Hava Soluyan Roket ile Mars’a Hızlı Uçuş

Avrupa Uzay Ajansı (ESA) Mars’a hızla insan göndermek için hava soluyan yeni bir roket test etti. Mars’a gitmenin önündeki en büyük iki engel para ve yakıt: Az yakıt taşıyan roketler küçük, hafif ve ucuz oluyor. Hava soluyan yeni roket ise Dünya atmosferinden gaz çekip yakıt olarak kullanacak. Peki nasıl çalışıyor?

Bir taşla iki kuş

Düşünün, Mars’a insan göndermek için büyük boy bir rokete ihtiyacınız var; ama bu maliyetleri artırıyor. Her şeyden önce büyük roketler Mars’a gitmek için daha fazla yakıt gerektiriyor. Kısacası daha büyük bir yakıt tankı ile daha ağır olmak zorundalar.

Avrupa Uzay Ajansı (ESA) bu kısır döngüyü kırmak için hava soluyan roket geliştirdi. Bu roket az miktarda yakıtla Dünya yörüngesine fırlatılacak ve ardından atmosferden gaz çekerek bunu ekstra Mars yakıtı olarak kullanacak.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Yörüngede yakıt ikmali

Elon Musk’ın SpaceX şirketi Mars’a tek seferde yüz kişi gönderecek olan Koca Roketi (BFR) tasarlıyor. Musk yakıt sorununu çözmek için iki yöntem önerdi: 1) Yörüngede yakıt ikmali; yani insanlı roket hafif olsun diye boş kalkacak ve ikinci bir tanker roket, Mars gemisine yörüngede yakıt ikmali yapacak. 2) Dünya’ya geri dönüş için Mars atmosferinden yeni roket yakıtı üretilecek (metan).

ESA ise daha farklı bir yol izliyor ve hava soluyan iyon motoru yaptı. Daha önce VASIMR yazısında anlattığım gibi iyon motorları hidrojen, metan ve kerosen yakan günümüz roketleri kadar güçlü değil. Üstelik bunların Mars’a gidecek hıza ulaşması aylar alıyor; ama büyük avantajları var.

Bir kere motosiklet yakıt deposu kadar küçük bir depoyla aylarca çalışıyorlar (yakıtı damlalıkla kullanıyorlar diyelim).

İkincisi de aylarca çalıştıkları için sürekli hızlanıyorlar (yarışta tavşanın kaplumbağayı koşarak geçtiğini, ama yolda tıkanıp dinlendiğini; kaplumbağanın ise yavaş yavaş hızlanarak nihayet tavşan kadar hızlı koştuğunu düşünün, onun gibi bir şey).

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

İyon motorundan daha iyi ne olabilir?

İyon motorları gazla çalışıyor. Gazı genellikle elektrik akımlarıyla aşırı ısıtıyor ve 10 bin derecelik plazma haline getiriyor.

Örneğin, ksenon gazı atomlarının elektronları, plazma sıcaklığında atom çekirdeklerinden kopuyor ve gaz iyonize oluyor. Ardından iyon roketinin elektik alanı, iyonize atomları roket deliğinden püskürterek uzay gemisinin hızlanmasını sağlıyor.

İyon motorları ile Mars’a 100 kişilik bir gemi gönderemeyiz; ama bu gemi için Dünya ile Mars arasına yakıt ve erzak depoları yerleştirebiliriz. Böylece insanlı Mars gemileri bu depoları kullanarak yakıt ve erzak ikmali yapar. Her şeyi Dünya’dan getirmedikleri için kalkış ağırlığı ve fırlatma maliyeti azalır.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Bundan iyisi can sağlığı

Hayır, bundan iyisi hava soluyan iyon motoru; çünkü hava soluyan iyon motorları daha büyük ve güçlü olacak. Ancak, bunların gaz deposu klasik iyon motorları kadar büyük olmayacak. Böylece neredeyse klasik iyon motorları kadar hafif olacaklar. Nasıl derseniz:

Hava soluyan büyük boy bir iyon motorunu Dünya yörüngesine fırlattığınızda bu motor yakıtını yörüngeden dolduracak ve Mars’a gidecek (diyelim 3 ayda). Sonra Mars atmosferinden de gaz çekerek Dünya’ya geri dönebilecek.

