VASIMR roketiyle Mars’a 40 günde gidin
Amerikalı roket şirketi Ad Astra, Mars’a sadece 40 günde gidecek VASIMR plazma roketi geliştiriyor. Böylece astronotlar uzayda 7 ay yolculuk etmek yerine kısa sürede Mars’a ulaşacak. Radyasyon, kemik erimesi ve psikolojik sorunlardan korunacak. Oysa VASIMR için nükleer reaktör lazım. Peki Mars’a hazır olacak mı?
40 günde Mars
İnsanlık 2035 yılından sonra Mars’a insan gönderecek ve bu da tarihin en büyük olayı olacak. Ancak, günümüzde Mars’a roketle gitmek 7 ay sürüyor ve kimse küçük bir uzay gemisine sıkışan insanların 7 ay yerçekimsiz ortamda kalmasını istemiyor: Kemik erimesinden psikolojik sorunlar ve radyasyon problemine kadar birçok risk Mars astronotlarını kapıda bekliyor.
Dünya gezegeni ile karşılaştırırsanız Mars’a 40 günde gitmek size uzun gelebilir. Ancak, sıvı hidrojenden kerosene uzanan bir çizgide akaryakıtla çalışan bugünkü roket teknolojisiyle Mars’a gitmek 6-7 ay sürüyor. Bu da geri dönüş ile Mars’ta kalma süresini hesaba katarsak uzayda 16-18 ay geçirmeye karşılık geliyor.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Çözüm VASIMR roketi
NASA’dan Elon Musk’a kadar hemen herkes bu süreyi kısaltarak astronotların sağlığını korumak ve maliyetleri düşürüp Mars’a gitmeyi çat kapı haline getirmek için canla başla çalışıyor. Ancak, bu süreçte asıl devrim VASIMR plazma motorunu geliştiren bir Amerikalı şirketten geldi:
Texas merkezli Ad Astra şirketinin kurucusu ve CEO’su olan Costa Rica asıllı Franklin Chang Díaz, 1972’den bu yana VASIMR üzerinde çalışıyor.
Bugüne dek büyük yatırım almayan Diaz artık çok şanslı bir girişimci; çünkü 10 yıl önce iyon motorlu Dawn uzay sondasını Asteroit Kuşağı’ndaki Vesta ile Ceres’e göndermiş olan NASA tarafından destekleniyor (iyon ve plazma motorları benzer teknolojiler kullanıyor).
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Nasıl çalışıyor?
VASIMR roket motoru uzay araçlarını süper sıcak bir gaz jetiyle (plazma jeti) itiyor. Vasimır olarak okuyabileceğimiz bu ismin açılımı da ilginç; çünkü içinde birçok teknik detay barındırıyor: Değişken özgül itkili manyetoplazma roketi.
Bu terimler ne anlama geliyor derseniz VASIMR roketinin itiş gücünün değişken olduğunu söyleyelim. Öyle ki roketten çıkan gazın basıncı ve hızını tıpkı banyoda fıskiyenin suyunu ayarlar gibi ayarlayabiliyor, deyim yerindeyse roketin ağzını musluk gibi açıp kapatabiliyorsunuz.
Manyetoplazmaya gelince: VASIMR roketi yakıt olarak basınçlı gaz kullanıyor. Süper sıcak gaz jetini manyetik alanlarla hızlandırıp uzaya püskürtüyor. Bu aslında 70’lerden beri akıllarda olan bir fikir: ama günümüze dek kimse gerekli teknolojiyi geliştirememişti.
İlgili yazı: Bitcoin ve Altcoin ile nasıl yatırım yapılır?
Her şey 2015’te değişti
NASA, Ad Astra roket şirketine NextSTEP programı kapsamında bağışta bulundu ve Diaz nihayet para bulup dünyanın gerçekten çalışan ilk plazma motorunu üretti. VASIMR elektrikli itiş gücü kullanan bir sistem. Bu açıdan da geliştirilmekte olan diğer alternatif roketlerden fersah fersah önde.
