Yıldızlararası Uzay Gemisi Yapmanın 4 Yolu

Elon Musk’ın hayal ettiği gibi Mars ve komşu yıldızlara gidecek bir uzay gemisi nasıl inşa edilir? Peki bu gemi nasıl çalışacak? Nükleer motorla mı, füzyon meşalesiyle mi, yoksa antimadde motoruyla mı? İnsanlık Dünya’nın yaşanmaz hale gelmesi olasılığına karşı yedek gezegen bulmak ve galaksiyi keşfetmek için yıldızlararası yolculuk yapmak istiyor. Biz de Uzay Yolcuları filmindeki gibi uzak dünyalara erişecek uzay araçları yapmanın en gelişmiş 4 yolunu görelim.

Yıldızlararası yolculuk teknolojisi

Uzay çok büyük ve gözlemlenebilir evrenin çapı yaklaşık 92 milyar ışık yılına ulaşıyor. Yaşadığımız Samanyolu Galaksisi bile orta boy bir gökada olmasına karşın 200 bin ışık yılı çapında (son ölçümlerde galaksimizin sanılandan büyük olduğu ortaya çıktı).

Bu da boşlukta saniyede 300 bin km ile giden ışık hızının yüzde 99’una ulaşan bir gemi yapsak bile, galaksiyi 80 yıllık insan ömründe keşfedemeyeceğimizi gösteriyor. Buna karşın en yakın yıldız Proxima Centauri bizden sadece 4,2 ışık yılı uzakta. Öyle ki Uzay Yolu’nda geçen warp sürüşü gibi ışıktan hızlı yolculuğa izin veren fantastik teknolojiler geliştirirsek galaksiyi makul sürede keşfedebiliriz.

Oysa ışıktan hızlı gitmeye izin vermeyen bu evrende yıldızlararası keşifler için fütüristik teknolojiler kullanmak zorunda değiliz: En azından yakın yıldızlara mevcut roketler ve 50 yıl içinde geliştirileceğimiz yeni uzay araçlarıyla ulaşabiliriz. Bunlar ışık yelkenlileri, nükleer füzyon motorları ve antimadde roketleri olabilir. O zaman yıldızlararası seyahat yapacak 4 roketi görelim.

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

 

Yıldızlararası para

İnsanlığın önümüzdeki 50 yılda komşu yıldızlara erişecek bir uzay gemisi inşa etmesinin önündeki en büyük engel ABD ve Rusya’dır. Bu iki devletin emperyalist planları hem küresel ısınmaya bağlı yıkıcı iklim değişikliğine yol açıyor hem çevre kirliliği yaratıyor hem de geleceğe düşünmek yerine, petrol savaşlarında can ve para kaybetmemize yol açıyor.

Yıldızlararası yolculuk çok pahalı bir proje olduğu için Birleşmiş Milletler düzeyinde uluslararası işbirliği gerektiriyor. Bunu yapmaya ABD hükümeti ve hatta şirketlerinin parası yetmez. Devletlerin birlikte çalışması gerekiyor. Mevcut uluslararası ilişkiler buna uygun olmadığı için biz de konuyu sadece bilim-teknoloji açısından ele alacağız.

Oysa bir de Elon Musk’ın SpaceX ve Jeff Bezos’un Blue Origin şirketi gibi özel sektör kuruluşları var. Bunların uzaya gitme olasılığı artık NASA’nın uzaya açılma ihtimalinden daha yüksek görünüyor. Ancak, bunlar kâr amaçlı organizasyonlar ki yakın yıldızlara gitmenin ekonomik hiçbir değeri yoktur; yani bunu yapmak şirketlere para kazandırmayacak. Peki neden gitsinler?

