Dyson Sürüsü ile Uzaydan Güneş Enerjisi

Bilim insanları uzayda enerji üretmek için Dünya yörüngesine güneş enerjisi uyduları göndermeyi planlıyor. Bu sayede konut çatısındaki güneş panellerinden yüzde 60 daha fazla enerji üretecek ve bunu lazer ışınlarıyla Dünya’ya aktaracaklar. 2050’den sonra gelecek olan Dyson Sürüsü teknolojisinde ise Güneş çevresine 1 trilyon güneş enerjisi uydusu yerleştirilecek.

En temiz enerji

Güneş enerjisidir; çünkü gün ışığından elektrik üretmek için jeneratör ve türbin gibi hareketli ekipmanlara ihtiyacımız yok. Bu da güneş enerjisinde kullanılan parçaların imalatı sırasında atmosfere yayılan sera gazlarını azaltıyor. Kısacası karbon ayak izi en düşük olan temiz enerji güneş enerjisidir.

Öte yandan nüfus gittikçe artıyor ve Dünya gezegeninin enerji ihtiyacı da buna bağlı olarak artıyor. Güneş enerjisinin en büyük iki sorunu ise depolama ve ölçeklenebilirlik. Depolama derken, en gelişmiş lityum-iyon pil bile birkaç hafta içinde boşalıyor. Bu nedenle güneş panelleriyle üretilen elektriği tam 18 yıl boyunca depolayabilen solar termal yakıt geliştirdik.

İkinci sorun ise ölçeklenebilirlik: Güneş panelleri çok yer kaplıyor. Bu da tarım arazileri ve şehir alanlarının güneş tarlalarına ayrılması anlamında, üretim ile emlak sektöründeki maliyetleri artıyor. Ayrıca konut ile fabrika çatılarının büyük kısmı güneş paneli kullanımına uygun eğim ve büyüklükte kurulmuyor.

Asıl sorun ise

Atmosfer ve bulutlar: Güneş ışığı sadece görünür ışıktan oluşmuyor ve büyük kısmı kızılötesi (ısı) ve morötesi tayflarda yayılıyor. Örneğin, ozon tabakası morötesi ışınları büyük ölçüde kesiyor. Bulutlar da termal radyasyonu emiyor. Ayrıca bitkiler fotosentez yaparken ışığın büyük kısmını kullanıyor ve elbette ki gece olunca Dünya ışık almıyor. Oysa uzayda hiç gece olmuyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Yüzde 60 artış

Yeryüzünde 1 metrekarelik alan yaz aylarında ve öğle güneşinde maksimum 48,5 megawatt enerji alıyor. Ancak, yukarıda belirtilen nedenlerle bunun çok küçük bir kısmını güneş enerjisine çevirebiliyoruz.

Oysa Dyson Sürüsü ile uzaydan güneş enerjisi üretirsek gün ışığından üretebileceğimiz enerji miktarını yüzde 60 artırabiliriz. Sonuç olarak Dünya yörüngesinde her an Güneş’e dönük olan güneş enerjisi uyduları olacaktır. Bunlar yörüngede en az 16 kez günbatımı görecek kadar hızlı dönecekleri için sadece 72 dakika gölgede kalacak ve yüzde 99 oranında aydınlanacaktır.

Nitekim Uluslararası Uzay İstasyonu da yaklaşık 410 km irtifada (alçak yörünge) o kadar hızlı dönüyor. Dahası güneş enerjisi uyduları, ışığı fotosentez yapan bitkilerle paylaşmadan, ışık tayfını bir bütün halinde enerjiye çevirebilirler; yani kızılötesi ve morötesinden de enerji üretebilirler.

İlgili yazı: Saatte 4 Milyon Km ile Giden Hiper Hızlı Yıldız

 

Şimdilik pahalı

“Peki hocam, neden bugüne dek Güneş’in çevresini 1 trilyon güneş enerjisi uydusuyla sararak Dyson Sürüsü üretmedik veya en azından neden Dünya’nın çevresini yüzlerce solar uydu ile kuşatmadık” derseniz nedeni basit: Bu şimdilik çok pahalı bir işlem. Maliyetler 36 milyar dolardan başlıyor ve 3,4 trilyon dolara kadar çıkıyor.

Ancak, aşağıda size maliyet dökümü çıkarırken ilginç bir noktaya da dikkat çekmek istiyorum. Bütün bu maliyet listeleri 2000 yılından önce çıkarılmış! Oysa şimdi Elon Musk’ın SpaceX şirketi Falcon 9 yeniden kullanılabilen roketlerle uydu fırlatılıyor. Bunlar da fırlatma masraflarını büyük ölçüde azaltıyor. Yakın gelecekte Jeff Bezos’un Blue Origin şirketi de bu tür roketler kullanacak.