Örneğin, günümüzde roketlerin ikinci kademesi (uzaya çıkan kademesi) uzayda hava olmadığı için sıvı oksijen taşıyor ve bununla sıvı hidrojeni yakarak sıcak gazlar üretiyor. Gazlar roket motoru çanından çıkarken roketi de yüküyle birlikte uzaya itiyor (Sıvı gazlar yüksek basınçlı roket deposunda az yer kaplıyor. Aksi takdirde küçük roketlerin büyük miktarda yakıt taşıması mümkün olmazdı).
Her durumda, Elon Musk’ın Falcon Heavy planlarından Atlas roketlerine kadar ağır yükleri uzaya taşımak için elimizde olan tek roket teknolojisi bu. Öyle ki astronotları da Ay’a birinci kademede kerosen ve ikinci kademede sıvı hidrojen yakan Satürn V roketi taşıdı.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Bir kez uzaya çıktık mı kolay
VASIMR roket motoru Dünya’dan uzaya yük kaldıracak güçlü değil; ama yörüngedeki mikro çekim ortamında oldukça ağır yükleri yavaş yavaş hızlandırarak yerçekimi ve hava olmayan uzaya taşıyabilir. Nitekim uzayda hava olmadığı için sürtünmeye bağlı yavaşlama da yok ve roket bir kez hızlandı mı fren roketlerini ateşleyene kadar uzayda durmadan gidiyor.
İşte bu bağlamda Starshot projesi çok hafif yükleri güneş ışığı veya lazer ışırları kullanarak ışık hızının yüzde 20’sine kadar hızlandırmak istiyor; ama lazer ışınları ancak çok hafif yükleri hızlandırabiliyor. Bunun için de Dünya’da dev lazer topları inşa etmeyi gerektiriyor.
İyon motorları ise orta ölçekli yükleri sadece çok yavaş hızlandırabiliyor. İşte bu yüzden iri uzay sondası Dawn’ın Dünya’dan kalkıp Ceres’e gitmesi 8 yıl sürdü. Oysa VASIMR plazma roketleri Mars’a gidecek insanlı uzay gemisini iyon ve hatta kimyasal roket motorlarından çok daha hızlı itebilir. VASIMR ağır yükleri yavaş da olsa göreli kısa sürede hızlandıran bir plazma roketi.
İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu? >> Elon Musk, Matrix dünyasında yaşıyoruz dedi
İyon motorlarından farkı
Klasik iyon iticileri elektrik akımlarıyla gazları ısıtıp plazma haline getiriyor; yani elektronları atomlarından ayırıyor. Böylece geriye pozitif yüklü sıcak atom çekirdekleri ve bunların etrafında serbestçe yüzen enerjik elektronlar kalıyor. Gazın süper sıcak iyonize haline plazma deniyor ve iyon motoru da adını bundan alıyor.
İyon motorları kimyasal motorlardan çok daha verimli olmakla birlikte o kadar ağır yük taşıyamıyor. Bu yüzden iyon motorlarını son 10 yılda Dünya yörüngesindeki uyduların manevra roketlerinde kullanıyoruz. Böylece uyduları az gazla yörüngede tutabiliyoruz. Bu da uyduların ilk fırlatma ağırlığının ve dolayısıyla fırlatma maliyetlerinin azalmasına yol açıyor.
Fırlatma maliyetlerinin uzaya yerleşmede çok önemli olduğunu vurgulamamız gerekiyor. Hatta ne kadar vurgulasak yetmez: Güncel faturalarda 1 kg’lık küçük küp uyduları uzaya toplu halde ve büyük roketle fırlattığımız zaman 1 kg’ın uzaya çıkma maliyeti 3-5000 bin doları buluyor. Öte yandan, tek bir telekom uydusunun veya astronotların fırlatılmasında 1 kg yükün maliyeti 25 bin doları buluyor.
Sonuçta VASIMR da elektrik itişi kullanıyor; ama çok daha güçlü elektrik akımları üretiyor ve uzay aracını hem pozitif atom çekirdekleri hem de elektronlardan oluşan süper sıcak plazmayla itiyor. Atom çekirdeklerindeki protonlar ve bağlı bulundukları nötronların göreli büyük kütlesi ağır yükleri hızlandırmayı garanti ediyor.
İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi
Plazmayı radyo dalgalarıyla ısıtıyor
Bu tür motorlarda aklımızda tutmamız gereken en önemli detay gazı ısıtan sistemle gazı püskürten sistemlerin farklı olması. Örneğin, VASIMR enerji tasarrufu sağlamak için gazı radyo dalgalarıyla ısıtıyor ve elektrik gücüyle püskürtüyor (bu sistem elektrik yüklü parçacıkları uzaya iten bir manyetik alan oluşturmakta kullanılabilir).
Eğer VASIMR gazı da elektrikle ısıtsaydı motoru çalıştırmak için çok enerji harcamış olacak ve hızı düşecekti. Tabii radyo dalgaları düşük enerjili olduğu için motorun ömrünü de uzatıyor. Şöyle düşünün: Hangisi daha uzun ömürlüdür? Bilgisayarın içinden devamlı elektrik geçen işlemcisi mi yoksa yalnızca ses dalgaları çıkaran hoparlörler mi? Tabii ki hoparlörler ve tabii ki radyo dalgalarıyla çalışan VASIMR.
Uzay çöpçüsü VASIMR
Ne gazı kullanıyor?
VASIMR önce ince bir boruya hidrojen veya argon gibi bir gaz pompalıyor. Sonra bir mıknatıs ve iki kuplör tarafından sarılı olan boru radyo dalgaları üretiyor (sonuçta bunlar da elektromanyetik dalgalar). Radyo dalgaları dar boruda biraz da mekanik ses dalgaları gibi davranarak gaz atomlarını titreştiriyor ve ısıtıyor.
Özellikle evrendeki en hafif element olan hidrojen, uçucu özelliğiyle uzaya kolay kaçma eğiliminde olmasına karşın Dünya’da argondan bol bulunuyor. Bu bağlamda borudaki birinci kuplör atomların çevresindeki elektronların bir kısmını söküp alarak gazı plazmaya dönüştürüyor.
Bu aşamada 5500 dereceye erişen gaz borunun öte ucundaki ikinci kuplöre ulaşıyor. Bu kuplör gaz sıcaklığını müthiş artırarak 10 milyon dereceye ulaştırıyor. Karşılaştırma açısından, termonükleer bombalar bir an için bu sıcaklığa erişiyor, Güneş’in çekirdeğinde sıcaklık 15 milyon derece olarak ölçülüyor ve yeryüzünde nükleer füzyon başlatmak için 100 milyon dereceye erişmek gerekiyor.
Manyetik roket çanı sıcak plazmayı kontrol edilebilen; yani hem roketi hızlandıran hem de manevra yapmak için yönlendirilebilen bir gaz jetine dönüştürerek uzaya püskürtüyor. Tabii VASIMR çok dayanıklı olmasının yanında otomobil vitesi gibi ayarlanabiliyor. Kısacası insanları Mars’a taşımak kadar Dünya’yı 200 km yüksekte dön dolanan binlerce mini internet uydusunu da itebilir.
İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi
Ölçeklenebilirlik
Bu açıdan VASIMR’in dünyanın endüstri 4.0 ilkelerine göre tasarlanmış ilk roket motoru olduğunu söyleyebiliriz. Oysa iyon motorları bu şekilde ölçeklenebilir değiller. Küçükler ve bu gidişle küçük manevra roketleri olarak kalmaya mahkum olacaklar.
Neden böyle?
İyon motorları çok sayıda mekanik parça içeriyor. VASIMR ise elektrikle çalışan bilgisayarların öncülük ettiği dijital dönüşüme uygun elektrikli bir sistem ve hareketli parçası olmadığı için bakım-onarım masrafları da düşük. Kısacası hem maliyet hem de işletim açısından ölçeklenebilir bir motor.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Nesi eksik?
Sizce bugün astronotlar Star Wars filmlerindeki iyon motorlu X-Wing’lerle neden Dünya yörüngesinde cirit atmıyor? Bunun nedeni VASIMR motorunun çok enerji tüketmesi. Dünya’da bu sorun değil. Motoru fişe takarsınız olur biter; ama uzayda pil kullanmanız lazım veya hidrojen yakıt hücresi.
