Gök Kancası ile Uzaya Sapan Taşı Gibi Yük Fırlatın

Uzaya kablo çekmek ister misiniz? Bilim insanları Dünya’dan hipersonik uçakla kalkan yükü havada kaparak sapan taşı gibi yörüngeye, hatta Ay ve Mars’a fırlatan gök kancası tasarlıyor. Gök kancasıyla yörüngeye uydu fırlatmak SpaceX şirketinin yeniden kullanılabilen Falcon 9 roketlerinden 10 kat ucuz olacak. Üstelik insanlık Ay ve Mars’a gitmek için yüzlerce roket fırlatırken, önümüzdeki 30 yılda oluşacak çevre kirliğini önleyecek. Gök kancası roketlerin egzoz gazının atmosferi azot oksitle kirletip ozon tabakasını yok etmesini engelleyecek. Peki neden hemen gök kancası yapmıyoruz?

Gök kancası ile 10 kat ucuza uçun

Uzaya çıkmak zordur; çünkü çok yakıtla az yük taşırsınız ve bu da çok pahalıya gelir. Örneğin SpaceX Falcon 9 yeniden kullanılabilen roketleriyle bile 160-2000 km irtifadaki Alçak Dünya Yörüngesi’ne (LEO) 1 kg yük göndermek 6098 dolara geliyor. Bu hesapla 75 kg’lık bir astronotu uzay istasyonuna göndermek 458 bin dolara mal olur; ama bu kaba fiyatı:

Bir de insanları uzaya gönderecek roketlerle kapsüllerin geliştirme ve üretim maliyetleri var. Yaşam destek sistemleri, erzak, fırlatma pisti, altyapı vb. var.  Bütün bunları katınca fiyatlar uçuyor! Örneğin, NASA Rusya’nın Soyuz uzay kapsülüyle uzay istasyonuna astronot göndermek için koltuk başına 86 milyon $ ödüyor.

Boeing Starliner ve SpaceX Dragon 2 kapsülü insanlı uçuş sertifikası aldığı zaman da bunlara koltuk başına 90 ve 55 milyon $ ödeyecek. Ay ve Mars’a gitmek ise çok daha pahalıya mal olacak. Tabii yeniden kullanılabilen roketlerle daha sık uçarak ve daha çok yük taşıyabilen roketler geliştirerek maliyetleri iyice azaltabiliriz. Ancak her şeyin bir sınırı var: Elon Musk Mars’a 100 kişi taşıyacak Yıldız Gemisi fırlatma maliyetinin NASA’nın sadece yüzde 1’i, yani 2 milyon $ olacağını söyledi.

Oysa bu hesaba insan taşıma ve roketin amortisman bedeli dahil değil. Buna diğer şirketlerin 1 kg yükü yörüngeye 20 bin dolara gönderdiğini eklersek görüyoruz ki uzay uçuşlarını artırarak sektörü geliştirmenin en iyi yolu roketlerden daha ucuz bir yöntem bulmaktır. Gök kancası da bunun için tasarlandı ve 1 kg yükü uzaya SpaceX Falcon 9 roketinden 10 kat ucuza, 6000 $ yerine 600 dolara fırlatacak. Böylece insanlık kolayca uzaya yayılabilecek.

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

 

Peki gök kancası nasıl çalışıyor?

Bir roketin alçak dünya yörüngesine (LEO) ulaşabilmek için saniyede 7,8 km hızla gitmesi lazım. Bu da çok yakıt gerektiriyor. Öyle ki havacılık ve uzay sektörü standartlarını ele alırsak bir roketin yüzde 90’ı yakıt, yüzde 9’u boş ağırlık ve sadece yüzde 1’ yararlı yüktür. Öyleyse 7,8 km/saniye hıza az yakıtla ve küçük roketlerle erişebilirsek LEO, Ay ve Mars’a göndereceğimiz yararlı yükü de artırabiliriz. Bu durumda sadece yakıt ve ağırlıktan tasarruf etmeyiz. Aynı zamanda uzaya daha sık çıkarız.

Gök kancası maliyetleri işte böyle azaltacak. Gerçi her seferinde bir roket kadar çok yük taşımayacak. En az 700 kg ve maksimum 130 ton yerine, LEO’ya en fazla 20 ton yük gönderebilecek. Ancak, bu yükü 40-100 km irtifaya roket uçaklarla çıkaracağız. Sonra gök kancası bunları havada yakalayıp yörüngeye sapan taşı gibi fırlatacak.

