Yıldız Gemisi Atılgan Ne Zaman? – 2 >> Bugün gerçek olan Uzay Yolu teknolojileri ve “nükleer bomba” motorları

Yıldız Gemisi Atılgan’ı 1966-68 yıllarında yayınlanan orijinal Uzay Yolu dizisinde tanıdık ve Atılgan o zamandan beri ışıktan hızlı uzay yolculuğunun simgesi oldu. Yazımızın ilk bölümünde Atılgan’ı önümüzdeki 10 yıl içinde inşa edip edemeyeceğinizi sormuştuk. Bu bölümde ise Atılgan’da gördüğümüz hangi teknolojilerin günümüzde kullanıldığını anlatarak şunu soruyoruz:

Işıktan hızlı yolculuğun ve warp sürüşünün mümkün olup olmadığı tartışmaları bir yana, önümüzdeki 50 yılda ışıktan yavaş giden bir Atılgan inşa edebilir miyiz? Maliyetleri hesaba katmazsak ve warp sürüşünü şimdilik bir kenara bırakırsak, bugünkü teknoloji ile yakın yıldızlara gidecek bir Atılgan inşa etmek mümkün mü?

Yıldızlararası uzay gemisi prototipleri üzerinde çalışan Icarus Interstellar şirketinden mühendis Adam Crowl, önümüzdeki 50 yılda Atılgan olmasa da yakın yıldızlara gidecek bir uzay gemisi inşa edebileceğimizi düşünüyor (Avatar filmindeki Venture Star’ın ilkel bir versiyonu). Öyleyse gelin, bugün neler yapabileceğimize bakalım.

 

 

Atılgan’ın planında biraz değişiklik yapmak gerek

Günümüzde sebepler, teknik yetersizlikler, yüksek maliyetler, lojistik sınırlamalar ve mevcut politikalar nedeniyle nükleer reaktörler gibi bazı teknolojileri dünyada kullanıyor olsak bile Atılgan’da kullanamayacağız. Ayrıca bugün bildiğimiz kadarıyla ışıktan hızlı warp sürüşü de mümkün değil.

Ancak bu bölümde bütün bunları bir kenara bırakalım ve elimizdeki teknolojiyle uzayda Atılgan inşa edip edemeyeceğimize bakalım, teorik olarak neyin mümkün olduğunu konuşalım.

 

 

İlk avantaj: Hafif olacak

Uzayda inşa edilen Atılgan asla Dünya ve Ay’a iniş yapmayacak. Bu yüzden gezegenlerden sarsılarak yüksek hızla kalkış yapmaya ihtiyacı olmayacak. Aynı sebeple çok sağlam inşa edilmesi de gerekmeyecek.

Tabii bugünkü teknoloji ile titanyumdan güçlü bir malzeme kullanarak yaklaşık 300 metre uzunluğunda 430 kişilik hafif bir uzay gemisi inşa etmemiz imkansız (karbon fiber, kompozit malzeme ve karbon nanotüp teknolojisi bu çapta inşaata izin vermiyor).

 

 

Öte yandan, titanyumdan inşa edilen Atılgan gibi büyük kütleli bir gemi uzayda hızlanırken, yavaşlarken ve manevra yaparken yüksek strese, gerilime maruz kalacak. Uzay gemisi inşaatında ilk aşmamız gereken sorunlardan biri bu.

Sonuç olarak uzayda yerçekimi olmasa bile kütle etkili olduğu için Atılgan gibi büyük bir gemi inşa etmek çok zor. Özellikle de manevra yaparken kola kutusu gibi buruşmayacak veya parçalanmayacak bir gemi. Ancak 50 yıl içinde karbon nanotüpler gibi egzotik malzemeler kullanarak bu sorunu aşabiliriz.

 

 

 

Nükleer motorlar

Atılgan’ın warp sürüşü olmasa da nükleer motorları olabilir fakat dış görünüş olarak bildiğimiz roketlere benzeyen fütüristik nükleer plazma motorları henüz geliştirmedik. Bunun yerine, elimizde nükleer patlamalardan yararlanan “atımlı nükleer motor” teknolojisi var ve NASA’nın 60’lı yıllarda üstünde çalıştığı Orion uzay gemisinde de bu tür motorlar kullanılması düşünülüyordu.

Teorik olarak basit: Roketin arkasına büyük bir metal plaka yerleştiriyorsunuz ve daire şekilli bu “itici levhayı” dev pistonlardan oluşan özel bir süspansiyon sistemi ile rokete bağlıyorsunuz (Orion gemisi 100 g ile yani yerçekiminin 100 katı bir güçle hızlanıyor. Oysa insanlar uzun süreli olarak ancak 2 – 3 g’lik hızlanmaya dayanabileceği için süspansiyon kullanmak şart).