Vizyoner oldukları için diyelim; ama Elon Musk uzaydan internetle 20 yılda kazanacağı parayla ancak Mars’a gidebilir. 1 trilyon dolar harcayarak milyarlarca insanı Proxima Centauri yıldızına taşıyamaz. Yüzlerce insanı bile taşıyamaz. Öte yandan, başta ABD ve Rusya olmak üzere gelişmiş ülkeler çevre kirliliği ve küresel ısınma ile Dünya’yı yok ediyor. Diyelim ki bu süper güçler fena çuvalladı ve Dünya yaşanmaz hale gelecek. İşte bunun zoruyla yıldızlararası gemi yapabiliriz.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Biz de öyle varsayalım

İnsan türünün nazik poposunu kaldırarak uzaya yayılmak gibi vizyoner planlar gütmesi için Dünya’da hayati bir tehlike ortaya çıktığını ve insan türünün soyunun tükenmesi riski belirdiğini düşünelim. Bu durumda nasıl bir uzay gemisi yapacağız?

Öncelikle milyonlarca insan taşıyacak, hatta 200 kişi taşıyacak bir uzay gemisini bile Dünya’da inşa edemeyiz. Yerden kalkmayacak kadar ağır olur. Öyleyse Dünya ile Ay yörüngesine uzay tersaneleri kurmamız ve uzayda çalışmayı öğrenmemiz gerekecek. On binlerce tersane işçisi ve hizmet çalışanının da Ay ve Mars’ta yaşaması gerekecek. Dev bir uzay ekonomisi kurulacak.

Ayrıca Yeryüzündeki madenler bu kadar büyük bir uzay endüstrisini destekleyemeye yeterli değil. Demek ki asteroit madenciliği yaparak Mars ve Asteroit Kuşağı’ndan ham madde getireceğiz. Gördüğünüz gibi uzay gemisi inşa etmek öyle kolay bir şey değildir. Bunun için Birleşmiş Milletler işbirliği yetmez. Yüzlerce ülkenin en az 100 yıl birlikte çalışması ve bu sırada hiç savaşmaması gerekir.

Belki de Dünya dışı gelişmiş uygarlıkların galaksiye yayılıp Taksim meydanına inerek Maraba Televole derken izinsiz gösteri yaptıkları için tutuklanmasını engelleyen budur: Emperyalist uzaylı devletleri, uzaylıların yaşadığı gezegenleri onlar galaksiye açılmadan önce savaşlar ve küresel ısınmayla yok ediyordur. Yine de biz komşu yıldızlara gitmekte inat ettik. Bu yüzden uzaya açıldığımızı ve kendimizi yok etmediğimizi varsayalım. Bu her ne kadar gerçek hayatta Gandalf’ın elini sıkmaktan zor olsa da…

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Proxima Centauri

Sadece 4,2 ışık yılı uzaktaki Proxima C Dünya’ya en yakın yıldızdır. Bu bir kırmızı cüce ve hayat barındırma olasılığı var. Tek sorunu hiperaktif bir kırmızı cüce olması ve güneş parlamalarıyla radyasyon saçıp olası gezegenleri nükleer ateşle yakıp kavuracak olması. Oysa bunlar biz yağız uzay kaşiflerini yıldıramaz. O yıldıza gidilecek! Dahası orada hayata uygun gezegen olacak ki yerleşelim.

Ne kadar çok varsayımda bulunduk! Oysa ateş bizi çağırıyor ve komşu yıldıza gidiyoruz. Bu açıdan çözmemiz gereken ilk sorun ise yıldıza en kısa sürede, en hızlı şekilde ve en ucuza gidecek uzay gemisini yapmaktır. En iyi politika bilimle yapıldığı için buna Watt Hesabı diyoruz. Bu da geminin motorlarının termodinamik verimliliğini ve yapım maliyetini hesaplamayı sağlayan denklemdir.