Roket uçaklar veya sesten 5-10 kat hızlı giden hipersonik uçaklar 40-100 km yükseğe çok daha az yakıtla ulaşabildiği ve yere inip tekrar tekrar kullanılabildiği için, gök kancası da uzaya gitme maliyetlerini kg başına 600 dolara kadar düşürecek.

Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam uzay asansörü ile uzay gökdeleni yazılarınızda uzaya asansörle 1 kg yük göndermenin yalnızca 200 ve hatta 47 $ olacağını söylemiştiniz. Öyleyse gök kancasına ne gerek var?” Gerçekten de gök kancasının nasıl çalıştığını anlamak için önce bu soruyu yanıtlamamız gerekiyor:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Gök kancası uzay asansörüne karşı

Uzay asansörü ile gök kancasının ortak yanı, her ikisinin de uzaydan Dünya’ya sarkan bir kablodan oluşmasıdır. Ancak, uzay asansörünün kablosu yeryüzüne bağlıdır; yani kablonun dönüş hızı Dünya’nın dönüş hızına eşittir ve bu yüzden kablo uzunluğunun 130 bin km olması gerekir. Oysa ne çelik, ne kevlar, ne de zylon kablolar o kadar uzun olabilir; çünkü kendi ağırlıyla ezilerek parçalanırlar.

Kısacası uzay asansörü için karbon nanotüp kablolar üretmemiz gerekir:  Ancak, bunlar çok pahalıdır ve bırakın 130 bin km’yi, bugün laboratuarda sadece 30 cm uzunluğunda karbon nanotüp kablolar üretebiliyoruz. Uzay asansörü için de en az gemi direği kalınlığında birkaç kablo gerekeceği için uzay asansörü şimdilik bir hayaldir.

Gök kancası ise gerçektir; çünkü gök kancası sadece yörüngeden yere sarkan 600-2000 km uzunluğunda bir kablo gerektirir. Üstelik bu kabloyu hali hazırda seri üretimde olan ticari ürünlerden, örneğin kevlardan imal etmek mümkündür; yani elimizdeki teknolojileri kullanarak hemen şimdi gök kancası yapabiliriz. Peki nasıl?

Bunun için dünya yörüngesine üst ucunda ağırlık ve alt ucunda kanca olan uzun bir kablo yerleştiririz. Kablonun tepesindeki safra ağırlığı sistemi dengeler ve kablonun alt ucu da Dünya çevresinde dönerken kargoya uzaya çıkacak hız sağlar. Hız sağlamak derken, Dünya yuvarlak olduğu için bu kablo alt ucundaki kancayla yakaladığı cisimleri uzaya savurabilir ve bunun için roket ateşlemeye gerek kalmaz. Ancak bu iş sanıldığı kadar kolay değildir. Neden derseniz:

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Yavaş giden gök kancası yapmak lazım

Gök kancasının üst kısmı Dünya çevresinde tıpkı uzay istasyonu gibi 400 km irtifada ve dairesel yörüngede dönerse bu kablonun alt ucunun Dünya üzerinden geçme hızı saniyede 7,5 km’yi aşacaktır. Bu da uzaya fırlatacağınız yükleri saniyede 7,5 km hızla giden ve sadece savaş uçağı genişliğinde olan bir kancaya takmak demektir. O müthiş hızda giderken 60-90 saniyelik fırsat penceresini kaçırmadan ve kancayı koparmadan bunu yapabilirseniz aferin size!

Neyse ki o kadar hızlı gitmek zorunda değiliz: Sadece 700 km uzunluğunda bir kablo üretiriz ve bunu uzay istasyonundan daha yukarıda ve 700 km irtifada döndürürüz. Öyle ki Kepler yasalarına göre gökcisimleri eşit uzaklıklarda eşit alanları tarar; yani dairesel yörüngede devinen bir cisim, Dünya’dan ne kadar yüksekteyse o kadar yavaş döner. Ne kadar alçaktan deviniyorsa da o kadar hızlı döner. Şimdi bunu uzay istasyonu ile karşılaştıralım:

Gök kancasının 700 km’de dönen üst ucu ISS’ten yavaş dönecektir. Yerden 100 km yüksekte olan alt ucu da üst ucundan hızlı dönecektir; ama buna rağmen ISS’ten daha yavaş devinecektir. Bu durumda üst uç saniyede 3,5 km hızla dönerken alt uç da 3,3 km/saniye ile döner. Dolayısıyla yerden 100 km yükseğe çıkardığınız yükleri kancaya takıp uzaya fırlatmak çok kolaylaşır.

