Mars için Yeni Nükleer Reaktör Kilopower

NASA Mars kolonileri için Kilopower adlı yeni bir nükleer güç reaktörü geliştirdi. Kilopower tıpkı Akkuyu santrali gibi uranyum atomlarını parçalayarak çalışacak ve Mars üsleri için gereken enerjiyi üretecek. Dünya’da nükleer enerjiye gerek olmasa da uzaya yerleşmek için nükleer motor şart.

Neden nükleer enerji?

Akkuyu Santrali Temiz Söylemini Çürüten 15 Kanıt yazımda belirttiğim gibi, Dünya’da nükleer reaktörler radyoaktif atıklara, kansere, sakat doğumlara ve çevre kirliliğine yol açıyor. Bu nedenle Dünya gezegeninde güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir temiz enerji kaynaklarını kullanmak daha mantıklı.

Üstelik bunlar nükleer enerjiden daha kolay ölçeklenebiliyor, yani artan nüfusun ve gelişen ağır sanayinin ihtiyacını karşılayabiliyor. Öte yandan uzayda nükleer enerji şart:

Öncelikle nükleer roketler az yakıtla hızlı uçuyor ve ağır yükleri uzağa taşıyabiliyor. Bu da Mars ve daha uzak gökcisimlerine büyük araştırma sondaları, insanlı uzay gemileri ve asteroit madenciliği yapacak olan çok sayıda robot uzay gemisi göndermek için şart.

Elbette elimizde nükleer enerji gerektirmeyen VASIMR roketleri ile iyon motorları da var ve bunları Mars’a giden ölümsüz plazma roketleri yazısında anlattım. Ancak, bu teknolojileri geliştirene kadar nükleer roketlerden yararlanarak Jüpiter’e 6 ayda ve Mars’a sadece 2 ay içinde gidebiliriz.

İlgili yazı: Biyonik Böbrek ile Diyaliz Derdine Son

 

Aksi takdirde

Elimizdeki sıvı hidrojen ve kerosen yakan kimyasal roketlerle Mars’a gitmek 6 ay ve Jüpiter’e insansız uzay aracı göndermek 5 yıl sürüyor. Doğrusu uzay yolculuklarının süresini 5 kat kısaltmaz ve yük kapasitesini de 10 kat artırmazsak uzaya yerleşemeyiz.

Düşünün ki bugün Jüpiter’e en fazla 4 ton yük gönderecek kapasitedeyiz ve bu kadar sınırlı bir lojistik kapasitesiyle uzaya çıkıp Dünya ekonomisine bolluk getirecek olan asteroit madenciliği işine girmemiz çok zor.

İlgili yazı: 180 Resimde Varoluşun Kısa Tarihi

 

Peki ya güneş yelkenleri?

Hiç merak etmeyin: Biz uzaya yerleşemesek bile robotlar evreni keşfedecekler. Nitekim 20 yıl içinde, Dünya’dan süper güçlü lazer ışınları göndererek iPhone büyüklüğünde ve fotokopi kağıdı ağırlığındaki binlerce robot uzay sondasını uzak gezegenlerle komşu yıldızlara göndereceğiz.

Starshot projesi kapsamında güneş yelkenleri kullanan bu robot sürüleri ışık hızının beşte birine ulaşacak. Böylece en yakın yıldıza 20 yılda erişecek ve daha düşük hızlarda Uranüs’e 1 yıl içinde gidecekler.

Ancak dikkatinizi çekerim

Bir iPhoneX sadece 143 gram ağırlığında ve fotokopi kağıtları bundan çok daha hafif; yani sahip olduğumuz teknolojiyle uzak gezegenlere ancak en hafif yükleri gönderebiliyoruz. İşte bu yüzden uzaya yerleşmek için nükleer roket kullanmamız gerekiyor. Ne de olsa Mars gemileri en az 30 ton yük taşıyacak ve ileride işleri hızlandırmak için bunları tek bir nükleer roketle göndermek isteyeceğiz.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Bir de Mars üsleri var

Yine de nükleer enerjiye en çok ihtiyacı olan sektör uzay taşımacılığı değil, Ay ve Mars’ta kurulacak olan araştırma üsleri (Henüz Mars’ın ötesine gitmeyi düşünmediğimiz için kimyasal roketler şimdilik yeterli. Özellikle de asteroit madenciliğine Dünya ile Mars arasındaki en yakın uzay kayalarıyla başlayacağımız için telaşa gerek yok).

