Mini Füzyon Roketi ile 3 Ayda Mars’a Gidin

Saniyede 25 bin km hızla giden mini füzyon roketleri 2028’te test uçuşuna başlıyor. NASA destekli şirket tarafından geliştirilen füzyon roketleriyle Jüpiter uydusu Europa’ya sadece 1 yılda gidip buz altı okyanusunda hayat arayacak ve Mars’a 3 ayda insan gönderebileceğiz. DFD mini füzyon roketi nasıl çalışıyor?

Saniyede 25 bin km

Mars’a gidecek astronotları radyasyondan, yerçekimine bağlı kemik erimesi ile diğer hastalıklardan ve uzay gemisinde sıkılmaktan korumak için kızıl gezegene sadece 3 ay içinde gitmeliyiz. Ancak, elimizdeki yavaş kimyasal roketlerle Mars’a gitmek 6 ay sürüyor.

NASA destekli Princeton Satellite Systems şirketi ise gidiş-dönüş sırasındaki hızlanma ile yavaşlama evreleri dahil, Mars’a yalnızca 3 ay ve Jüpiter’e de 1 yılda ulaşmak için DFD mini füzyon roketini geliştiriyor.

Yeni füzyon roketi akaryakıt yakarak enerji üretmek yerine, helyum 3 atomlarını kaynaştırıp nükleer füzyon yoluyla daha büyük atomlar sentezleyerek enerji üretecek. Bu sırada ortaya çıkan enerjiyle de uzayda saniyede 25 bin km gibi müthiş bir hıza ulaşacak (bu maksimum hızı).

Roketin bir ucundan giren füzyon yakıtı içeride 100 milyon derece sıcaklığa erişerek iyonize olup plazma haline geçecek. Roketin manyetik mıknatısları ise süper sıcak gazı motora değip eritmeden ve hiçbir şeye dokunmadan çan şekilli egzoz kısmından dışarı püskürtecek. Yeni roket uzayda bu şekilde yol alacak.

Işık hızının yüzde 8’i

10 ton ağırlığındaki mini füzyon roketi, Princeton Üniversitesi’nin daha önce geliştirdiği ve Mars’a 60 ton yük taşıyabilecek olan dev füzyon motorundan esinlendi. Ancak, daha küçük ve hafif olan yeni roket Doğrudan Füzyon Sürüşü teknolojisi kullanıyor. DFD roketi olarak da adlandırılan mini füzyon roketi bir tür jet motoru gibi çalışacak ve 1 kg yakıtla 1 kilovat elektrik üretecek.

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

 

Mini füzyon kamyon boyunda

Mini füzyon roketi sadece 1,5 metre genişliğinde ve 4 ila 8 metre uzunluğunda, yani bir uzun araç (TIR) büyüklüğünde olacak. Roket prensipte jet motoru gibi çalışacak; yani yakıtı yanma odasına alacak ve nükleer füzyonla yakarak dışarı püskürtecek.

Ancak, jet motorlarındaki turbofanlar yerine fan görevi gören elektromıknatıslar kullanacak. Böylece 100 milyon derece sıcaklıktaki plazmayı rokete değip motoru yakmadan dışarı püskürtecek. Her ne kadar NASA’nın füzyon roketi kullanmaya başlamasına en az 20 yıl olsa da basit ve kullanışlı bir tasarıma sahip olan DFD mini füzyon roketlerinin test uçuşlarına 2028’de başlaması bekleniyor.

Bugün elimizdeki en güçlü roket olan Falcon Heavy Mars’a 16,8 ton yararlı yük fırlatabiliyor. Mini füzyon roketi ise sadece 10 ton yararlı yük taşıyacak; ama bunu Falcon Heavy gibi 6 ay yerine, yalnızca 3 ayda Mars’a ulaştıracak.

Önemli not

Saniyede 25 bin km hıza bir anda çıkamaz veya bir anda yavaşlayamayız. Bu roketi ve astronotları parçalar. Dolayısıyla bu sadece başka yıldızlara gitmek için kullanabileceğimiz maksimum hızdır. Güneş Sistemi’nde çok daha yavaş gitmemiz ve insanlı roketlerde maksimum 1 g, insansız roketlerde ise maksimum 1,5 g ile hızlanmak gerekir. Kısacası Mars yörüngesine girmek için yolun yarısında yavaşlamayı da hesaba katarsak füzyon roketiyle bile Mars’a iki aydan önce gidemeyiz (1 g ile hızlanmak ve yavaşlamak en az 1 ay sürecektir). Buna dikkat ederek hesaplarsak:

DFD mini füzyon roketi, cüce gezegen Plüton’a 9,5 yıl değil de sadece 5 yılda; Satürn’e 6,5 yıl yerine 2 yıl ve Jüpiter’e ise 1 yılda gidecek. Böylelikle insanların uzayı keşfetmesini hızlandıracak. Biz de Jüpiter uydusu Europa ve Satürn uydusu Enceladus’un hayata elverişli buz altı okyanuslarında kısa sürede yaşam arayabileceğiz. Ancak, daha hızlı gidersek zamanında hız kesemez ve bu cisimlerin yörüngesine giremeyiz.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

En büyük avantajı

Mini füzyon roketlerinin en büyük avantajı nükleer füzyonla hem itiş gücü hem de elektrik üretmesi. Videoda göreceğiniz gibi, roket egzozu dışarı püskürürken yakalanan elektronlar bir yandan egzozu dışarı püskürtürken, diğer yandan da elektrik üretmekte kullanılacak.