Öte yandan Dünya yuvarlaktır! Ve işte bu yüzden 100 km yüksekte saatte yaklaşık 11 bin 880 km hızla dönen bir kancaya yük takıp uzaya savurabilirsiniz. Kanca dönerken Dünya ayağının altından kayacaktır ve o 90 saniyelik fırsat penceresinde kancaya yük takarsanız kablomuz, Dünya’nın yuvarlaklığını izleyerek eğri çizmeden önce bu yükü uzaya fırlatabilirsiniz.

İlgili yazı: Antropik ilke: Kainatta birden fazla evren var mı?

 

Fırsat penceresi ne demek? 

Fırsat penceresi, örneğin uzaya fırlatacağınız bir uyduyu kablonun alt ucundaki kancaya, tam uyduyu taşıyan hipersonik uçak kancaya paralel uçarken takmak demektir. Bunun için 1) hipersonik uçakla ses hızının 10-15 katına çıkar, 2) kancaya Dünya çevresindeki dönüş yönüne göre arkadan yaklaşır ve 3) ardından uyduyu kancaya takıp 4) kablonun bu uyduyu uzaya doğrusal hızla fırlatmasını sağlarsınız.

Unutmayın ki Dünya yuvarlaktır ve kancamız dairesel bir yörüngede dönerken sahip olduğu momentumu doğrusal hızda uydunuza aktaracaktır. Bu da uydunun momentum transferiyle yerden yükselerek alçak yörüngeye ulaşmasını sağlayacaktır. Nitekim işin matematiğini merak edenler için kinetik enerjinin formülü basittir: K=1/2mv². Kinetik enerji hızın karesiyle artar (m kütle, v hız).

Peki bu ne anlama geliyor? Yine Kepler’i hatırlayacak olursak 700 km uzunluğundaki bir gök kancası kablosu 100 km’den başlayarak 700 km’ye kadar çıkan bütün yörüngelerde aynı anda dönecektir. Bunu kablonun üst ucu daha yavaş ve alt ucu daha hızlı döner kuralıyla birleştirirsek görürüz ki kablonun alt ucu olması gerekenden daha yavaş ve üst ucu da yüksekliğine göre dönmesi gerekenden daha hızlı devinecektir; çünkü kablonun momentumu kablonun uzunluğuna dağıtılmış olacaktır.

Bu da sizin çok işinize yarar: 1) Gökyüzünde nispeten yavaş dönen uca kolayca ulaşıp yük takarsınız. 2) Bu yük kanca dönerken doğrusal hızda gittiği için bir üst yörüngeye ulaşır. 3) Oysa yükseldikçe yörüngede kalmak için gereken dönme hızı azalacaktır. 4) Ancak, uydunun hızı yükselirken azalmadığı için uydumuz yüksele yüksele nihayet LEO’da istenen irtifaya ulaşır ki bunu denklemden görebiliriz:

Momentum transferi

Kinetik enerjinin hızın karesiyle artması, yükselen uydunun Dünya’ya uzaklığı arttıkça momentum fazlasına sahip olacağını ve bu momentumu her seferinde daha yükseğe çıkmak için kullanacağını gösteriyor. Peki gök kancası neden uyduları Dünya’dan koparıp uzayın derinliklerine savurmuyor? Çünkü bir kancanın uyduya sağlayacağı maksimum momentum, kablonun uzunluğu ve dolayısıyla kütlesi ile dönme hızına bağlıdır; yani Mars’a uçmak istiyorsanız size daha uzun bir kablo gerekiyor.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Roketler mi gök kancası mı?

