Lazer Yelkeni ile Komşu Yıldızlara Nasıl Ulaşacağız?

Bilim insanları Dünya’ya en yakın yıldız olan Proxima Centauri’ye araştırma sondası göndermek için grafen lazer yelkeni geliştiriyor. Lazer yelkeni ışık hızının yüzde 12,5’iyle yol alarak komşu yıldıza 20-30 yılda ulaşacak. Peki lazer yelkeni nasıl çalışıyor ve galaksiyi insanlar yerine robotlar mı keşfedecek?

Neden lazer yelkeni?

Elimizdeki roket teknolojisi ile yapabileceğimiz en iyi şey 2035’e kadar Mars’a 7 kişi göndermektir. Bu yolculuk da Mars’ın en yakın olduğu ve aramızdaki uzaklığın 60 milyon km’ye indiği yıllarda 5-6 ay sürecek.

Oysa en yakın yıldız Proxima Centauri 4,2 ışık yılı, yani 40 trilyon km uzakta. Kısacası Dünya benzeri bir gezegen barındırdığını düşündüğümüz bu yıldıza uzay gemisi göndermek 30 bin yıl sürerdi. Belki de uzay gemisi hedefine ulaşana dek insanların soyu tükenirdi.

Işık hızının yüzde 5-8’ine ulaşmasını umduğumuz nükleer füzyon roketleri ise 50 yıldan önce kullanıma girmeyecek ve bu roketler Proxima C’ye 80 ila 100 yıldan önce ulaşamayacak. Peki uzayda yakıt harcamadan daha hızlı gitmenin bir yolu yok mu? Aslında var: Lazer yelkenleri.

Boşluktan bedava enerji çekerek sonsuza dek çalışan devridaim makineleri yapmak imkansız ama elimizde buna en yakın olan teknoloji lazer yelkenidir. Üstelik Planetary Society’nin Işık Yelkeni 2 girişimi ve Starshot Yıldız Çipi projesinde olduğu gibi lazer yelkeni teknolojisi çoktan hazır. Bunu geliştirmek için 30 yıl beklemeye gerek yok. Sadece para bulmamız yeterli. Peki lazer yelkeni nedir ve nasıl çalışır?

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

 

Işık ve lazer yelkeni

Işık yelkeni güneş ışığıyla çalışan yelkendir ve lazer yelkeni de bunun bir çeşididir: Işığı oluşturan foton parçacıklarının kütlesi yok, ama kuantum fiziğinin gariplikleri nedeniyle sahip olduğu momentumun yüzde 50’sini cisimlere aktarabiliyor. Kısacası cisimleri ışıkla itmek mümkündür. Yeter ki güçlü bir ışık olsun! Elimizde ise iki tür ışık yelkeni bulunuyor: Güneş yelkeni ve lazer yelkeni.

Güneş yelkenleri güneş ışığıyla ve lazer yelkenleri de ışığın çok küçük bir noktaya odaklanmış hali olan sıkı paket lazer ışınlarıyla çalışıyor. Işık ışınları lazer yelkenini rüzgar gibi şişiriyor ve itiş gücü sağlıyor. Lazer yelkenli sondalar ise motor ve yakıt taşımayacağı için hafif olacak. Böylece az enerjiyle daha yüksek hızlara çıkabilecek.

Bir gökdelenden daha büyük olan füzyon roketleri nükleer enerji kullanmasına rağmen ışık hızının yüzde 5-8’ine ulaşabilecekken lazer yelkenleri ışık hızının yüzde 12.5’uğuna çıkabilecek. İşin ilginci bu füzyon ve kara delik motorlu roketlerin maksimum hızıdır.

Bu da saniyede 37 bin 300 km ediyor. Karşılaştırma açısından Dünya’nın çevresi 40 bin km’dir ve lazer yelkeni Dünya çevresini neredeyse bir saniyede dolanabilir. Keza bugün biz saatte 45 bin km ile giden bazı nadir uzay araçları yapabiliyoruz ama lazer yelkeni saniyede 37 bin 300 km hızla gidecek.

Neden lazer yelkeni?

Güneş ışığı lazer ışınları gibi odaklanmadığı için güneş yelkenleri bu hıza ulaşamaz. Güneş yelkenleri Güneş Sistemi içindeki gezegenlere birkaç ay veya birkaç yılda sonda göndermek için iyidir fakat Proxima C’ye 20-30 yıl gibi makul bir sürede ulaşmak için yelkeni lazer ışınlarıyla itmeliyiz. Bunun için de Yeryüzü veya Dünya yörüngesinde lazer topları inşa etmemiz gerekiyor. Peki bunu yapabilir miyiz? Bütçe ve teknolojimiz yeter mi?