Atımlı nükleer motorlar şu şekilde çalışıyor: Roketin arkasında uzay boşluğuna bir atom bombası atıyorsunuz. Nükleer patlama oluyor ve radyasyonla şok dalgası roketin arkasındaki içbükey levhayı itiyor. Levha da süspansiyon sistemiyle birlikte roketi ileri doğru itiyor. Roketin hızlanması için uzay gemisinin arkasında düzenli olarak atom bombası patlatmak gerekiyor!

 

 

Teknoloji mi, çılgınlık mı?

Elbette astronotları radyasyondan korumak ayrı bir sorun. Bunun için süspansiyon takımının ana roketle birleştiği arka tarafa ayrıca koruyucu zırh takılıyor. Aslında Orion gemisinde atom bombası değil, çok daha güçlü olan termonükleer bombalar kullanılıyor. Sürekli bomba patlatılması halinde Orion ışık hızının yüzde 3 ile 5’ine ulaşabiliyor. Bu gemi yüzlerce bomba taşıyor.

Daha güçlü patlamalara yol açan antimadde katkılı füzyon bombaları ile ışık hızının yüzde 10’una ulaşmak mümkün. Saf antimadde bombaları kullanan bir roket ise ışık hızının yüzde 50 ila 80’ine ulaşabiliyor. Ancak Dünya’da antimadde bombasında kullanılacak kadar bol miktarda antimadde üretemiyoruz ve antimaddeyi elimizde patlamadan uzaya taşıyacak teknolojiye sahip değiliz.

Ayrıca gemiyi antimadde motorları veya bombalarıyla arkadan bu kadar hızlı itmek geminin teneke kutu gibi ezilmesine yol açabilir (geminin eylemsizlik ilkesi gereği hızlanmaya direnç göstereceğini akılda tutmak gerek). Bunu önlemek için motorları geminin önüne yerleştirebilir ve gemiyi itmek yerine, gemiyi römork gibi çekmelerini sağlayabiliriz ki Avatar filmindeki uzay aracı da bu tür bir sistem kullanıyordu.

 

 

Kontrollü çılgınlık

Bu yüzden nükleer motorlu Atılgan (100 g’lik ivmelenmede parçalanmayacak kadar sağlam olduğunu varsayarsak) ancak göreli daha az enerjik olan termonükleer bombalar kullanabilir ve saniyede sadece (!) 9000 km hızla gidebilir.

Elbette hızlanmak kadar yavaşlamak da önemli ve Atılgan yalnızca komşu yıldızlara giderken bu kadar hızlanacak. Gezegenlere ulaşmak içinse hızının saatte 60 bin km, yani saniyede 17 km’yi (!) aşmaması gerekiyor.

 

 

Nitekim 2015’te Güneş Sistemi’nin dış sınırlarındaki cüce gezegen Plüton’a ulaşacak olan New Horizons uzay sondası hedefine kısa sürede varmak için o kadar hızlı gidiyor ki (saatte 84 bin km) bu araç asla yavaşlayıp Plüton’un yörüngesine giremeyecek. Uzay boşluğuna dalmadan önce hızla Plüton’un yanından geçecek ve cüce gezegenin fotoğraflarını çekerek kısa süre için bilgi toplayacak.

Her ne kadar nispeten yavaş gitse de nükleer motorlu Atılgan aslında diğer geleneksel uzay araçlarından iki kat hızlı giderek Mars’a üç ayda ulaşırdı. Her durumda yavaşlamak ve gezegenleri radyoaktif serpintiden korumak için motorları önceden kapatarak güvenli bir yörüngeye yerleşmesi gerekirdi.

 

 

Yapay yerçekimi

Nükleer motorlu bir gemiden söz ettiğimiz için itici levha, süspansiyon sistemi, radyasyon kalkanı gibi ek parçalar kullanmak zorunda kaldık. Bu sebeple Atılgan’ın uzunluğu da 300 metre değil, en az 1000 metre olmak zorunda (Avatar filmindeki Venture Star’ı veya 2001 Uzay Macerası’nı hatırlayın). Üstelik nükleer radyasyondan korunmak için herkes geminin ön tarafında oturmalı.

Ayrıca yerçekimsiz ortamda insanların kas ve kemiklerinin eridiğini biliyoruz. Öyle ki uzayda 1 yıldan uzun süre kalmak ölüm tehlikesine yol açıyor. Uluslararası Uzay İstasyonu’nda yaşayan astronotlar bile Dünya’ya döndüğü zaman yerçekimine tekrar alışmak zorunda kalıyor. Yere indiklerinde zayıflayan kasları yüzünden bir süre ayağa bile kalkamıyorlar. Felçli gibi yatakta taşınmaları gerekiyor.