Öte yandan, Mars üsleri acilen nükleer enerjiye ihtiyaç duyacak ve bunun sebebi Mars’ta güneş ışığından elektrik üretmenin çok zor olması. Bir kere Mars, Güneş’e Dünya’dan 70 milyon km daha uzak ve bu yüzden çok daha az ışık alıyor.

Üstelik Mars’taki toz fırtınaları güneş panellerinin üstünü kaplıyor ve -90 dereceye ulaşan standart geceler bütün elektrikli cihazların donmasına yol açıyor.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Kısacası elektrik kesintisini göze alamayız

Mars’ta kurulacak uzay üsleri tabii ki nükleer yakıt uranyumdan tasarruf etmek için güneş enerjisi kullanacak. Mars dronları, Mars kamyonları ve 3D printerla basılan modüler prefabrike binalardan inşa edilecek olan ileri karakolların güneş panellerine çok ihtiyacı olacak.

Sonuçta Mars’a giden insanlar yanlarına katlanabilir güneş paneli alarak yakındaki bir dağa tırmanabilir, ama sırtlarında nükleer reaktör taşıyamazlar. Bununla birlikte Mars’ta elektrik kesilirse soğuktan donma tehlikesiyle karşılaşacaklar.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Kilopower burada devreye giriyor

NASA’nın geliştirdiği Kilopower modüler reaktörü Ay ve Mars üslerinde kesintisiz güç kaynağı olarak kullanacak. Herhangi bir arıza veya kaza durumunda devreye girerek işlerin aksamasını önleyecek.

Üstelik Kilopower son derece verimli bir reaktör: Amerika’da ortalama bir konut yılda 10,7 kilowatt elektrik tüketiyor. Bu da tek bir Kilopower reaktörünü 42 gün kullanmaya eşdeğer. Bu tür 5-10 reaktörü birbirine bağlayarak Mars üslerini ısıtabilir, ayrıca oksijen ve metan yakıtı üreten kimyasal reaktörleri çalıştırabiliriz.

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

 

Sadece 20 milyon dolar

Türkiye’de üniversite yönetimleri öğrenci kulüplerine bilim-teknoloji etkinliği düzenlemeleri için boş konferans salonu ayarlamakta zorlanıyor. Oysa NASA tek bir güncellenmiş F-16 avcı uçağı fiyatına Kilopower nükleer reaktörünü geliştirdi. Reaktörün asıl adı ise KRUSTY; yani Stirling Teknolojisi Kullanan Kilopower Reaktörü isminin İngilizce kısaltması.

KRUSTY, plütonyum elementi yerine uranyum kullanan ve bu sebeple daha az radyasyon üreten güvenli bir nükleer reaktör. Elbette bütün reaktörler radyasyon kazası riski taşıyor; ama hiç değilse bu tasarım su soğutma sistemi kullanmıyor (zaten Mars yüzeyinde sıvı su akamayacağı için su soğutma sistemi kullanmak imkansız).

Kilopower, bunun yerine zenginleştirmiş uranyum çekirdeğini saran ve zincirleme nükleer reaksiyonu sağlayacak nötronları konsantre eden özel bir berilyum oksit reflektör kullanıyor.

Kedigözü reflektörlerin ışığı yansıtması gibi çalışan bu sistem, nötronların reaktör iç duvarından sürekli sekerek çekirdeği bombalamasını sağlıyor. Böylece nötronlar çekirdekteki uranyum atomlarını parçalıyor ve nükleer enerji üretiyor.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Nükleer tetik

Nükleer reaksiyonu ateşleyen nükleer tetik ise bor karbürden üretilen bir çubuk: Bor karbür reaktörü çalıştırdıktan sonra ortaya çıkan ısı, özel borularla Stirling dönüştürücüsü olarak adlandırılan jeneratörlere iletiliyor.

Stirling dönüştürücüleri de çubuk şeklinde tasarlanıyor. Bunların bir ucunu Kilopower’dan gelen enerjiyle ısıttığınız zaman, diğer ucuyla da dönüştürücüye bağlı olan özel helyum tankını ısıtıyorsunuz (helyum tankı reaktöre bağlı borularda yüksek ısıyla sıvılaşan sodyum elementiyle ısıtılıyor). Helyum reaktif bir gaz olmadığı için alev almadan yüksek sıcaklıklara erişiyor.

Aynı zamanda, reaktörle doğrudan temas etmediği için radyoaktif gaza da dönüşmüyor. Yüksek basınçlı sıcak helyum gazı, Stirling dönüştürücüsüne bağlı olan pistonları itiyor ve bunları tıpkı bir buhar makinesi gibi çalıştırıyor. Genel olarak da piston yerine elektrik türbinlerini döndürerek elektrik üretiyor.