İlgili yazı: Fotoğrafı Tabloya Çeviren Uygulama Prisma

 

Çalışmalar başladı

NASA 2014 yılında iptal edilmiş olmasına karşın adını ünlü bilimkurgu yazarı Arthur C. Clarke’dan alan Sunjammer güneş yelkenini geliştirdi. Asteroit madenciliği için yeni teknolojiler geliştiren ve CEO’sunu ünlü bilim sözcüsü Bill Nye’ın yaptığı Planetary Society şirketi uzaya Işık Yelkeni prototipleri gönderdi.

Bu konuda en ileri teknolojiye sahip olan ülkeyse Japonya; çünkü 2010’da uzaya gönderilen IKAROS güneş yelkeni Venüs gezegenine Akatsuki araştırma sondasını taşıdı. Japon uzay dairesi JAXA 2020’lerde Jüpiter’in yerçekimine kapılarak çevresinde dönen Troyalı Asteroitlerine güneş yelkeni göndermeyi planlıyor.2500 metrekare yüzey alanına sahip olacak güneş yelkeni Troyalı Asteroitlerden örnek alıp 2050’de Dünya’ya getirecek ve böylece Güneş Sistemi’nin kökeniyle ilgili bilgiler sağlayacak.

İngiltere ise güneş yelkenleri Cubesat mini uydularıyla test ediyor. İngilizler eski uyduları güneş yelkeniyle yörüngeden çıkararak Dünya atmosferinde yakmayı ve böylece uzay çöplerini azaltmayı planlıyor. Eski uyduların manevra yakıtı tükenmiş olduğu için bunları yörüngeden temizlemek yatırım istiyor ve hiçbir ülke buna istekli değil. Ancak, lazer yelkeni teknolojisini henüz uzayda test etmedik:

Bunun nedeni de tahmin edebileceğiniz gibi para: ABD’nin 2020 yılı askeri bütçesi +721 milyar dolar ve silahlanma yarışıyla Çin gibi ülkelerin de bütçesini kilitleyip uzay araştırmalarına ket vuruyor. Gözünü Dünya egemenliğine kilitlemiş olan emperyalist ABD bu paranın küçük bir miktarını lazer yelkenlerine ayırsa bugün Güneş Sistemi’ni büyük ölçüde keşfetmiş olurduk.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Lazer yelkeni zorlukları

Spekülasyon bir yana, ışığın itiş gücü bir roketten çok daha zayıftır. Bu nedenle lazer yelkeni metrenin milyarda biri inceliğinde ve dev gibi olmalı. Yelkenin boyutu taşıyacağı uzay gemisinin ağırlığına bağlı; ama bugünkü teknolojiyle tam donanımlı bir uzay sondasını Proxima C’ye göndermek için en az 1 kilometrekare büyüklüğünde bir lazer yelkenine ihtiyacımız var.

Üstelik ışık hızının yüzde 12,5’iyle giderken uzay boşluğundaki tek tük moleküller yelkene mermi gibi çarpacak. Kısacası sizin şu süper ince, hafif ve dev gibi olan yelkeninizin bir de 30 yıl boyunca uzayda delik-deşik olmadan gitmesi gerekecek. Bugünkü üretim malzemeleri bunu başaramaz. Bunun için 400 atom kalınlığında grafitten oluşan grafen ışık yelkenleri tasarlıyoruz.

Bunlar hem sağlam hem de süper hafif olacak. En büyük şansımız ise ışık hızının yüzde 12,5’iyle giden bir yelkenin, ışık hızının yüzde 70’yle giden bir yelken kadar kozmik ışınlardan zarar görmeyecek olmasıdır. Oysa lazer yelkeninin pahalı olmasının asıl nedeni bu değil. Önemli olan uzayda dev lazer topları inşa etmek: Işığın itiş gücü bir insanın itiş gücünden bile zayıftır.

Bu yüzden 16 metrekarelik yelkeni pil hariç 2 gramlık mini uzay gemisiyle birlikte ışık hızının yüzde 12,5’ine çıkarmak için 1 gigavat güce ihtiyacımız var. Atatürk Barajı’nın 2,4 gigavat gücünde olduğunu düşünürsek bunun nasıl bir yatırım olduğunu anlıyoruz. 1 gigavatlık bir lazer topu inşa etmemiz mümkün olmayacağı için 100 adet 10 megavat lazer topu üretmeyi planlıyoruz.  Bunu ölçeklemek de hem teknolojik hem de ekonomik olarak çok zor. Peki neden zor?

