür iyon motoru; ama itici yakıt olarak (propellant) sıcak gazlar yerine elektrikle hızlandırarak dışarı atılan sıvı damlacıkları kullanıyor.
Bildiğiniz gibi sıvılar gazlardan daha yoğun olup birim hacimde daha büyük kütleye sahiptir. Bu da uzaydan internet bağlantısı sağlayacak mini küp uyduları küçücük birkaç damlayla hızlandırmaya izin veriyor.
Böylece elektrosprey motorları gazla çalışan iyon motorlarından daha az yakıt tüketiyor ve mini internet uydularını çok daha hassas bir şekilde itebiliyor. Bu tür uyduların 2 ay ile 10 yıllık kullanım süresinde yüz binlerce kez güvenle manevra yapmasını sağlıyor.
İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?
İtiş gücü ve itiş süresi
Bir uyduyu Dünya’nın yerçekiminden kurtarıp uzaya göndermek için saatte 28 bin 500 km’den daha hızlı gitmemiz gerekiyor. Bunun için de kısa sürede hızlanan çok enerjik yakıtlar kullanmamız lazım. İyon motorlarıyla bunu yapamayız.
İyon motorları sadece hafif yükleri kaldırabiliyor ve bu yükleri Dünya atmosferinden kaçacak kadar hızlandırmaları günler sürüyor. Ancak, Dünya atmosferinin sürtünme etkisi yüzünden aslında en hafif yükleri bile havaya kaldıramıyorlar.
Öte yandan, elimizde sıvı hidrojen ve kerosen jet yakıtı gibi güçlü kimyasal yakıtlar var. Bunlar bir roketin sadece birkaç saniye içinde büyük hızlara erişmesini sağlıyor. Oysa bu enerjik yakıtların bir sorunu var: Çok çabuk yanıp tükeniyorlar.
Dolayısıyla Falcon Heavy gibi güçlü roketlerin uzaya 64 ton yük göndermek için çok yakıt taşıması ve dev gibi olması gerekiyor. Bu da roketin ağırlığını artırıyor ve Falcon Heavy bile sadece 2 buçuk dakika içinde yakıtının büyük kısmını tüketiyor.
İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi
İyon motorlarına gelince
Elektrokimyasal motorlar standart kimyasal roketler gibi kontrollü patlamayla çalışmıyor. Aslında bilinen anlamda yakıt da yakmıyor. Bunun yerine gazı ısıtıp iyonize ediyor ve elektromanyetik kuvvet ile roket motoru deliğinden dışarı püskürtüyor.
Bu da sadece hafif yükleri günlerce çalışarak yeterince hızlandırabilecekleri anlamına geliyor. Yine de uzayda sürtünmeye yol açarak uzay aracını yavaşlatan bir atmosfer olmadığı için iyon motorları Dünya yörüngesinde gayet güzel çalışıyor.
Tabii uzayda yerçekimi de yok. Bu yüzden Satürn’e gidecek Cassini gibi bir sondayı birkaç dakika veya birkaç gün boyunca hızlandırdığınız zaman yüksek hızlara erişiyorsunuz ve bu sonda fren yapana kadar aynı hızda gitmeye devam ediyor.
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
Öyleyse neden elektrosprey motoru?
Elektrosprey motorları, yerçekiminin genelde zayıf, ama mini küp uydulara göre kuvvetli olduğu alçak Dünya yörüngesinde iyon motorlarından çok daha verimli çalışıyor.
Seyrek atmosferin yarattığı kesintisiz sürtünme etkisine rağmen, küçük internet uydularını yörüngede tutmanın en iyi yolu elektrosprey motorları. İyon motorları ise yerçekimi azalsa ve atmosfer incelse bile alçak dünya yörüngesinde çok zayıf kalıyor.