 

 

Uzay tekerleği

Bu sebeple uzak yıldızlara veya gezegenlere yolculuk edecek olan gerçek Atılgan’ın yapay yerçekimi üretmesi gerekiyor. Elbette Uzay Yolu’ndaki yapay çekim teknolojisi elimizde yok. Bunun yerine 2001 Uzay Macerası filmindeki gibi dev uzay tekerlekleri kullanabiliriz.

Fayton tekerleğine benzeyen bu tekerlekleri Atılgan’a yerleştireceğiz ve astronotlar kendi etrafında dönen tekerleklerin yarattığı merkezkaç kuvveti sayesinde yerçekiminin üçte biri şiddetindeki çekim alanında koşup spor yapabilecekler (Aslında 2001 Uzay Macerası’ndaki tekerleğin yeterli çekimi oluşturmak için iki kat büyük olması gerekiyordu ama bütçe sınırlamaları Kubrick’i küçük bir sahne kurmaya zorladı).

 

 

Sürekli dönen bu uzay tekerleğinin aşınmasını önlemek için süperiletken mıknatıslarla manyetik yastık sistemi kullanılacak. Uzay gemisi için gereken enerjiyi ise 1,5 GWe’lik (gigawatt elektrik) bir nükleer reaktör sağlayacak.

Öte yandan, uzak yıldızlara veya gezegenlere değil de sadece Mars’a gidecek kısa menzilli bir gemi yapmak istiyorsak Atılgan’dan çok küçük iki uzay kapsül inşa edebilir ve bunları birbirine kabloyla bağlayabiliriz. Gergin kablonun ağırlık merkezinin çevresinde dönen kapsüller tekerleğe ihtiyaç olmadan yapay çekim üretebilir. Atılgan yapmak iddialı, karmaşık ve pahalı bir proje.

 

 

Soğutma problemi

Yıldızlararası yolculuk edecek uzay gemisi prototipleri üzerinde çalışan Icarus Interstellar şirketinden mühendis Adam Crowl ise uzay gemilerindeki başka bir sınırlamaya dikkat çekiyor: Aşırı ısınma.

Bir uzay gemisine nükleer reaktör takmak aslında işin kolay tarafı: Asıl sorun bu reaktörü soğutmayı başarmak. Örneğin Amerikan uçak gemilerinde kullanılan reaktörler teorik kapasitenin çok altında çalışıyor. Bu gemilere nükleer santral boyunda daha güçlü reaktörler taksaydık, kalın bir zırh ve özel soğutma sistemleri kullanmak gerekirdi.

Aynı şey Atılgan için de geçerli. Atılgan’ı uzayda soğutmak için dev termal radyatörler kullanmamız gerekecek. Bu da geminin Atılgan’dan çok, sayısız güneş paneli ve girintili çıkıntılı antenle dev bir kirpiyi andıran Uluslararası Uzay İstasyonu’na benzemesine yol açacak. Crowl’un dediği gibi: “Fizik mühendisliği estetikten anlamaz”.

 

 

Sıvı soğutma

Bu konudaki en gerçekçi bilimkurgu yaratısı Mass Effect video oyunları. Mass Effect’teki uzay kruvazörleri silah sistemleri aşırı ısınmadan önce sadece 20 dakika savaşabiliyor. Soğutma için de geminin gövdesinin iki yanını saran özel seramik şeritler kullanıyor.

Elektrikli sobaların bobinleri gibi karanlıkta parlayan bu şeritler geminin lazerlerinin, motorlarının, füzyon reaktörünün ve bilgisayarlarının ürettiği atık ısıyı uzaya veriyor. Oyunda yer alan savaş gemileri kabindeki muazzam ısıyı soğuran sıvı sodyum ve lityum tabanlı bir soğutma sistemi de kullanıyor. Geminin burnundan uzaya saçılan sıvı sodyum damlaları uzayda soğuduktan sonra geminin kıç tarafından emilip sıvı soğutma tanklarında toplanıyor.

Oysa gemi sert manevra yaptığında, örneğin aniden iskeleye kırdığında damlacıklar uzayda kayboluyor. Dolayısıyla bu tür güçlü soğutma sistemlerinin bile bir kullanım ömrü var. Sıvı sodyum ve lityum azalınca işe yaramıyorlar.

 

 

Enerji problemi

Bu tür gelişmiş soğutma teknolojileri olmadan gemilere büyük nükleer reaktör takmak şimdilik mümkün görünmüyor. Üstelik gemilere küçük nükleer reaktör takmak hiç mümkün değil!

Bununla ilgili olarak internette son zamanlarda bir “toryum araba” efsanesi de aldı yürüdü. Güya Cadillac mühendisleri radyoaktif toryum kullanan mini nükleer reaktör sayesinde 100 yıl yakıt almadan giden otomobil üretmişler (aslında 2009 yılında tasarladıkları konsept arabadan türemiş bir masal bu).