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Süper lazer topu

Toplam 1 gigavat gücünde olan bir lazer tarlasını dünyada inşa etmek mümkündür. Bunun için gereken araziyi de ayarlayabiliriz ama burada uzaya süper lazer ışınları göndermeyi planlıyoruz. Bunlar uçaklar, kuşlar ve diğer canlılar için ölümcül olacaktır. Uçuşa yasak bölge ilan etsek bile bu kez de atmosferi tıpkı bir Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili olduğu gibi iyonize etmek söz konusu olacak. Elbette lazer ışınları çevreye radyasyon yaymayacak ama 10 yıllık kullanımda küresel ısınmayla iklim değişikliğine yol açma riski var.

Bunu çözmenin yolu ise lazer toplarını uzaya göndermek fakat burada yörüngeye Hubble uzay teleskopu büyüklüğünde 100 adet lazer topu göndermekten söz ediyoruz. Her biri yaklaşık 13 metre uzunluk, 4 metre genişlik ve 11 ton ağırlığında olan 100 lazer topu!

Tabii bunların güneş ışığından 10 megavat güç üretip lazer ışınlarına çevirmesi gerekecek. Bütün bunu da aşırı ısınıp erimeden yapacaklar. Böyle bir projenin maliyeti başlangıçta 100 milyon dolar ve toplamda 1 milyar dolar olacaktır; ama NASA’nın 10 yılda 10 milyar dolar harcayıp daha montajını tamamlayamadığı SLS roketini baz alırsak sadece lazer topu Ar-Ge maliyeti bile 1 milyar doları bulabilir.

Yine de 2050’den itibaren uzaya Yıldız Savaşları’ndaki Ölüm Yıldızı’nı andıran kendi süper lazerimizi göndermemiz gerekecek. Lazer yelkeni robot sondaların sadece komşu yıldızları değil Güneş Sistemi’ni keşfetmesini de hızlandıracaktır. Uzaya yayılmak için bu teknolojileri geliştirmek şarttır. Belki de İstanbul’daki Aydos Tepesi büyüklüğünde tek bir demir asteroidin bize 10 bin katrilyon dolar gelir getireceğini bilmek kâr odaklı iş insanlarını asteroit madenciliği için lazer yelkenine teşvik edebilir.

Evet, asteroit madenciliği

Dünya ile Mars arasında binlerce Dünya ekonomisine yetecek kadar değerli metal, nadir toprak elementleri ve demir içiren çok sayıda asteroit var. Asteroit madenciliği ve Mars yolculukları yaygınlaştığında, lazer yelkenleri uzaya robot madenciler ve yük konteynerleri göndermekte kullanılabilir. Kısacası Mars kolonileri için lazer yelkeni tabanlı bir tedarik zinciri kurabiliriz. Lazer yelkenleri geleceğin yük trenleri olabilir.

İlgili yazı: Dünyanın Manyetik Alanı Tersine Dönecek mi?

 

Lazer yelkeni ne zaman?

Size Starshot projesi için 16 metrekare büyüklüğünde bir uzay yelkenine ihtiyacımız olduğunu söyledim. 4 santimetrekare büyüklüğünde ve pil hariç 2 gram ağırlığında olan mini uzay sondalarını ışık hızının yüzde 12,5’iyle Proxima C’ye göndermek istiyorsak bize bu lazım. Peki bugün üretebildiğimiz en büyük grafen lazer yelkeni ne kadar büyük biliyor musunuz? 3 milimetrekare! Daha işin başındayız.

Starshot projesi yıldız gemisi kavramını komşu yıldızlara gidecek yıldız çipleri (Starchip) ile değiştiriyor. Ancak, 400 atom kalınlığında ve 16 metrekare genişliğinde grafen yelkenler yapsak bile bunların ışık hızının yüzde 12,5’iyle gitmek için 2 ay boyunca 60 bin g ile ivmelenmesi gerekecek.

İnsan vücudunun 5 g’nin üzerindeki ivmelenmeye atletik vücut, eğitim ve özel pilot giysileri olmadan dayanamadığını düşündüğümüzde bir uzay aracını parçalamadan ışık hızının yüzde 12,5’ine çıkarmanın ne kadar zor olduğunu görüyoruz. Üstelik yıldız çiplerinden önce süper ince yelkenimizin buna dayanması gerekecek. Tabii bir de Einstein’ın özel görelilik teorisi var:

İlgili yazı: Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?