Mars 2020 gezgini gibi nükleer pil veya eski uzay mekikleri gibi hidrojen yakıt hücreleriyle elektrik üretmek zorunda kalmamak çok avantajlı. Sonuçta itiş ve enerji için iki sistem yerine tek sistem kullanmak roketin ucuz ve hafif olmasını, dolayısıyla da saniyede 25 bin km ile ışık hızının yüzde 8’ine ulaşmasını sağlıyor.

Mini füzyon santrali

DFD roketi hem mini füzyon motoru, hem de küçük bir nükleer füzyon güç santralidir. Öyle ki NASA’nın Ay yörüngesinde kuracağı uzay istasyonu Geçit (Gateway) için de enerji üretebilir. Nitekim esnek DFD tasarımı, aslında Princeton Plazma Fiziği Laboratuarı’nda (PPPL) çalışan Samuel Cohen tarafından geliştirilen Princeton Ters Alan Yapılandırması (PFRC) füzyon roketinin başka bir türü:

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Mini füzyon için helyum 3

Mini füzyon roketinin en büyük dezavantajı ise helyum 3 yakıtı kullanması. Helyum 3 pek radyasyon yaymayan temiz bir yakıt ve roketin verimliliğini artırarak ışık hızının yüzde 8’ine erişmesini sağlıyor. Öte yandan Helyum 3 Dünya’da bulunmuyor. Çin ve Amerika, Ay’daki helyum 3 kaynaklarını ele geçirmek için büyük bir rekabete girmiş bulunuyor.

Yine de mini füzyon roketi helyum 3 – helyum 3 füzyonu yerine, helyum 3 – döteryum füzyonu yapacak. Bu da roketin az da olsa tehlikeli X-ışınları saçmasına yol açarak radyasyonu artıracak.

Bu bağlamda döteryum, tek protondan oluşan standart hidrojen yerine, çekirdeği bir proton ve bir nötrondan oluşan ağır hidrojen izotopudur. Ağır hidrojen içeren su moleküllerine de ağır su diyor ve nükleer reaktörlerde kullanıyoruz.

10 megavat mini füzyon

DFD roketi 1 ila 10 megavat güç üretecek ki karşılaştırma açısından, ABD donanmasının yeni süper uçak gemisi Gerald R. Ford sınıfına takılan ve atomu parçalayarak çalışan iki A1-B nükleer reaktörünün her biri 350 megavat güç üretiyor. Ancak, uçak gemileri Dünya’da kalırken DFD Mars’a gidecek ve Brayton döngüsü denilen yöntemle uzayda elektrik üretecek.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Mini füzyon bir laneti kıracak

DFD reaktörünün nükleer füzyon lanetini kırması da bekleniyor. Bu da nükleer füzyon teknolojisinin sürekli ötelenmesi ve gecikmesiyle ilgili. Öyle ki nükleer füzyon hep 30 yıl ötededir diye bir söz bile var.

Ancak, VASIMR plazma roketlerinde anlattığım üzere, DFD mini füzyon roketleri yakıtı radyo dalgalarıyla ısıtıyor. İşte bu yüzden, roketi ateşlemek için gereken enerjiden daha fazla güç üretebiliyor.

DFD reaktörünün ikinci büyük dezavantajı ise radyo dalgalarının, helyum 3-döteryum gazına en fazla 1 metreye kadar nüfuz edebilmesi. Bu da reaktörün güç üretimini sınırlıyor. Elbette Mars ve Jüpiter’e gidecek uzay gemilerinde iki veya daha fazla reaktör kullanabiliriz; ama reaktör sayısı artarsa gemi de ağır ve pahalı olur. Üstelik azalan geri dönüşler yüzünden enerji verimliliği de düşer.

Yine de DFD tasarımı 2018 yılında Gelişmiş Araştırma Projeleri Dairesi’nin Enerji Ödülü’nü kazandı (ARPA-E). DFD önceki prototiplerde nükleer füzyon başlatamadı; ama mühendisler 2025’ten itibaren üretecekleri yeni prototiplerde nükleer füzyon gerçekleştirmeyi umuyor.

İlgili yazı: Mars’ta Nasıl Oksijen ve Su Üreteceğiz?

 

Mars’a ne zaman gidecek?