Şimdi neden gök kancası yapmıyoruz hocam diye sorabilirsiniz. Yapmıyoruz; çünkü roketlere 100 yıldır yatırım yapıyoruz ve bu sürede sadece roket teknolojisi geliştirmekle kalmadık. Aynı zamanda roketleri ticarileştirdik ve altyapıyı hazırladık. Yoksa 10 yılda bir gök kancası geliştirip fırlatmanın maliyeti ile SpaceX Falcon 9 roketini geliştirme maliyeti yaklaşık aynıdır: 360 milyon dolar. Peki Elon Musk parayı roketlere gömmüşken neden işi gücü bırakıp gök kancası yapsın?

Öyleyse rakip şirketler neden gök kancası üretmiyor? Bunun sebebi gizli maliyetlerdir: Gök kancası yüksek irtifada sesten 10-15 kat hızlı giden bir kablo olacak. Bunun için Dünya’da henüz ticari ürün olmayan hipersonik uçaklar geliştirmemiz gerekecek. İşte bu, roketlerin tersine, sıfırdan altyapı kurmayı gerektirdiği için ekonomik olmaz.

Gök kancasının diğer dezavantajı ise her seferinde küçük yükleri uzaya fırlatması. Bu nedenle kancayı roketlerden daha sık kullanmamız lazım. Örneğin, Falcon 9 roketler için SpaceX ideal uçuş sıklığı haftada 1 uçuştan yılda 52 uçuştur. Gök kancası ise yılda 350 kez kullanılmak zorunda. Üstelik bu sadece SpaceX için gerekli. Tüm Dünya için yılda 1000 kez kullanılmak zorunda ve Çin gibi ülkeler dışa bağımlı olmamak için kendi gök kancasını üretecektir. Her ülke buna motive olabilir mi?

Daha ucuz gök kancası üretebiliriz

Aslında buraya kadar sadece en temel ve anlatması en zor olan gök kancası tasarımını gördük. Bir de kendi çevresinde dönen gök kancaları var. Bunların bir üst ucu Dünya’ya yaklaşıyor, bir alt ucu… Kısacası üst ve alt uçları sürekli yer değiştiriyor. Asıl rotavotor denilen bu tür kancalar, yazının başında dediğimiz gibi merkezkaç kuvveti ile uyduları uzaya sapan taşı gibi fırlatıyor! Bunlar daha ucuz oluyor.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

10 kat ucuz, 10 kat verimli

Ekonominin kuralı bellidir: Bir arama motorunu Google’dan 10 kat verimli ve kullanışlı yaparsanız Google’ı bile yenersiniz. Tabii herkesin Google kullanmaya alıştığını, Google’ın zaten pazar hakimi olduğunu ve pek az insanın tüm internete entegre Google hesabını kapatıp başka bir e-posta adresi kullanmak isteyeceğini hesaba katmazsanız. 🙂

Roket piyasası için de aynı şey geçerli; ama uzay kancaları Google gibi her yere entegre olmak zorunda değil. Tersine, uzay yarışında geri kalmak istemeyen ülkeler roketlere ek olarak gök kancası da imal edebilir veya hiç roket üretmedikleri için gök kancasına başvurabilirler. Dahası uyduları hem roketle hem de gök kancasıyla fırlatabilirler. Örneğin, küçük yükleri sık sık gök kancasıyla fırlatırlar. Büyük yükleri ise roketlerle uzaya gönderirler.

Böylece tek tip dev Yıldız Gemisi’yle bir seferinde LEO’ya 130 ton yük taşıyacak SpaceX şirketiyle rekabet edebilirler. Ancak, gök kancasının bunu yapabilmesi için yeni teknolojilerle geliştirilmesi lazım. En kolay çözüm de rotavotor gök kancaları. Bunlar uzayda su değirmeni çarkı gibi dönerek kargo modülleri ve mürettebat kapsüllerini yörüngeye fırlatabilirler. Peki neden daha avantajlılar?

Bir gök kancasını Dünya’nın dönüş yönünde ve yuvarlak Dünya’nın maksimum dönüş hızına ulaştığı ekvator üzerinde döndürürseniz hem kancanın momentum transferini, hem de Dünya’nın momentumunu kullanarak uyduları duble hızlandırıp uzaya taşıyabilirsiniz. Kendi çevresinde çark gibi dönen gök kancaları ise uyduları uzaya sapan taşı gibi fırlatabilirler.