 

Lazer yelkeni ve görelilik

Işık hızına yaklaşan cisimlerin zamanı Dünya’ya göre dava yavaş akar. Bu da lazer yelkenini itecek lazer ışınlarının dalga boyunun yelkenin yüksek hızı nedeniyle uzayacağı anlamına geliyor. Bu da lazerde enerji kaybına yol açacak ve yelkeni hızlandırmak için normalden daha güçlü lazerler gerekecek. Üstelik yelken ışığı yüzde 99 oranında yansıtmalı. Aksi takdirde lazerler yelkeni yakıp deler.

Lazer yelkeni ile bütün bu engelleri aşsak bile uzay aracımız Proxima C’ye 20-30 yılda gidecek ama yıldızın fotoğraflarını göndermesi için ışık hızıyla 52 ay daha beklememiz gerekecek! Sondanın durması ve yıldızın yörüngesine girmesiyse ayrı problem ve ayrıca yazdım.

Her durumda yıldız çipleri hepsi de 1 gramdan hafif olmak üzere en az 2 megapiksellik 5 adet dijital kamera, 4 adet işlemci, 1 vat diyot lazer gücünde 4 adet foton iticisi (uzayda manevra yapmak için), aracı çalıştırmak ve ısıtmak için 150 gramlık bir atom pili (plütonyum 238 veya Amerikanyum 241: aracı nasıl ağırlaştıracak düşünün!) taşıyacak. Ayrıca yüksek hızda tozdan ve radyasyondan aşınmayı önlemek için darbe anında ve ısınınca yavaş yavaş buharlaşan berilyum bakır zırhla kaplı olacak.

Bilim insanları atom pilinin ömrünü uzatmak için yıldızlararası atomlara çarpan ışık yelkeninin metrekarede 60 vat güç üretmesini de umuyor. Lazer yelkeni hafif olması için Dünya ile çanak anten yerine lazer ışınlarıyla iletişim kuracak. Bunun için vat başına 2,6 ila 15 Baud aktarım gücü sağlayan bir lazer kullanacak. İletişim amaçlı bu incecik lazer ışınını Dünya’ya hizalamak ayrı bir sorun olacak.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Peki lazer yelkeni ile nereye gidebiliriz?

Öncelikle Dünya’dan ateşlenecek lazer ışınları sondaları 2 ay içinde ışık hızının yüzde 12,5’ine çıkarmak zorunda. Yoksa uzaklığa bağlı olarak ışığın zayıflaması nedeniyle lazerlerin yelkeni iki aydan uzun süre itmesi mümkün değil.

Lazer yelkeni fren yapamayacağı için hiçbir yıldızın yörüngesine giremeyecek ama Proxima C’nin parçası olduğu parlak Alpha Centauri yıldızlarına ulaştıktan sonra, onların ışığıyla aşağıdaki tabloda görülen yıldızlara 75 yılda erişebilecek. Bütün bunlar da insan ömrünün uzayı keşfetmeye yetmeyeceğini, galaksiyi büyük olasılıkla küçük ve hızlı robotlarla keşfedeceğimizi gösteriyor.

Yıldız isimleri	Yolculuk süresi	Uzaklık	Parlaklık
		Yıl	Işık yılı
Proxima Centauri	121	4,2	0,00005
α Centauri A	101,25	4,36	1,52
α Centauri B	147,58	4,36	0,50
Sirius A	68,90	8,58	24,20
Procyon A	154,06	11,44	6,94
Vega	167,39	25,02	50,05
Altair	176,67	16,69	10,70
Fomalhaut A	221,33	25,13	16,67
Denebola	325,56	35,78	14,66
Castor A	341,35	50,98	49,85
Epsilon Eridani	363,35	10,50	0,50

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Lazer yelkeni için sonsöz

Yıldızlar bugünkü teknolojiyle ulaşamayacağımız kadar uzakta ama yarının teknolojileriyle yıldızlara insan göndermek mümkün görünüyor. Bunu merak ederseniz Mars’a kış uykusuna yatarak nasıl gideceğimize bakabilir, mini füzyon roketlerini okuyabilir ve yıldızlararası uzay gemisi yapmanın 4 yolunu görebilirsiniz. Bayramın son akşamı keyifli geçsin ve yaz tatili bir an önce gelsin. 😊

Dragonfly yıldız yelkeni

¹Self-stabilizing laser sails based on optical metasurfaces
²Design considerations for relativistic laser sails*
³Solar Sail Demonstrator (‘Sunjammer’)
⁴IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun)
⁵Huge sail will power JAXA mission to Trojan asteroids and back