Böylelikle Mars’la Dünya arasında ilk yardım istasyonları ile erzak-yakıt deposu yerleştirmek için çok daha hızlı ve ucuz olacak. İşte bu insanların Mars’a yerleşmesini kolaylaştıracak.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Aynı mantık Ay’da geçerli

Mars bize en az 60 milyon km uzakta, ama Ay sadece 384-400 bin km ile burnumuzun dibinde. Bu tür hava soluyan iyon motorları balon gibi şişen kumaştan yapılan uzay istasyonları ve uzay otellerinin Ay ile Dünya yörüngesine yerleştirilmesini de kolaylaştırabilir.

Dahası, Venüs ve Jüpiter gibi uzak gezegenlere de doğrudan roket motoruyla gidebiliriz (önce Dünya ve Venüs çevresinde hızlanmak için en az iki tur atarak tam 2 yıl kaybetmek yerine, Jüpiter’e sadece 1-2 yılda gidebiliriz ki bizden 800 milyon km uzakta olduğu için bu rekor olur)! Kısacası Güneş Sistemi’ni keşfetmemiz de çok kolaylaşır.

İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?

 

Roket nasıl çalışıyor?

ESA proje lideri Louis Walpot hava soluyan roket geliştirmenin zor olduğunu belirtiyor: “Gaz toplayıcısını tasarlamak zor oldu; çünkü hava molekülleri rokete girince borunun iç çeperlerinden sekip tekrar dışarı çıkıyordu.”

“Oysa biz emilen gazı rokette tutmak ve yüksek basınç altında sıkıştırıp ısıtarak plazmaya dönüştürmek istiyoruz. Böylece plazmayı elektrik alanıyla püskürtüp iyon roketini çalıştırabiliriz. Neyse ki bu sorunu çözdük.”

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Pasif kolektör

Roketin hava soluyan, yani havadaki gazı emen kısmına kolektör veya toplayıcı diyoruz. Kolektör ile itici tümüyle pasif bir sistem olarak tasarlandı.

Öyle ki iyon roketi alçak Dünya yörüngesinde hızla dönerken havaya çarpıyor ve hava moleküllerini resmen mahmuzluyor (buna scramjet teknolojisi diyoruz). Böylece hava kendiliğinden roketin içine doluyor, hava soluyan roket de bunu yakıt olarak kullanıyor.

Hava soluyan roketin testleri İtalya’daki bir vakum odasında yapıldı ve 193 km yüksekteki ince atmosfer ortamı test edildi. Uzay resmen 100 km yüksekte başlasa Dünya atmosferi seyrek gazlar halinde alçak yörüngeye kadar uzanıyor (160-2000 km). Mars’a gidecek uzay araçları son roketi alçak yörüngede ateşleyerek Dünya’dan ayrılıyor.

Mars versiyonu

Hava soluyan roketlerin en büyük dezavantajı her gezegenin kimyasının farklı olması: Örneğin Dünya atmosferinde oksijen, Mars’ta ise karbondioksit var. Karbondioksiti yakıt olarak kullanmak daha zor (o kadar reaktif bir gaz değil) ve Mars atmosferi Dünya’dan çok seyrek, yani kızıl gezegenin yörüngesinde hava soluyarak yakıt toplamak daha uzun sürecek.

İlgili yazı: 10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?

 

Ağlamayan bebeğe meme yok!

Bu yüzden bilim insanları hava soluyan iyon roketini Mars’ta 140-160 km yüksekte karbondioksitle çalışacak şekilde tasarladılar. Özünde dünya tarihinde ilk kez 2 farklı yakıtla çalışacak bir roket motoru tasarlamış oldular.