Gök kancasına ince ayar

Bunlar çok daha kısa kancalar olacaktır ki Dünya çevresinde tur atarken, boyuna göre her turda kendi çevresinde kaç kez dönmesi gerektiğini ayarlayabilirsiniz. Böylece yerde daha yavaş uçan; yani basit bir uçakla yakalaması daha kolay olan bir kancanız olur veya daha yüksek ve daha uzun kablolu bir kanca ile daha ağır yükleri daha yükseğe fırlatabilirsiniz. Ekonomik tercihinize bağlı:

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Klasik kancalarla karşılaştırırsak

Bunun için önce klasik gök kancalarını görelim: Mesela 4000 km uzunluğunda bir kablomuz olsun ve bunun alt ucu yerden 100 km yüksekte uçsun. Normalde 4000 km yüksekte dönüş hızı ~6,2 km/saniyedir ve bu yükseklikte devinen bir uydu Dünya çevresindeki bir turunu 180 dakikada tamamlar. Ancak, gök kancası sahip olduğu momentumu 4000 km uzunluğundaki kablonun tamamına dağıtacağı için kablonun üst ucu 6,8 km/saniye ve alt ucu da 4,7 km/saniye ile dönecektir.

Bu bağlamda kabloyu uzun tutmanın, aynı uçuş sıklığında daha ağır yükleri LEO’ya göndermeye izin verdiğine ve ölçeklenebilirlik ile maliyetleri düşürdüğüne dikkat edelim. Öyle ki bu kancanın fırlatacağı uydu LEO’ya roketler gibi 7,8 km/saniye başlangıç hızıyla değil, sadece 4,7 km/saniye başlangıç hızıyla ulaşacaktır. Yüzde 60 yavaş gitmesi ise büyük yakıt tasarrufu sağlayacaktır.

Şimdi yüzde 60 yavaş gitmek sektörde pek değişiklik yapmaz gibi görünebilir. Ancak,  roketlerin babası Çaykovski’nin denklemine bakarsak, gök kancası ile aynı yörüngeye yakıttan yüzde 60 tasarruf ederek ulaşabileceğimizi görürüz. Nitekim tipik roket yakıtı sıvı hidrojeni baz alırsak, gök kancasının yörüngeye 5 kg yakıtla 1 kg yük değil de sadece 2 kg yakıtla 1 kg yük fırlatmaya izin verdiğini görürüz. Tabii bu kancanın altı ucu sesten 14 kat hızlı dönecek. İşte o yüzden bize spin atan kanca lazım:

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Spin atan gök kancası

Spin atan kancanın en büyük yararı, alta gelen ve uyduyu havada kapıp uzaya fırlatacak ucunun atmosferde çok yavaş gitmesidir. Örneğin, Dünya çevresinde 150 dakikada tur atan ve 50 dakikalık spin periyoduyla her turda 3 spin atan bir gök kancası 4,7 km/saniye hızla dönecektir. Ancak, spin atmak aynı zamanda kinetik ve potansiyel enerjiyle alakalıdır; yani bu kancanın atmosfere giren ucu saniyede 4,2 km saniye ile uçacak.

Neden derseniz spin atan kancanın kablo uzunluğu 4000 km ise spin atarken 4000 km çapında bir çember çizecek demektir. Bu çemberin çevresi de 12 bin 600 km olacaktır (çemberin çevresinin pi sayısı x çap olmasından hareketle C=πD=12.600 km). Bu durumda kancanın Dünya atmosferine hızla giren ucu potansiyel enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürecek; ancak atmosferden yukarı çıkarken, kinetik enerjiyi potansiyel enerjiye geri dönüştürecektir.

Bunun anlamı, kablonun atmosfere giren ucunun atmosferde tekrar yükselmeye başlamadan hemen önce aşırı yavaşlayacak olmasıdır (bunu artık bir tür sarkaç gibi düşünün). Nitekim V=C/t=12.600 km/ 50 dakika olarak hesaplarsak atmosfere giriş hızını 4,2 km/saniye olarak buluruz.

Oysa gök kancası zaten kendi çevresinde 4,7 km/saniye ile spin atıyor. Bu durumda kancanın atmosferden çıkış hızı (havada uçarken fırlatılmayı bekleyen uyduya göre hızı) yalnızca 500 metre/saniye olacaktır. Bir F-16 avcı uçağı bile 1,5 Mach’lık bu hıza kolayca çıkabilir.