Aslında iyon motorlarını Dünya’ya 10 bin-20 bin km mesafede dönen büyük telekom ve GPS uydularında yıllardır kullanıyoruz. Ancak, bunlar mini küp uydulara takılamayacak kadar büyükler ve daha fazla yakıt harcadıkları/taşıdıkları için göreli ağırlar.
Bu yüzden uzaydan internet uydularında elektrosprey sistemi kullanacağız. İyon motorları önce atomları iyonize ediyor (örneğin ksenon gazı atomlarına enerji verip dış elektronları kopararak bunları pozitif yüklü atomlar hale getiriyor). Sonra iyonize atomları elektromanyetik kuvvetle tek tek roketten dışarı atıyor.
Gaz yerine su damlası
Elektrosprey motorları ise tek tek atomlar yerine atom gruplarını roketten dışarı itiyor; iyonize edilmiş elektrik yüklü sıvı damlacıklarını püskürtüyor.
İlgili yazı: Uzaya Giden Tesla Starman Dünya’ya Çarpabilir
Peki ne damlası?
Mini küp uyduların sıvı hidrojen kullanması imkansız: Hidrojeni sıvılaştırmak için soğutmak ve yüksek basınçlı yakıt tankında tutmak lazım. Bu da küp uydulara takılamayacak kadar büyük ve pahalı bir sistem. İnternet uydularında gazları sıvılaştırmak pratik olmadığına geriye bir tek seçenek kalıyor: Katı yakıtlar.
Katı yakıt derken eski uzay mekiğini göklere çıkaran yardımcı katı yakıt roketlerini (booster) düşünmemize gerek yok ve mini küp uyduların uzayda bomba gibi patlamasını istemediğimizden barut da kullanmayacağız. Bunun yerine eritilmiş tuz kullanabiliriz!
Bugün California’daki aynalı güneş enerjisi santrallerinde suyu ısıtarak buharlaştırmak ve türbinleri çevirerek elektrik üretmek için 600 dereceye kadar ısıtılan eritilmiş tuz kullanılıyor. Aynalar güneş ışığını topluyor ve borulardaki tuz eritilerek sıvılaştırılıyor.
Neden tuz?
Öncelikle ucuz: Tuz her yerde ve roketlerde yakıt olarak kullanmak için sofra tuzu gibi kaliteli olmasına gerek yok. Hem kolay ısındığı için tuzu az enerji tüketen küçük jeneratörlerle eriterek sıvılaştırmak oldukça kolay; yani küçük internet uyduları için biçilmiş kaftan.
İlgili yazı: Mars’a Giden Ölümsüz Plazma Roketleri
Yine de araştırıyoruz
Elektrosprey motorları için en uygun sıvı yakıtı bulmak için araştırmalarımız sürüyor. Hatta tek bir ideal yakıt bulmak yerine birkaç sıvıyı çorba gibi karıştırarak yakıt üretebiliriz. Çorba benzeri bu tür kompozit sıvılara koloit diyoruz ve elektrosprey motorunun teknik adı olan koloit terimi buradan geliyor.
Sonuçta elektrosprey motorlarını hassas manevralar için kontrol etmek iyon motorlarından çok daha kolay. Örneğin küçük sıvı damlaları oluşturmak, tek tek atomları elektrokimyasal olarak kontrol etmek daha basit: Elektrosprey motorlarını CubeSat uyduları ve kendi itiş sistemleri olmayan daha da küçük nano-uydularda güvenle kullanabiliriz.
İlgili yazı: Evrende Zamanın Akışı Yavaşlıyor mu?
Küp uyduların kaderi
Bugün küp uydular atmosferik sürtünmeyle yavaşlayıp Dünya’ya düşene kadar yörüngede dönmeye devam ediyor. Oysa uzaydan internet için 340 ila 1200 km yüksekte iki dev uydu grubundan söz ediyoruz: 340 km irtifada yedi bin ve 1200 km irtifada yaklaşık dört bin uydu!