1. Kimyasal içten yanmalı roketler

Başarıya giden yol başarısızlıktan geçermiş. Bunlar bugün kullandığımız roketlerdir. Gaz yağı (kerosen), sıvı hidrojen ve metan yakarlar. Büyük ölçüde ölü bitkilerden kalma petrol türevi yağları yakıt niyetine tüketirler. Bunlar Dünya’da işe yarar ama yıldızlararası yolculuk için çok ilkeldir. Mesela Astronotları Ay’a taşıyan Satürn V roketi saatte 40 bin km hızla gidiyordu. Peki onunla komşu yıldıza gidebilir miyiz?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Yıldızlararası fiyasko

Tabii gideriz ama 120 bin yıl alır ve sadece 7 kişi taşıyabilir. Aksi takdirde, hidrojen ve gazyağı yaktığı için kalkış yapamayacak kadar ağır olur. Yedi kişi 120 bin yıl yaşamaz tabii. Satürn V de 120 bin yılda eskiyip dağılır. Hatta astronotlar ölümsüz olsa bile psikopata bağlayıp birbiriyle kavga edebilir veya başlarına bir kaza gelebilir. Aslında 1000 yılda kazayla ölme olasılığı yüzde 100’dür!

Oysa asıl sorun bunlar değil. Asıl sorun bu roketin çok yakıt tüketmesi: Akaryakıtı litreyle değil, tonlarla içiyor mübarek. Öyle ki Proxima C’ye gitmek için Dünya’dan 318 kat kütleli olan Jüpiter gezegeni kadar çok yakıt taşıması gerekirdi. O zaman da yine yerinden kalkmayacak kadar ağır olurdu. Neden öyle derseniz momentumun korunumu yüzünden derim ama özetle:

Bir roketin maksimum hızı egzoz hızı, yakıt kütlesi ve roketin kütlesine bağlıdır. Sizin de Proxima C’ye bir insan ömründe ulaşmanız için ışık hızının yüzde 10’uyla giden bir gemi yapmanız gerekiyor. O zaman da o kadar çok yakıt harcarsınız ki size 92 milyar ışık yılı çapındaki gözlemlenebilir evrenden daha büyük bir yakıt tankı gerekir. Kısacası klasik roketlerle yıldızlara gidemeyiz diyelim mi? 😉

Peki yıldızlararası roket nasıl çalışır?

Uzayda yüksek hızlara erişmenin iki yolu var: Ya çok ağır bir roket yapar ve itici yakıtı (propellant) roketin egzozundan çok hızlı bir şekilde geriye püskürtürsünüz (itici yakıta sürüş kütlesi denir) ya da küçük bir roket yaparsınız ve süper verimli bir motorla az yakıt kullanıp çok hızlı giderseniz. Pratikte sadece ikincisini yapabilirsiniz ve onu da ancak başka tür roketlerle yapabilirsiniz:

İlgili yazı: 14 Yaşında Kendini Donduran Kız

 

2. Nükleer roketler

Çok verimli yakıt demek az kütlede çok enerji içeren yakıt demektir. Buna yakıtın enerji yoğunluğu, yani E=mc² uyarınca yakıt kütlesinin enerjiye çevrilme oranı deriz. Çekirdeğinde nükleer füzyon gerçekleştirerek Dünya’ya hayat veren ısı ve ışığı üreten Güneş bunu yapıyor. Biz de bir nükleer füzyon roketi veya tasarlaması daha kolay olan termonükleer roket yapalım.

Termonükleer rokete nükleer silahlardan alışığız. Ne de olsa henüz gerçek bir füzyon reaktörü yapıp küçük atomları birleştirerek büyük atomlar üretemedik; ama atomu parçalamayı nükleer santrallerden biliyoruz. Sadece roketi patlatmayacağız: Ya içinde kontrollü termonükleer patlama yaparak yakıtı aşırı ısıtıp yüksek egzoz hızına ulaşarak roketi hızlandıracağız ya da bombaları dışarıda patlatacağız.