İşte bu pistonlar sayesinde bir türbini döndürerek elektrik üretebiliyor veya pistonları doğrudan makinelere bağlayarak mekanik hareket üretebiliyoruz (havalandırma pervanelerini döndürmek gibi).

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Kısacası Kilopower çok yönlü

Kilopower reaktörleri hem elektrik üretiyor hem de makineleri çalıştırıyor. Bunu 2013’te deneysel olarak üretilen, ama hükümet onay vermediği için uzay araçlarına takılamayan güvenli ve verimli Stirling dönüştürücüleri sayesinde yapıyor.

800 derece sıcaklıkta çalışan bir KRUSTY reaktörü 1 kilowatt saat güç üretiyor. 10 kilowatt saatlik gerçek bir Kilopower reaktörü elbette daha yüksek sıcaklıklarda çalışacak; ama yine de Dünya’daki nükleer santrallerden daha düşük sıcaklıklarda enerji üreterek çok daha güvenli olacak.

Mars ve Ay üsleri içinse en az 40 kilowatt saatlik bir üretim gerekecek. Yine de bunun için daha büyük bir reaktöre gerek yok.

Tek yapmamız gereken 4 Kilopower ünitesini bir arada kullanmak. Uzay araçları için tasarlanan ve nükleer roketlere de takılabilecek olan küçük Stirling dönüştürücüleri bu reaktörlerin çok kullanışlı olmasını sağlıyor.

İlgili yazı: Dünya’daki hayatın kökeni Mars mı?

 

Plütonyumdan kurtuluş

Satürn gibi gezegenler Güneş’e çok uzak ve bu yüzden bunların yörüngesinde güneş paneliyle enerji üretmek imkansız.

Keza Titan’ın sıvı metan göllerini araştıracak sondalar veya Europa uydusunun buz altı okyanuslarında hayat arayacak olan robot denizaltılar da nükleer enerji kullanmak zorundalar (Sadece yeni model güneş panelleri kullanan Juno sondası Jüpiter yörüngesinde nükleer enerji kullanmadan çalışıyor).

NASA bu nedenle Pioneer ve Voyager sondalarıyla Plüton’a giden Yeni Ufuklar aracında hep radyoizotop termonükleer jeneratörler kullandı (RTG). Oysa RTG’ler en fazla 1 kilowatt saat güç üretebiliyor. Üstelik aşırı radyoaktif plütonyum kullanıyor.

İlgili yazı: Hava Soluyan Roket ile Mars’a Hızlı Uçuş

 

Nükleer enerjinin belalısı politika

Uzaya nükleer roket göndermenin önündeki en büyük engel nükleer savaş korkusu; çünkü plütonyum nükleer savaş başlığı üretiminde kullanılıyor. Amerika da uzayı silah gönderdikleri gerekçesiyle Rusya ile arasında nükleer savaş çıkmasını istemiyor. Bu nedenle uzaya plütonyum reaktörleri göndermiyor.

Bu sebeple NASA sondalarında kullanılan RTG’lerin ihtiyacı olan plütonyumu da özel izinle ve sınırlı miktarda üretiyor. Öyle ki ABD Enerji Bakanlığı uzun yıllar boyunca plütonyum üretmedi. Sadece NASA’nın plütonyum stokları tükenmek üzere olduğu için yakın zamanda sınırlı ölçüde plütonyum üretti.

NASA Uzay Teknolojisi Seferleri Departmanı müdür yardımcısı James Reuter’ın da dediği gibi, NASA’nın Mars’a baba-oğul Bush ve Obama zamanında göndermeyi düşündüğü birçok nükleer roket seferi sırf politik nedenlerle iptal edildi. Oysa NASA’nın nükleer enerji olmadan uzun menzilli sonda göndermesi imkansız.

Çözüm Kilopower

Kilopower ise RTG’nin kaldığı yerden devam ediyor ve plütonyum 238 tabanlı 1 kilowatt saatlik güç üretimi yerine, çok daha güvenli olan uranyum yakıtıyla 10 kilowatt saatlik üretim yapıyor. Hem roketlerde hem de Mars üslerinde ana güç kaynağı olarak kullanılabilen esnek yapısı sayesinde insanların uzaya yerleşmesinin önünü açıyor.

İlgili yazı: Akkuyu Santrali Temiz Söylemini Çürüten 15 Kanıt

 

Peki nükleer enerji korkusu neden?