Türkçede yanlışlıkla yakıt pili denen hidrojen yakıt hücreleri aslında enerji depolama sistemleri değil, enerji üretim sistemleri. Üstelik daha şimdiden pilden iki kat uzun ömürlüler ve VASIMR yakıtı hidrojenle çalışıyorlar.
Bunun için de Tesla pillerin uzaya giden versiyonları yerine, VASIMR motorunu yakıt hücresiyle çalıştırmak makul görünüyor. Özellikle de ilk yakıt hücresinin uzay mekiğinde kullanıldığını düşünecek olursak.
İlgili yazı: 10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?
Özetle
Bu motor gazı radyo dalgalarıyla ısıtarak enerji tüketimini azaltıyor; ama Mars’a uzay gemisi gönderecek versiyonunun çok güçlü bir enerji kaynağı ile enerji depolama sistemine sahip olması gerekiyor.
Bunu uzay istasyonuna güç sağlayan ve gün ışığını elektriğe çeviren güneş panelleriyle yapamayacağımız kesin. Özellikle de Mars’ın Güneş’e daha uzak olmasından dolayı güreş panellerinin enerji üretiminin Dünya’dan uzaklaştıkça azalacağına dikkat edecek olursak.
İlgili yazı: Asteroitten Sarkan Uzay Gökdeleni Analemma
Çözüm nükleer enerji
Bu tür uzay araçları için en küçük, en hafif ve en güçlü enerji kaynağı nükleer reaktörlerdir. Ancak nükleer reaktörler de radyasyon tehlikesi taşıyor. Bu yüzden VASIMR ile nükleer roketler arasında Mars’a gitmek için ayrı bir rekabet gelişiyor.
Nükleer reaktör takılana kadar VASIMR’in Mars’a astronot göndermesi mümkün değil. Öte yandan, yakıt hücreleri ile çalışıp motorun enerji tüketimini daha fazla optimize etmek amacıyla bu eksiği fırsat olarak da kullanabiliriz:
Örneğin, Ad Astra roket şirketinin ilk hedefi 100 Kilowatt ile 100 saat boyunca hiç durmadan çalışan bir roket yapmak. Bu da iyon motorlarından 10 ila 100 kat daha güçlü bir VASIMR anlamına geliyor. Ancak, Mars’a 40 günde gitmek için bundan 2000 kat daha fazla enerji üretmemiz lazım. İşte bu yüzden NASA’nın 2009’da iptal edilen Mars seferinde nükleer roketler kullanılıyordu.
Her durumda Ad Astra, NASA desteğiyle 100 kilowattlık motoru 2018 yazına yetiştirmeye çalışıyor. Zaten geçen Ağustos ayında motoru 10 saat çalıştırmayı başardılar. Bununla birlikte 100 kilowatlık motorun da ticari ürüne dönüşmesi ve gerçek uzay gemisine takılması için 1-2 yıllık Ar-Ge ve test süreci gerekecek.
İlgili yazı: Mars’a Giden Ölümsüz Plazma Roketleri
Kimyasal roketin inadı
Ben iyimserim, ama bazılarına göre VASIMR’in Mars versiyonu ilk insanlı Mars seferine yetişmeyecek ve insanları Mars’a önce standart bir kimyasal roket taşıyacak. Yolculuk da 7 ay sürecek. Ancak, bu senaryo Mars’a 2035’ten önce gidersek gerçekleşecek.
Mars’a gitmek 2035 sonrasına kalırsa VASIMR çoktan geliştirilmiş ve 40 günlük kısa yolculuk da mümkün olacaktır. Hatta o güne dek bu roketleri Dünya ile Mars arasında bulunan ve bize sadece 20 milyon km uzakta yer alan asteroitlere uzay gemisi göndermek için de kullanabiliriz. Öyleyse asteroit madenciliği için enerjiniz bol; ama gözünüz de uzay asansöründe olsun.