Bunların ilki 2001: Bir Uzay Efsanesi’ndeki roket motorudur; ama nedense yolculuk ettiğim roketin içinde termonükleer bomba patlatmak bana pek güvenli gelmiyor… Diğer çözüm roketin içinde nükleer bomba taşımak ve Freeman Dyson’ın dediği gibi, bunları teker teker roketin arkasından uzaya atıp boşlukta patlatmaktır. Patlamanın basıncı, roketin arkasına takılı olan amortisörlü bir metal plakayı ileri iter. Pistonlu plaka da roketi iterek onu yüksek hıza çıkarır (Orion Projesi).

Böyle bir geminin kütlesinin dörtte üçü 300 bin adet 1 megatonluk hidrojen bombasından oluşur. Bunları 1 ay boyunca uzayda patlatırsak ışık hızının yüzde 10’una erişiriz. Sonuçta termonükleer bombalar atomu parçalayarak patlar ve atomun enerji yoğunluğu da çok yüksektir. Atom parçalanınca büyük enerji açığa çıkar. Böylece nükleer yakıt kullanarak komşu yıldıza 44 yılda ulaşırsınız.

İlgili yazı: Yıldız Depremleri Uzaydaki 3 Gizemi Nasıl Çözdü?

 

Peki nasıl duracağız?

Işık hızının yüzde 10’u ile giderken disk frenle hız kesecek halimiz yok. Zaten aniden durursak parçalanırız. Ölmeden yavaşlayarak komşu yıldızın yörüngesindeki bir gezegenin çevresine girmemiz lazım. Uzayda yerçekimi ve sürtünme olmadığı için fren yapmak gerçekten büyük bir sorundur.

Öyleyse roketi son 1 ayda ters çevirerek 300 bin bomba daha patlatacağız ya da yakıtın yarısını durmaya harcayacağız. O zaman da ışık hızının sadece yüzde 5’i ile gideceğiz ve yıldıza gitmek 88 yıl sürecek. Bu da gemide 3 kuşak insan yaşaması demek; yani ilk iki kuşak çocuk sahibi olacak.

Sonuçta mürettebat sayısı artıracak ve geminin daha çok erzak taşıyıp daha ağır olması gerekecek. İşin ilginci nükleer bombayla çalışan gemi yapmayı biliyoruz. NASA bunu 45 yıl önce test etti. Dünya yaşanmaz olursa başka bir gezegene göç etmek için en hızlı üretebileceğimiz en hızlı yıldızlararası gemi budur.

Gerçi 1983 yılında imzalanan ve Rusya ile ABD’nin uzaya nükleer silah göndermesini yasaklayan anlaşma bunu engelliyor. Düşünün ki ABD bugün uzaya nükleer bombalı gemi gönderse Ruslar, “Bunlar komşu yıldıza filan gitmeyecek, bizi bombalayacak” der ve nükleer savaş çıkarır. Hem uzaya nükleer bomba taşımak risklidir. Ya roket atmosferde patlarsa? O zaman radyasyon Dünya’yı zehirler.

Nükleer füzyon

Nükleer füzyon roketlerini Mini Füzyon Roketi ile 3 Ayda Mars’a Gidin, Lazer Füzyon Roketi Daedalus ve Füzyon Roketi için Helyum 3 Zaman Kristalleri yazılarında anlattım. O yüzden detaya girmeyeceğim; ama bunlar küçük atomları büyük atomlar halinde kaynaştırarak çalışır. Aslında atom bombasından daha çok enerji üretir. Daedalus-Icarus gibi atımlı veya mini füzyon roketi gibi kesintisiz çalışabilirler; ama henüz füzyon motoru geliştirmedik. Dolayısıyla kıyamet gününde füzyon roketi yapamayız.