O zaman uzaya uydu gönderme masrafları daha da azalacak. Nitekim NASA, 1976 yılından bu yana Dyson Sürüsü ve güneş enerjisi uydularına ilişkin maliyet ile teknoloji raporları hazırlıyor. Sonuçta uzaydan güneş enerji üretip kablosuz enerji transferi ile bunu Dünya’ya aktarmak şart olacak.

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

 

Neden uzay?

Yeryüzünde arazi sınırlı: İnsanlığın artan enerji ihtiyacını tümüyle güneş panelleriyle karşılayamayacağımız kadar sınırlı. Sonuç olarak bütün gezegeni güneş panelleriyle kaplarsak doğal yaşamı yok etmiş oluruz ve bize yaşayacak yer kalmaz (2100’lerdeki 11 milyar insanı yeraltına almadığımız sürece).

Bu süreçte nükleer füzyon teknolojisi 2050’lerde insanlığın enerji ihtiyacının büyük kısmını karşılayacak; ama 2100’lere geldiğimizde en kolay ölçeklenen enerjinin güneş enerjisi uyduları olduğunu göreceğiz. Sonuçta nükleer füzyon yakıtını dünyada üretmek veya Ay ya da Uranüs’ten getirmek yerine, uzaydan kablosuz enerji transferi yapmak daha kolay olacak.

İlgili yazı: Biyonik Böbrek ile Diyaliz Derdine Son

 

Nitekim Asimov yazdı

Ünlü bilimkurgu yazarı Asimov daha 1941 yılında Reason (PDF) adlı bir öykü yazdı ve Dyson Sürüsü ile uzaydan Dünya’ya enerji transferini anlattı. Nükleer füzyon ile Dyson Sürüsü arasındaki rekabeti ise hangi teknolojinin daha önce geliştirileceği belirleyecek.

Nükleer füzyon reaktörlerini güneş enerjisi uydularından önce devreye alıp ölçekleyebilirsek 2100’de Dünya’nın enerji ihtiyacını büyük ölçüde füzyondan karşılayabiliriz. Ancak, bu uzaydan güneş enerjisinin gereksiz olacağı anlamına gelmesin. Tersine, asıl yeryüzündeki güneş enerjisi santralleri gereksiz olacak!

Konut çatılarındaki güneş enerjisi sistemleri varlığını koruyacak; ama 2100’e geldiğimizde şehirler ve fabrikaların enerji ihtiyacını, büyük ölçüde nükleer füzyon ile güneş enerjisi uydularından karşılıyor olacağız. Öyle ki yüzlerce güneş enerjisi uydusundan oluşan Dyson Sürüleri ile Dünya’dan yüzde 60 daha fazla ışık alabilir ve yeryüzündeki güneş panellerinden 8 kat fazla enerji üretebiliriz.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Oysa hayaller Paris

Gerçekler Muş olabilir. Muş harika bir ilimiz; çünkü yurdun bütün toprakları değerli. Öte yandan, nükleer füzyon ile Dyson Sürüsü teknolojileri 2050’den önce kullanıma girmeyecek. Bunlar için SpaceX ve Blue Origin şirketlerinin, yeniden kullanılabilir roketler ile yılda 104 kez uydu fırlatacak kapasiteye erişmesini beklememiz gerekiyor.

Böylece hem uzaya uydu fırlatmak çok ucuzlayacak, hem de aradan geçen 30 yılda güneş enerjisi uydu teknolojisi, özellikle de kablosuz enerji transferi teknolojisi ucuzlayacak. Açıkçası bugün uzaya 1 kg yük fırlatmak 9000 ila 25 bin dolara mal oluyor. Bunun 200 dolara düşmesi gerekiyor.

Siz de kablosuz enerji transferiyle ilgili bilgi edinmek için Lights kızılötesi sistemi ile uzaktan telefon şarjı ve lazer ışınlı güneş enerjisi uydusu yazılarına bakabilirsiniz. Sonuçta uzaydan Dünya’ya enerji ışınlamamız ve bu sırada yeryüzündeki tarlaları da yakmaktan kaçınmamız gerekiyor.

Her iki yöntemin de kendine has zorlukları ve avantajları var ki bunları ayrı bir yazıda anlatacağım; ama bir ipucu verebilirim. Uzayda enerji üretmek için güneş ışığını kullanmak zorunda değiliz. Güneş rüzgarındaki yüklü parçacıkları kullanarak direkt elektrik de üretebiliriz. Bunun detaylarını da güneş yelkeni ile Mars’a 3 günde gidelim yazısında bulabilirsiniz.

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Uydular nerede devinecek?

Sosyal ağlardaki günlük Şimdi #bilgi zamanı paylaşımlarında belirttiğim üzere, Dünya’da 160-2000 km irtifaya karşılık gelen alçak yörünge (LEO), orta yükseklikteki yörünge ve 35 bin 800 km yukarıdaki yersabit yörünge var.