Planetary Satellite Systems mühendisleri test uçuşlarının 2028’te başlamasını umuyor ki her şey yolunda giderse ilk insanlı mini füzyon roketi Mars’a 2040’ta gidecek. Bunun için yanma odasında üretilen plazma, halka şekilli elektromıknatıslarla roketten dışarı sarmallar çizerek püskürtülecek. Özünde altı adet 5 megavatlık mini füzyon roketi içeren bir roket Mars’a 155 günde insan gönderebilir. Altı adet 10 MV’lık roketle ise 60-90 günlük ideal yolculuk süresine ulaşabiliriz. Nitekim Mars’a hızlı gitmek sadece insan sağlığını korumayacak. Aynı zamanda su, yiyecek ve erzaktan tasarruf etmeyi sağlayarak roketin ağırlığını da azaltacak.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Güç bilgidir

Bilgi de daha fazla güçtür ve bu şaka değil: Mini füzyon roketli araştırma sondaları, yanlarında çok güç tüketen daha büyük ve güçlü bilimsel aygıtlar taşıyacak. Böylece uzayın keşfi hızlanacak. Düşünün, Plüton’a 9,5 yıl gibi nispeten kısa sürede ulaşan Yeni Ufuklar uzay sondasının güç kapasitesi sadece 0,2 kilovattı.

Yeni füzyon roketleri ise bilimsel ekipmanlara maksimum 5 megavat, yani 25 milyon kat enerji sağlayacak. Ancak, makul olursak 1 megavatlık basit bir mini füzyon roketinin bile bilimsel aygıtlara en az 500 kilovat güç sağlayacağını düşünebiliriz.

Bu da mini füzyon roketi takılan potansiyel bir Yeni Ufuklar-2 sondasının, 0,2 KV ile saniyede 1000 bitlik veri transferi yerine, 5,9 milyar km uzaktaki Plüton’dan Dünya’ya 1 mbps hızla bağlanabileceği anlamına geliyor. Plüton’a 1 megabitlik uzay internetiyle bağlanmak hiç de fena değil!

İnternet hızı bir yana, bu kadar güç gezegenler arası araştırma sondalarının ne işine yarayacak derseniz: Bilimsel ekipmanı 500 KV ila 1 MV ile besleyen bir araçla Jüpiter uydularının buz kabuğunu kolayca delerek su altında hayat arayabiliriz.

İlgili yazı: Fizikçiler Schrödinger Kedisini Nasıl Kurtardı?

 

Mini füzyonla dünyayı kurtarmak

Bu hafta internette Dünya’ya ölümcül bir asteroit çarpacağı haberi yayıldı. Ben de Ekim Ayında Dünya’ya Asteroit Çarpmayacak başlıklı önceki yazımı paylaşarak ilgili haberin yanıltıcı olduğunu belirttim; çünkü büyük asteroitleri radarla 20 yıl önceden tespit edebiliyoruz.

Ancak, diyelim ki Dünya’ya insanlığı yok edecek kadar büyük bir asteroit çarpacak. Bunu nasıl durduracağız? Hiç sorun değil: 160 m genişliğindeki dev bir asteroiti sadece 10 megavatlık bir mini füzyon roketiyle yolundan saptırabiliriz. Roketin yaklaşan asteroite gitmesi 200 gün ve asteroiti uzaklaştırması 23 gün sürer.

Kısacası 20 yıl önceden saptadığımız bir asteroiti 7,5 ayda savuşturmuş olacağız. Roketi geliştirmek 10 yıl sürse bile bu, mini füzyon teknolojisinin gelecekte Dünya’yı kurtaracağı anlamına geliyor. Ayrıca en basit roketlerle bile, bizden 4,3 ışık yılı uzakta olan komşu yıldız sistemi Alpha Centauri’ye 500 ila 700 yılda ulaşabiliriz. Bize gereken tek şey 10 yıl içinde istikrarlı plazma oluşturan bir reaktör üretmek.

Dahası Washington, Redmond merkezli Helion Energy şirketi de helyum 3-döteryum füzyonu yapan bir reaktör geliştiriyor. California, Foothill Ranch’ten Tri Alpha Energy şirketi ise TIR’a sığacak kadar küçültülmüş olan yeni bir mobil füzyon reaktörü tasarlıyor. Bu da bor-hidrojen füzyonu yapacak.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Kısacası mini füzyon kapıda

Peki komşu yıldızlara bir insan ömrü içerisinde astronot gönderebilir miyiz? Bunun için Uzay Yolcuları filmi ne kadar gerçekçi ve Beş adımda komşu yıldızlara ulaşmak yazılarını okuyabilirsiniz.

Dünyanın en gelişmiş nükleer füzyon roketlerini ise Elektron Lazerli Daedalus Uzay Gemisi ve Helyum 3 Zaman Kristalleri başlıklarında görebilirsiniz. Füzyon roketlerinden hızlı giden kara delik motorlu uzay gemilerini ise sizler için ayrıca yazdım. Tatiliniz güzel, huzurlu ve yaratıcı geçsin.

Mini füzyon roketi nasıl çalışıyor?

¹Superconducting Coils for Small Nuclear Fusion Rocket Engines (pdf)
²Princeton Satellite plan to generate pulses of net power fusion within 7 years
³Direct Fusion Drive Pluto Onbiter (pdf)