İlgili yazı: Vücut İnterneti ile Beden Hackleme Geliyor

 

3. Antimadde roketi

Nükleer füzyon kütlenin yüzde 1’ini enerjiye çeviriyor. Peki yüzde 100’ünü enerjiye çevirsek? O zaman roket yakıtını 100 kat azaltırız. Nitekim antimadde ile maddeyi dokundurursak bunların yüzde 100’ü enerjiye dönüşerek patlar. İşte buna antimadde motoru diyoruz. En verimli yakıt antimaddedir. Öyle ki 10 gram antimadde kullanarak ve yavaşlamayı da hesaba katarak 1 ayda Mars’a gidebiliriz.

Oysa antimadde yakıtını 1) roketi, bizleri ve yakıt tankını patlatmadan manyetik alanlar içinde üretmek, 2) bunu rokete yüklemek, 3) sonra da güvenle yakmak çok zordur. Ayrıca manyetik alan üretmek enerji tüketimini ve dolasıyla yakıt ihtiyacını artıracaktır.

Dahası Dünya’da 1 gram antimadde bile üretemedik. Bunun maliyeti şimdilik 20 ila 66 trilyon dolar. O kadar pahalı ki maliyetini kesin olarak hesaplayamıyoruz bile! Ancak, antimadde üretimi 100 trilyon kere trilyon kere trilyon artırırsak iş değişir.

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Yıldızlararası antimadde roketi

Demek ki antimadde roketi yapacak teknolojimiz ve ekonomik ölçekleme kapasitemiz yok. Yoksa proton ve antiprotonları kafa kafaya çarpıştırıp yaklaşık ışık hızında giden pion parçacıkları üretebiliriz.

Bunlar küçük ve hafiftir; ama ışık hızına yakın giderken kütlesi ve dolayısıyla sürüş kütlesi muazzam artar. Öyle ki komşu yıldıza gitmek için 1 kg antimadde yeterli olacaktır. Gerçi bu çok pahalıya mal olur; ama antimadde-madde patlaması da kg başına füzyondan 50 kat fazla enerji açığa çıkarıyor.

Özetle bu engelleri aşarsak antimadde roketiyle ışık hızının yüzde 50’sine ulaşır ve Proxima C’ye sadece 9 yılda varırız (Aslında astronotlar yüksek hızda zamanın yavaşlaması yüzünden yıldıza biraz daha kısa sürede varırlar). Gerçi ışık hızının yüzde 50’si çok hızlıdır; ama zamanı çok yavaşlatacak kadar değil. Öte yandan, ışık hızının yüzde 80’ine çıkarsak komşu yıldıza 4,2 yılda değil, yalnızca 3,3 yılda ulaşırız.

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

4. Yıldızlararası Işık yelkeni

Peki yakıt derdinden kurtulsak nasıl olur? En azından uzay gemisinde hiç yakıt yakmasak ve taşımasak? Böylece gemi çok daha hafif olur. Bu sayede, bir rokete sığacak kadar küçük ama enerjik olan yeni motorlar üretmek gibi karmaşık mühendislik sorunlarından kurtulmuş oluruz. Yine de evrende bedava iş yoktur. Bu kez roketin enerjisini Dünya’dan ışınlamamız gerekecektir.

Bunun için ışık yelkenleri kullanacağız. Sonuçta fotonların kütlesi yok; ama momentumun maksimum yüzde 50’sini aydınlattıkları cisimlere transfer ederek itiş gücü sağlayabilirler. Bu durumda Dünya veya en iyisi Ay yörüngesinde dev lazer topları inşa ederiz. Ayrıca süper hafif kompozit malzemeler, karbon nanotüpler ve metamateryallerden üretilen bir uzay gemisi yaparız. Buna çok ince ve yansıtma gücü çok yüksek olan dev ışık yelkenleri takarız. Lazer ışınlarıyla gemiyi yıldızlara iteriz.