İdeal olarak Dyson Sürüsü uydularını yersabit yörüngeye gönderebiliriz. Böylece Dünya ile hep aynı hızda dönerler. Bir yüzleri kablosuz enerji transferi için Dünya’ya bakarken, diğer yüzleri sürekli Güneş’e bakar ve toplamda 1 saniye bile gölgede kalmadan gün ışığından enerji üretirler.

Elbette bu uydular her gün 12 saat gecede kalacaklar; ama o sırada gün yüzünde kalan uydular kesintisiz enerji üretmeye devam edecekler. Hatta özel aynalarla karanlıkta dahi Güneş’i görebilirler. Sorun şu ki yeniden kullanılabilen roketlerle bile yersabit yörüngeye uydu göndermek çok yakıt harcıyor ve pahalı.

Bunun yerine, bakım masraflarının artmasına karşın alçak yörüngeye yüzlerce uydu gönderip bunları sürekli yenilemek daha ekonomik olabilir. Diğer bir seçim ise uzaya küçük uydular mı, yoksa uzay tersanelerine benzeyen dev güneş enerjisi santralleri mi göndereceğimiz:

Uzay iskeleleri

Büyük uydular güneş panelleriyle kaplı iskeleler halinde üretilecek ve pratikte yörüngede devinen güneş tarlaları olacaklar. Nitekim Caltech ve Grunman bu tür uzay enerji santralleri tasarlıyor. Solaren şirketi ise uzaya altıgen veya sekizgen şekilli güneş panelleri gönderecek ve bunların ürettiği enerjiyi Dünya’daki alıcı istasyonlara radyo dalgaları ile ışınlayacak. Her ünite 250 megawatt üretecek.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Huni uydu

NASA’nın geliştirdiği çok katlı ve çok katmanlı güneş enerjisi uydusu ise resmen gün ışığını sifonlamak üzere tasarlanmış durumda. 2012’de geliştirilen SPS-ALPHA adlı bu konsept, son zamanlarda John C. Mankins’in dikkatini çekmiş durumda ki kendisi, uzaydan güneş enerjisi konusunda dünyanın sayılı uzmanlarından biri olarak tanınıyor.

Bu noktada Dyson Sürüsü tasarımının en büyük düşmanı, uzaydan Dünya’ya enerji ışınlayacak sistemlerin aynı zamanda uzay silahı olarak kullanılabilecek olması. Sonuçta lazer ışınları ya da mikrodalgaları şehirlere yönlendirirseniz bunlar şehirleri yok eden ölüm ışınlarına dönüşebilir.

Nitekim uzayda silahlanma açısından Rusya, ABD ve Çin arasındaki en büyük rekabet konusu. Çin, Ay’dan helyum 3 nükleer füzyon yakıtı çıkarmak için Ay yörüngesine istasyon kuracağım diyor. Trump ise Çin’den önce Ay’a gitmek için yeni bir yarış başlattı.

Sonuçta Ay yörüngesindeki bir istasyon ABD’nin nükleer füze erken uyarı uydularına arkadan saldırmak ve ABD’ye sürpriz saldırı düzenlemekte kullanılabilir. Ayrıca Ay istasyonunu ilk kuran ülke uzayın köprübaşını tutmuş olacaktır. Sonra uzaya gitmek için o ülkeden izin almak zorunda kalırsınız.

Politikadan bıktık

Dünya politika ile yönetiliyor; ama politika çoğu zaman siyasete dönüşüyor ki bu da uluslararası ilişkilerin teknolojinin gelişmesine engel olması demek. Oysa küresel ısınma pençesinde olan insanların temiz enerjiye ulaşmak için devletlerin keyfi politikalarını bekleyecek hali yok.

İlgili yazı: Yaşadığımız Evren Nasıl Yok Olacak?

 

Peki ya maliyet?

Sadece güneş paneli kullanan ve gün ışığından enerji üreten güneş enerjisi uydularını dikkate alırsak maliyetler şu anda çok yüksek. Örneğin, 4 megawattlık bir Dyson Sürüsü uydusu 4 bin ton ağırlığında olacak. Caltech’in büyük uydusu ise 80 bin tonu bulabilir ki bu da neredeyse boş bir Amerikan uçak gemisi kadar ağır olması demek.

Sonuçta kg başına 9000 ton fırlatma maliyeti açısından bakarsak 80 bin tonluk Dyson Sürüsü, yakıt dahil en az 36 milyar dolara mal olacaktır. Küçük uydular bu noktada maliyeti azaltmaz.