Bunlara elektrosprey manevra motorları yerleştirmezsek sürekli alçak atmosfere dalıp yanarak yok olacaklar. Dolayısıyla her iki ayda bir uzaya 4000 yeni uydu göndermek gerekecek. Bu da uzaydan internetin kullanılamayacak kadar pahalı olması anlamına gelecek (SpaceX bile sırf bu iş için yılda 50 kez Falcon Heavy fırlatamaz).
İlgili yazı: Falcon Heavy Başarıyla Fırlatıldı
Küresel ısınma uyduları
Mini küp uydular yaygınlaştığı zaman Dünya’da gizlilik diye bir şey kalmayacak. Ancak bunun büyük getirileri de olacak: Bugün yavaş interneti bize damlalıkla ve pahalıya satarak 4.5G’de 25 gb gibi komik kotalar uygulayan telekom şirketleri karşısında 100 megabit interneti uzaydan alacağız.
Devletler petrol şirketlerinin doğayı nasıl kirlettiğini ve metan gazıyla küresel ısınmayı nasıl hızlandırdığını görecek. Hangi şirketin hangi doğal gaz ve petrol kuyusunun çevreyi ne kadar kirlettiğini süper ucuza görecek. İyi niyetli petrol şirketleri de kendi sera gazı emisyonlarını izleyerek daha çevreci fosil yakıt kuyuları açabilecekler.
Mini küp uydular ile devletler Ortadoğu’daki silahlı grupların nerede saklandığını tek tek görecek ve keşif dronlarına pek gerek kalmadan, hangi şirketin denize zehirli atık döktüğünü anında tespit edecekler.
Dahası bu uyduları küçük balonlara takarak atmosferin üst katmanlarına da çıkaracağız ve bu sayede kaçak avlanma, orman yangınları ve kaçak balıkçılığın önüne geçebileceğiz (ESA yüksek irtifa balonları için hava soluyan elektrik iticiler geliştiriyor).
Gözetim dünyası
Kısacası Dünya’yı gözetlemek interneti gözetlemek kadar kolay olacak. Yeter ki devletler çevre korumacı yasalar ve demokratik düzenlemelerle üstüne düşeni yapsın.
İlgili yazı: Bigelow Ay’a Şişme Uzay İstasyonu Gönderecek
Uzayın keşfi
Bugün Satürn’e nükleer enerji kullanan bir araştırma uydusu göndermek çok pahalı. Bu sebeple Cassini sondasının Satürn sistemini, Satürn halkalarını ve 60 kadar Satürn uydusunu araştırması 13 yıl sürdü.
Oysa Cassini’nin yanında 12 bin mini küp uydu gönderseydik bu kadar detaylı bir araştırmayı 1 yılda bitirebilir ve 1 ayda milyon fotoğraf çekebilirdi. Gelecekte Cassini’nin torunları bir komuta kontrol ve iletişim merkezi olarak çalışabilir ve binlerce mini küp uyduyu savaş gemisi gibi koordine edebilirler.
Hatta bu kez Satürn’ün uydusu Titan yüzeyine yüzlerce uydu göndererek bilimsel keşifleri müthiş hızlandırabilirler.
İlgili yazı: SpaceX Roketine Rakip Uzay Balonu Bloostar
Kaç yıl var?
Pek yakında: Avrupa Uzay Ajansı (ESA), yörüngeye gönderilen LISA Pathfinder uydularına elektrosprey motorları taktı. Bunlar 2030’dan uzayda kütleçekim dalgalarını arayacak olan asıl LISA platformunun öncüsü ve test yatağı olarak fırlatıldı.
LISA evreni doğuran büyük patlamadan kalma ilkin kütleçekim dalgalarını arayacak. Böylece evrenin nasıl oluştuğuna dair kozmoloji teorilerini test edecek. Özetle çevreyi kirletmeyen elektrosprey motorları insanlığın önünde yeni ufuklar açarak uzayın keşfini hızlandıracak. Hafta sonu tatilinizin bol kitaplı ve keyifli geçmesini dilerim.