Size garip gelebilir; ama ışık gücüyle giden bir yıldız gemisi yapmak, nükleer füzyon ve antimadde motoru yapmaktan daha ucuza gelecektir ki bunun için şimdiden Starshot projesini geliştirdik (Bunun tek farkı Proxima C’ye insansız sondalar gönderecek olmasıdır). Bunun için mikroskobik safir tabakasıyla kaplı olan ve alüminyum folyoya benzeyen 1 km genişliğinde ışık yelkeni yapacağız.

Sonra da buna 100 nükleer santral gücündeki lazer ışınlarıyla ateş edeceğiz. Bunun dışında karbon ağından üretilen ışık yelkenlerini, aşırı enerjik ve pahalı lazerler yerine mikrodalga ışınlarıyla da itebiliriz. Bu şekilde ışık hızının yüzde 10’una çıkarız. Starshot’tan çok daha basit olan bu proje için tek bir nükleer santral yeterlidir. Ancak, insan taşımak için safir yelken ve süper güçlü lazer ışınları şarttır.

Yıldızlararası güç gösterisi

Lazer ışınları o kadar çok enerji tüketecek ki Ay’da nükleer füzyon santralleri kurmamız gerekecek. Bunları Ay’daki malzemeleri kullanarak inşa edeceğiz. Ayrıca füzyon santrallerinde Ay’dan çıkaracağımız helyum 3 yakıtını kullanacağız. Kısacası komşu yıldızlara insan göndermek için ışık yelkeni kullansak bile nükleer füzyon teknolojisini geliştirmek zorundayız. Bu da çok pahalıdır.

İlgili yazı: Negatif Kütle ile Sonsuza Dek Giden Uzay Gemisi Yapılır mı?

 

Yıldızlararası yolculukta sonsöz

Bu tür bir uzay aracında yakıt kullanmayacağımız için ışık yelkeniyle erişebileceğimiz maksimum hız lazer ışını yoğunluğu, uzay gemisinin kütlesi ve ışık yelkeni büyüklüğüne bağlıdır. Gerçi pratik sınırlar yüzünden ışık hızının yüzde 90’ına erişemeyiz ama ışık hızının yüzde 10’una ulaşmak mümkündür. Oysa bu kez de geminin durması imkansızdır; çünkü yakıt taşımayacak ve motoru olmayacak.

Gerçi bunu çözmek için Avatar filminde anlatıldığı gibi hibrit motorlu yıldız gemileri inşa edebiliriz; fakat bunu ayrı bir yazıda anlatacağım. Şimdilik şunu bilmemiz yeterli: Elimizdeki teknolojiyle komşu yıldızlara ışık hızının yüzde 5, 10 ve hatta 20’si ile küçük araştırma sondaları göndermemiz mümkündür. Öte yandan, insan göndermek için ışık hızının yüzde 8-12’sine ulaşan DEV füzyon roketleri gerekiyor.

Biz de buraya dek yakın gelecekte geliştirilecek olan teknolojilerle komşu yıldızlara nasıl gidebileceğimizi gördük. Peki ya en uçuk teknolojiler? Örneğin, kara delik motorlu uzay gemileri yapabiliriz veya uzay gemisiyle gitmek zor geliyorsa bizzat Güneş’i; yani elimizdeki en büyük füzyon motorunu kullanarak Güneş Sistemi’ni yerinden oynatıp galakside başka bir yere taşıyabiliriz.

Siz bunu anlattığım Shkadov İticileri ve ışıktan hızlı yolculuğa izin veren Warp Sürüşü yazısını okurken, ben de Spotify’da bilim-teknoloji ve dijital dönüşüm üzerine yeni podcastler yayınlayacağım. Bilimi merak edin ve bilimde yol alın.

Işık yelkeni nedir ve nasıl çalışır?

¹Transverse instability in the “light sail” ion acceleration
²Stability of a Light Sail Riding on a Laser Beam
³Advanced Deuterium Fusion Rocket Propulsion For Manned Deep Space Missions
⁴Beamed Core Antimatter Propulsion: Engine Design and Optimization