Caltech çözümünü seçmeseniz bile 4 megawatt Dünya’ya yetmez ve sizin 250-400 megawatt için uzaya fırlatmanız gereken uyduların toplam ağırlığı 80 bin tonu aşabilir. Maliyetler azalana kadar bu işin 3,4 trilyon dolara kadar yolu var.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Dyson Sürüsü ne zaman?

İnsanlık en geç 50 yıl içinde enerji üretiminin önemli bir kısmını Dünya yörüngesindeki güneş enerjisi uydularından karşılıyor olacak. Ancak, Dünya’yı ve Güneş’i saracak bu tür Dyson Sürüsü çözümlerini yörüngeye yerleştirmek için yeniden kullanılabilen roketler de yeterli olmayabilir.

İlk aşamada Falcon Heavy ve Yıldız Gemisi gibi aynı anda 3-4 büyük uydu ve yüzlerce küçük uydu fırlatabilecek büyük roketler kullanmamız gerekecek. Buna ek olarak Elektrosprey yakıtlı manevra iticileri gibi mini roket teknolojilerini geliştireceğiz.

Bu süreçte uzaya deneme amaçlı güneş enerjisi uyduları göndereceğimizden de eminim. Unutmayın ki kablosuz enerji transferini saymazsak bunu 40 yıldır yapıyoruz. Uzay istasyonu başta olmak üzere yörüngedeki hemen bütün uydular güneş panelleri ile gün ışığından elektrik üretiyor.

İlgili yazı: Lazer Füzyon Roketi Daedalus ile Yıldızlara Yolculuk

 

Ancak gelecekte ne var derseniz

Uzay asansörleri ve uzay gökdelenleri geliyor. İkisini de yazdım ve bunlar yörüngeye ucuza uydu göndermeyi çok ama çok kolaylaştırabilir.

• Yörüngeye 8 uzay asansörü çıkarıp bunları bir çemberle birleştirerek yörünge halkaları üretebiliriz. Halo video oyunundaki halka dünyalar ve özellikle de Star Wars romanlarındaki Kuat gezegeni yörünge tersaneleri, bu tür göbekli fayton tekerleği tasarımlarıdır.
• Dyson küreleri ve kafeslerini ayrıca anlattım. Bu kez güneşleri tümüyle kafese kapatmak ve enerji çıktısının tamamını kullanmaktan söz ediyorum. Dyson kürelerinin iç yüzeyi 100 Dünya büyüklüğündeki yaşam alanları olabilir. Dyson kafesleri ise pratikte Halo halka dünyalarıdır.
• Ancak, bana göre Dyson Küresi ile ilgili en müthiş roman bir bilimkurgu eseri değil; aşırı dramatik olmakla birlikte, bir epik fantezi dizisidir. Bizzat Dünya’yı parçalayıp Dyson küresi yaparsak ve işler ters giderse ne olur diye merak ediyorsanız 7 ciltlik Ölüm Kapısı’nı mutlaka okuyun. Ejderha Mızrağı’nı yaratan ikili yazdı. 🙂

İlgili yazı: Asteroitten Sarkan Uzay Gökdeleni Analemma

 

Dyson Sürüsü ile gelecek

Sera kentler yazısında belirttiğim gibi, bugünkü teknoloji ve 30 yıl içinde geliştireceğimiz çözümler ile bırakın 7,7 milyar insanı, aslında 1 trilyon insanı bile Dünya’da bolluk içinde yaşatabiliriz. Sorun teknoloji değil. Sorun teknolojiyi kötüye kullanmak ve yağma düzeni.

Öte yandan, bundan 300 yıl ve teknolojik tekillik sağlam gelirse belki de sadece 150 yıl sonra, Güneş’in çevresine her biri 600 km yüksekliğinde 1 trilyon gökdelen yerleştirebiliriz. Bunlar içinde trilyon kere trilyon insan zihni ve yapay zeka barındıran dev bir Dyson Sürüsü oluşturabilirler.

Hem güneş ışığından enerji üretir, hem de nüfus artışı ile bir gezegene zarar vermeden insanlığın geleceğini garantiye alabilirler. Gördüğünüz gibi Dyson Sürüsü bilimkurgu ürünü diye geçmeyin: Burada insanlığın geleceğinden söz ediyoruz; Asimov’un 78 yıl önce öngördüğü bir gelecekten…

Peki lazer ışınlarıyla uzaydan Dünya’ya nasıl enerji ışınlarız? Onu da Lazer Işınlı Güneş Enerjisi Uydusu Geliyor yazısında okuyabilirsiniz. Nihayet baharın geldiği ülkemizde muhteşem bir hafta olsun.

Güneş enerjisi uyduları

¹Testimony of John Mankins before House Science Committee Hearings on Solar Power Satellites
²SPS-ALPHA: The First Practical Solar Power Satellite via Arbitrarily Large Phased Array (pdf)
³Space Solar Power Project
⁴Solaren Space Solar Power Overview