 

 

Bu bir efsane, çünkü arabaya sığacak kadar küçük bir reaktördeki nükleer tepkimeler de çok küçük hacimlerde gerçekleşecektir. Bu da o reaktörün aşırı ısınarak erimesine veya arabanın içinden çevreye ölümcül gama ışınları yaymasına sebep olacaktır. İşte bu yüzden dünyada hem çok güçlü ve hem de çok küçük nükleer reaktörler kullanamıyoruz.

Kısacası, bugünkü teknoloji ile Atılgan’a nükleer reaktör yerleştiremeyiz. Ancak, Atılgan’da Güneş Sistemi’nin dışına çıktığı söylenen Voyager 1 uzay sondasını çalıştıran RTG jeneratörlerini kullanabiliriz (Tabii Radyoizotop termoelektrik jeneratörleri nükleer reaktör sınıfına girmiyor). RTG sistemi Güneş’ten ve güneş panellerinin elektrik üretmekte kullandığı güneş ışığından uzaklaşan uzay gemisine gereken enerjiyi sağlayacaktır.

Her durumda NASA Glenn Araştırma Merkezi’nden havacılık ve uzay mühendisi Marc Millis elimizdeki teknoloji ile Atılgan’ın benzerini yapmanın imkansız olduğunu söylüyor. 50 yıl içinde ışık hızının yüzde 10’uyla yıldızlara yolculuk eden bir gemi yapabiliriz ve bu araç ince uzun bir rokete benzeyecektir ama Atılgan’a dış görünüş itibarıyla benzeyen bir gemi inşa edemeyiz.

 

 

Yapabileceklerimiz

Bununla birlikte Uzay Yolu’nda gördüğümüz pek çok teknoloji gerçek oldu. Kayar kapılar 25 yıldır Migros marketlerde kullanılıyor. Kaptan Kirk’ün iletişim cihazı da bir değil, iki kez gerçek oldu: Biri telsiz, diğeri cep telefonu.

Bunun dışında jiroskop, ısı sensörü, hareket sensörü ve radyo antenleriyle donatılan akıllı telefonlar Uzay Yolu’ndaki mobil analiz cihazı “tricorder”ların yerine geçti. Hatta günümüzdeki Android tabletler ve iPad’ler 90’lı yıllardaki Uzay Yolu dizilerinin e-kalemli tabletlerinden çok daha gelişmiş ürünler (Siz de Scientific SciFi Scanner Lite uygulamasını Android cihazınıza kurarak telefonunuzu bir tricorder’a dönüştürebilirsiniz).

Icarus Interstellar şirketinin kurucu ortağı Richard Obousy de aynı kanıda ve biraz da esprili bir şekilde, Uzay Yolu yapımcılarına “1990’larda bir iPad gösterip bunun 23. yüzyıl teknolojisi olduğunu söyleseydiniz size inanırlardı” diyor.

 

 

Yemek basan 3B printerlar

Icarus Interstellar’dan havacılık ve uzay mühendisi Andreas Hein, şimdiden et ve bitki basan 3B biyoprinter prototiplerinin geliştirildiğini belirterek Uzay Yolu’nda yemek hazırlayan replikatörlerin de yakında gerçek olacağını söylüyor. Bunlar dizide olduğu gibi gıda moleküllerini bir araya getirerek çalışmayacak ama un, nişasta, şeker gibi malzemelerden istediğimiz yemeği “basabilecek” (çikolata basan örnekleri birkaç yıldır kullanımda).

3B biyoprinterda basılmış bu tür hazır yemekler ısıt-ye ve ısıt-kupaya dök-iç formatında ya da Uluslararası Uzay İstasyonu’nda olduğu gibi poşetler içinde sunulabilir. Tek yapacağımız bu teknolojiyi Migros raflarında gördüğümüz hazır yemeklere uyarlamak.

Peki ya NASA’nın Evren’in genişlemesinden sorumlu gizemli karanlık enerjiden yararlanan devrimsel bir kuantum uzay motoru test ettiği doğru mu? Hiç yakıt kullanmayan bir kuantum motoru var mı ve bu motor bir gün uzayda ışıktan hızlı yolculuk için kullanılacak warp sürüşüne gerekli itici kuvveti sağlayabilir mi? Yazının 3. bölümünde buluşmak üzere. 🙂

 

 

Orion Projesi 1958: İnsanların atmosferde atom bombası patlatarak uzaya roket uçurmayı hayal ettiği çılgın yıllar (Filmde gördüğünüz patlamalar nükleer patlama değil, kimyasal patlayıcılarla yapılan testler).

 

 

 

Nükleer motorlu uzay gemisi Orion ile Mars’a yolculuk (Nükleer motor uzayda çalışacak. Gördüğünüz her ışık çakması aslında termonükleer patlama. Evet, 1960’larda Mars’a 3 ayda böyle gitmeyi hayal ediyorduk).