Akkuyu santrali yazımda belirtildiği gibi, nükleer enerji korkusu son derece yerinde bir korku. Herkesin aklına Çernobil ve Fukişima nükleer güç santrali kazaları geliyor ama daha beteri var: Uzaya gönderilen bir nükleer roketin Dünya atmosferini terk etmeden önce patlaması.

Tabii ki nükleer roketler ancak uzaya çıkıp Dünya yörüngesini terk ettikten sonra ateşlenecek. Ancak, bu roketler plütonyum 238 taşırsa durum riskli. Sonuçta motor kapalı olsa dahi, roket atmosferde patlar veya yere düşerse radyoaktif plütonyum tozu her yere dağılacak.

İlgili yazı: Mars’a Giden Ölümsüz Plazma Roketleri

 

Üstelik bu kaza yaşandı!

1964 yılında NASA’nın RTG teknolojisini denemek için uzaya gönderdiği SNAP-9A sistemiyle donatılmış olan Transit uydusu yörüngeye ulaşmayı başaramadı. Bunun yerine atmosfere girdi ve yanarak yok oldu. Yanarken de havaya plütonyum tozu saçtı. Radyoaktif plütonyum tozu 30 km yüksekte atmosfere karıştı ve aylarca havada asılı kaldı.

Daha net söyleyecek olursak bu tür bir kaza Dünya’da birçok kişinin kanser olmasına ve çok sayıda sakat doğuma yol açabilir. İşte bu yüzden ABD hükümeti NASA’nın uzaya nükleer roket ve nükleer güç reaktörü göndermesine izin vermiyor.

Nitekim böyle bir kazada 4 kilometrekarelik bir tarım arazisini radyasyondan temizlemek 250 milyon dolara mal oluyor. Hele nükleer serpinti şehirleri etkilerse 4 kilometrekarelik bir alanı temizlemek için 1,5 milyar dolar gerekiyor.

İlgili yazı: VASIMR roketiyle Mars’a 40 günde gidin

 

Her şeye rağmen

Mars’a ve Jüpiter’e 2 ay içinde ulaşmak istiyorsak nükleer roket kullanmak zorundayız. Özellikle de Dünya’da sosyal refahı artırmak ve ekonomik krizleri önlemek için asteroit madenciliği yapmak istiyorsak nükleer reaktör takılı uzay araçları kullanmamız şart.

Mars ve Ay üsleri de kesintisiz güç kaynağı olarak nükleer reaktör kullanmak zorundalar. İşte NASA bu sorunu çözmek için güvenli Kilopower sistemini geliştiriyor. Yine de en temiz ve güvenli nükleer enerji teknolojisi nükleer füzyondur. Ancak, bu teknolojiyi geliştirmemize en az 20 yıl var.

Jüpiter’e iki ayda gitmenin tek yolu da nükleer füzyon motorları kullanmak: Netflix’te yayınlanan SyFy yapımı Expanse bilimkurgu dizisinde ve Jennifer Lawrence’ın oynadığı Uzay Yolcuları filminde anlatıldığı üzere, komşu yıldızlara astronot veya gelişmiş uzay sondaları göndermek istiyorsak nükleer füzyon motoru kullanmak zorundayız.

İlgili yazı: NASA Mars’a nükleer roket teknolojisiyle gidecek

 

Sonsöz

Bilimkurgu yazarı Douglas Adams diyor ki “Uzay büyüktür. Çok büyüktür. Ne kadar büyük ve engin olduğunu aklınız almaz.” En basitinden, bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri 4,24 ışık yılı uzakta ve elimizdeki kimyasal roketlerle Proxima C’ye ulaşmak tam 81 bin yıl sürüyor.

Gelecekte üretilecek nükleer füzyon motorları ise ışık hızının yüzde 5’ine ulaşacak (saniyede 15 bin km). Buna rağmen Proxima C’ye gitmek en az 200 yıl sürecek! İşte uzay o kadar büyük! Oysa nükleer füzyon motorlarıyla bizden 800 milyon km uzaktaki Jüpiter’e sadece 2 ayda ulaşabileceğiz. Mars ise arka bahçemiz olacak.

Peki insanların önümüzdeki 20 yılda komşu yıldızlara ulaşması için elimizde hangi teknolojiler mevcut? Onu da 5 Adımda Başka Yıldızlara Nasıl Gideriz? yazısında okuyabilirsiniz. Enerjik bir hafta olsun.

Kilopower nasıl çalışıyor?

¹NASA Krusty reacto (download pdf)
²Stirling converter (download pdf)