Özetleyecek olursak

Spin atan kancaların atmosfere giren ucu yalnızca 1,5 Mach hızla gider ve siz süpersonik bir uçakla bile bu uca yük takabilirsiniz. Bu da gök kancasıyla uzaya uydu gönderme maliyetlerini düşürür; çünkü kancaya yük taşımak için hipersonik uçak geliştirmenize gerek kalmaz. Hatta kablonun yere yakın ucu havanın en kalın olduğu alçak irtifalarda en yavaş gideceği için aşırı ısınmaya da maruz kalmaz. Tek sorun, bu kadar pratik bir kancanın ancak en hafif yükleri kaldırıp uzaya fırlatabilecek olmasıdır.

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk İçin Büyükbaba Paradoksu Çözüldü

 

Gök kancası kombinasyonu yapalım

Öyleyse bu sorunu nasıl çözeriz? Biz uzaya en ağır yükleri en hızlı olarak ve en az yakıt gerektirerek taşıyan çok kısa kablolu bir gök kancası istiyoruz. Ancak böyle bir kombinasyonla Falcon 9 roketleriyle rekabet edebiliriz. Ne yazık ki tek bir kanca modeli bütün bunları aynı anda yapamaz; ama bunun da bir çözümü var: Birden fazla gök kancası kullanmak.

Örneğin en alçak yörüngede, havadaki uyduları kapıp yörüngeye sapan taşı gibi fırlatmak için kısa kablolu bir spin atan gök kancası kullanırız. Daha üst yörüngelerde kat kat birkaç rotavotor kanca daha kullanırız. Böylece yüklerle insanları üst yörüngelere, Ay ve Mars’a peyderpey fırlatırız. Hatta en alçakta spin atan kanca, sonra spin atmayan kanca, sonra tekrar spin atan kanca gibi kombinasyonlar yapabiliriz. Böylece ekonomiyi uzaya insan ve yük göndermek için optimize ederiz.

Birden fazla gök kancası kullanmak kısa kancalarla en yükseğe çıkmamızı kolaylaştırır. Yine de Dünya atmosferi sürtünmeye, titreşime ve fırtınalara yol açtığı için en alttaki kancanın bile 100 km’den aşağıya inmesi pratik olmayacaktır. Dolayısıyla yararlı yük ve performans açısından sesten 10 kat hızlı giden hipersonik uçaklarla 100 km irtifadan geçen kancaya yük taşımak daha ekonomik olacaktır.

Uzay asansörüne gelince

Dünya’da gök kancası/kancaları kullanabiliriz. Ay’ın ise atmosferi yok ve yerçekimi Dünya’nın sadece altıda biri. Bu da uzay asansöründe daha kısa ve daha ince kablo, hatta daha hafif asansör kabinleri kullanmamıza izin veriyor. Öyleyse Ay’dan Mars’a ve Dünya’ya gitmenin en iyi yolu uzay asansörü kullanmaktır. Mars’ta ise spin atan gök kancasıyla Dünya’dan gelen gemileri roketlerle fren yapıp yakıt harcamadan yakalayabilir, yavaşlatarak Mars’a güvenle indirebiliriz. Seçenekler sonsuz.

İlgili yazı: Çin Uzayda Güneş Enerjisi İstasyonu Kuracak

 

Eliptik gök kancası

Bunun için yapmamız gereken şey, spin atan rotavotor kancaların çok hızlı dönmesini engellemektir. Yoksa kablolar merkezkaç kuvvetinin etkisiyle kopar. Nitekim F=m ω²r denkleminden yola çıkarsak (Kuvvet=kütle x açısal hızın karesi x yarıçap) spin atan kablonun bir gezegene gelen alt ucunun maruz kalacağı kuvvetin hep kuvvetler toplamı olduğunu görürüz (F_T=F_C+F_G).