Şansımıza iyon motorları içine ne gaz koyarsanız koyun bir şekilde çalışıyor. Bu yüzden hibrit roket geliştirmek pek sorun olmadı. Elbette roketi yerde vakum odasında test etmekle uzayda test etmek arasında büyük fark var. Bu yüzden sistemin uzayda test edilmesi için bütçe ayrılmasını hevesle bekliyoruz.

İlgili yazı: Facebook Cambridge Analytica İçin Gizliliği Güncelledi

 

Uzaydan internet

Uzaydan internet motoru elektrosprey yazımda, uzaydan ucuz ve hızlı internet bağlantısı sağlamanın yavaş interneti pahalıya satan telekom şirketlere alternatif olabileceğini söylemiştim. Ancak, bunu yapmak için alçak yörüngede dönen 12 bin küp uyduya ihtiyacımız var ve bunların kullanım ömrü iki ayla sınırlı olacak.

Elon Musk uzaydan internet maliyetlerini artıran bu sorunu çözmek için yeni bir iyon motoru olan elektrosprey roketini kullanabilir. Ancak ESA’nın hava soluyan iyon motoru, uzaydan internet bağlantısı sağlayacak olan mini küp uyduların yörüngedeki ömrünü çok daha fazla uzatabilir.

Ne de olsa alçak yörüngede uydular atmosfere sürtünerek yavaşlıyor ve nihayet atmosfere dalarak yanıp yok oluyor. Bu yüzden ömürleri 2 ayla sınırlı.

Oysa el büyüklüğündeki bu uydulara hava soluyan roket takarsak havayı sürekli emer ve manevra yakıtını yenileyerek uzayda bozulana kadar kalırlar. O zaman da uzaydan internet telekom şirketleriyle rekabet edecek kadar ucuz olur.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu? >> Elon Musk, Matrix dünyasında yaşıyoruz dedi

 

Ne soluyacak?

Hava soluyan roket Dünya atmosferinden azot ve oksijen moleküllerini emecek. Ancak, ESA’nın, Polonyalı QuinteScience şirketi tarafından İtalya’nın Sitael firmasının vakum odasında test edilen roket için daha büyük planları var:

Hava soluyan roketleri ticari uydulara takarak bir an önce gerçek şartlarda test etmek ve para kazanmak istiyor.

Bu bağlamda en büyük test roketin daha yüksek irtifalarda çalışması olacak. Nitekim birçok bilimsel araştırma uydusu 250 km yüksekte dönüyor. Hava soluyan roket o irtifada yeterince hava çekemez; ama alçak yörüngede yakıt doldurup bunun küçük bir kısmıyla yükselerek 250 km irtifaya çıkabilir.

Bunun için roketin verimliliğini artırmamız lazım, ama başarırsak çok daha fazla sayıda uyduya hava soluyan roket takarak uzay uçuşlarının maliyetini düşürmüş olacağız.

İlgili yazı: Uzaydan İnternet Motoru Elektrosprey

 

Mars’a giden ölümsüz plazma roketleri

Peki ya Mars’a giden roketler yolda kendini tamir edebilseydi? Kopan kertenkele kuyruğunun yeniden çıkması gibi kendi kendini yenileyebilseydi? O zaman daha yüksek sıcaklıklarda yıpranmadan çalışan daha güçlü iyon motorlarımız olurdu.

İşte bu motorlar insanlı uzay gemilerini bile Mars’a götürecek kadar güçlü olurdu. Tabii taşıdıkları yakıt çabucak biterdi, ama hava soluyan roket ile Mars-Dünya arasına yerleştirilecek olan uzay istasyonlarında yakıt ikmali yapardı.

Bu nasıl olacak derseniz kopan kertenkele kuyruğu gibi kendini yenilen Ölümsüz Plazma Roketlerini hemen okuyabilirsiniz. Baharın ilk sıcak gününde hepimize bol neşe dilerim.

Hava soluyan iyon roketi

¹Air-breathing electric thruster