Bunun Türkçesine gelince: Bir gezegenin yerçekimi ne kadar güçlüyse spin atan kablomuz o kadar yavaş dönecektir. Daha hızlı dönmesi kablonun yerçekiminin de etkisiyle gerilmesi yüzünden tehlikeli olacaktır. Bu nedenle Dünya’daki en ağır yükleri ucuza uzaya taşımanın en iyi yolu farklı yörüngelerde dönen birkaç kanca kullanmaktır. Tabii bir de kardiyo-rotavotor var:

Bu tür gök kancaları eliptik yörüngelerde dönerek spin atan kancalardır. Eliptik yörüngelerde bir cisim çevresinde döndüğü gezegene yaklaşır ve uzaklaşır. Hep aynı uzaklıkta dönmez. Dolayısıyla böyle bir kancanın üst ucu da aynı hızda dönmez. Dahası bu kanca aynı zamanda spin atarsa gezegene daha düşük hızlarda daha çok yaklaşabilir. Bunun için yörüngedeki her turda 2 kez spin atması yeterlidir.

Her gezegene ayrı çözüm

Gerçi Dünya’nın kalın atmosferi sürtünmeyle yine bize mani olur. Ancak, Mars atmosferi çok ince ve yerçekimi de Dünya’nın yüzde 38’idir. Öyle ki Mars’ta gök kancasını yere kadar sarkıtıp en azından insansız yükleri yerden kancaya takarak Dünya’ya fırlatabiliriz! Hatta Tilotson İki Kademeli Kablo (T4) ile daha fazla ince ayar yapabiliriz: Bu kez klasik gök kancası kablosunun üst ucuna karşı ağırlık yerine spin atan kanca takarız. Böylece spin momentumu ile kablo hızı, yüksekliği, uzunluğu, fırlatma hızı ve yük kapasitesini daha fazla optimize ederiz. Çareler tükenmez.

İlgili yazı: Japonya 2050 için Mini Uzay Asansörü Test Ediyor

 

Sözün özü

Uzaya gidecek uyduları hipersonik uçakla yüksek irtifaya çıkarıp gök kancasına takarsak en ağır yükleri bile yörüngeye hızla ve ucuza fırlatabiliriz. Bu da insanlık uzaya yayılırken roketlerin daha sık uçarak azot oksit içeren egzoz gazıyla atmosferi kirletmesini ve bizi güneşin zararlı morötesi ışınlarından koruyan ozon tabakasını yok etmesini önler. Ayrıca uzay uçuşlarını ucuzlatarak insanlığın uzaya yayılmasını da hızlandırır. Nitekim gök kancası ile:

• Yakalama kancası hızını 200 m/saniyeye indirirsek yararlı yük kapasitesi yüzde 50 artar ve uzaya fırlatma maliyeti yüzde 33 azalır.
• Yakalama kancası hızını 400 m/saniyeye indirirsek yararlı yük kapasitesi 2 kat artar ve uzaya fırlatma maliyeti yüzde 50 azalır.
• Yakalama kancası hızını 800 m/saniyeye indirirsek yararlı yük kapasitesi 3 kat artar ve uzaya fırlatma maliyeti yüzde 67 azalır.
• Yakalama kancası hızını 1600 m/saniyeye indirirsek yararlı yük kapasitesi 6 kat artar ve uzaya fırlatma maliyeti yüzde 84 azalır.

Bu durumda tek yapmamız gereken sesten 5-10 kat hızlı giderek kancaya yük taşıyan hipersonik uçaklar geliştirmek olacaktır ki Elon Musk çaktırmadan onu da geliştirip roket alternatiflerini değerlendiriyor.

Öyleyse Elon Musk terleyen Uzay Gemisi ile Mars’a nasıl gidecek? Peki ya insanlık komşu yıldızlara Elektron Lazerli Füzyon Roketiyle nasıl ulaşacak? Bunları şimdi görebilir ve eliniz değmişken ışık hızının yüzde 99’ına ulaşan rokete de bakabilirsiniz. Güzel günler ve keyifli okumalar.

Gök kancalarıyla uzaya fırlamak

¹Skyhooks, Space Elevators and Space Exploration
²Non-rocket spacelaunch
³Here’s How Much NASA Is Paying Per Seat on SpaceX’s Crew Dragon & Boeing’s Starliner
⁴The New Rockets Racing to Make Space Affordable
⁵Elon Musk: SpaceX Launches Will Cost 1% of Current NASA Launches
Expanding Space, Redshifts, and RigidityConceptual issues in cosmology (pdf)
⁶On the Strength of The Carbon Nanotube-Based  Space Elevator Cable: From Nano- to Mega-Mechanics (pdf)
⁶A Tether-Assisted Space Launch System for Super-Earths (pdf)