FacebookTwitter

Yıldızlararası Seyahat

By

Share On GoogleShare On FacebookShare On Twitter

Bilim kurgu filmlerinin en popüler konularından biri yıldızlararası seyahat. Bu hayalin bir gün gerçekleşip gerçekleşmeyeceği ise henüz bilinmiyor. Yaklaşık yüz yıl önce Ay’a yolculuk bir bilim kurgu filmine (A Trip to the Moon) konu olmuştu, ama bu hayal 67 yıl sonra gerçeğe dönüştü. Şimdi de yıldızlara yolculuk hayal gibi geliyor. Kim bilir, belki bir gün bu yolculuk da gerçekleşecek.

A Trip To The Moon

A Trip To The Moon

İyon itkili roket sisteminin kullanıldığı Dawn uzay aracı

İyon itkili roket sisteminin kullanıldığı Dawn uzay aracı

Dünya’ya en yakın yıldız Proxima Centauri bizden yaklaşık 4,2 ışık yılı (40.000.000.000.000 km) uzakta. Işık yılı ile ifade edildiğinde mesafeler kısa gibi görünse de en hızlı uzay aracı ile (şu anki rekor, saatte yaklaşık 265.000 km hıza ulaşan Juno uzay aracında) Proxima Centauri’ye gitmemiz 17.000 yıldan fazla sürer. Einstein’ın özel görelilik kuramına göre ışık hızının aşılamaması, yıldızlararası yolculuğun insan ömrünün sınırları içinde gerçekleşmesinin önündeki en büyük engel.

Üstesinden gelmemiz gereken tek sorun mesafeler değil. Seyahatimizin sorunsuz şekilde tamamlanması için uzay aracımızın Güneş Sistemi’nin dış sınırındaki yıldızlararası ortamla heliosfer arasındaki savaştan yara almadan çıkması ve yıldızlararası
ortamdaki yüksek enerjili parçacıklar arasında zarar görmeden yoluna devam etmesi gerekiyor. Heliosfer adı verilen bölge aslında Güneş Sistemi’ni yıldızlararası ortamdan koruyor. Peki, yıldızlararası ortamı tehlikeli yapan ne? Yıldızlararası ortamda gaz, toz ve kozmik ışınlar bulunur. Işık hızına yakın hızlarla hareket eden bu yüksek enerjili parçacıklar hem uzay aracı hem de insanlar için hayli tehlikeli. Neyse ki, Güneş’teki çekirdek tepkimeleri sonucu oluşan ve güneş Sistemi boyunca yayılan güneş rüzgârları, yıldızlararası ortamı Güneş Sistemi’nin dışına doğru iterek gaz, toz ve kozmik ışınların Güneş Sistemi’ne girişini engelleyebiliyor. Dünya’nın en uzağındaki, insan yapımı cihaz olan Voyager 1 uzay aracı 2012 yılının Ağustos ayında bu bölgeyi aşarak yıldızlararası ortama ulaştı.

Peki, yıldızlararası seyahatin gerçekleşmesi için yeterli miktarda enerji nasıl sağlanabilir?

Modern uzay araçlarının çoğu uzayda kimyasal roket motorları sayesinde yol alıyor. Yakıtın oksijenle girdiği tepkime sonucu açığa çıkan gazın oluşturduğu itme kuvveti uzay araçlarının hareket etmesini sağlar. Fakat kimyasal roket motorlarının kullanıldığı uzay mekikleri saatte ancak 28.000 km hıza ulaşabiliyordu. Uzay araştırmalarının hız kazandığı son 50 yılda uzay araçlarında büyük değişiklikler oldu. Ancak kullanılan yakıt türleri ve teknolojiler değişse de roket motorlarındaki temel prensip aynı kaldı. Yıldızlara yolculukta olduğu gibi mesafeler çok büyüdüğü zaman farklı itki sistemlerinin geliştirilmesi gerekli.

NASA Gunes Yelkenli Itki Sistemi

NASA Gunes Yelkenli Itki Sistemi

Plazma ve İyon İtkili Motorlar

Plazma kullanılan itki sistemlerinde yakıt, elektrik enerjisi kullanılarak plazma haline getiriliyor. Maddenin hallerinden biri olan plazmada elektronlar atomlara bağlı değil. Maddenin bu hali serbest haldeki eksi yüklü elektronlardan ve artı yüklü iyonlardan oluşur. Elektrik alan uygulanarak hızlandırılan plazma, motordan dışarı atılırken uzay aracını hızlandırır. İyon itkili motorlarda ise iyon haline dönüştürülen yakıt elektrik alan boyunca hızlandırılır. Ancak bu sistemlerde uzay aracının en yüksek hıza ulaşması için motorun uzun süre çalışması gerekir. Bu motorlar uzay görevlerinde çok az yakıt kullanarak yıllarca çalışabilir. Örneğin NASA’nın NEXT  projesinde geliştirilen iyon itkili motorlar sayesinde uzay araçları saatte 145.000 km hıza ulaşabilecek. Kimyasal madde kullanılan roket motorları ile aynı miktarda itiş gücü üretebilmek için 10 kat fazla yakıt kullanılması gerekiyor. Ayrıca iyon itkili motorlarda iyonları hızlandırmak için gerekli olan elektrik enerjisi güneş panellerinden elde edilebiliyor.

NASA antimadde roket benzetimi

NASA antimadde roket benzetimi

Nükleer Roketler

NASA’nın en son roket motoru projesi olan NTREES’de geliştirilen nükleer roket motorlarında nükleer reaktör yardımıyla çok yüksek sıcaklıklara ısıtılan hidrojen, egzozdan çıkarken genleşiyor ve bir itiş gücü oluşturuyor. Bu motorlarda yakıt
olarak kullanılan hidrojen, fırlatma sırasında oluşabilecek tehlikelerden korunması için çok düşük sıcaklıklarda tutuluyor.
NTREES aslında bu yöntemin uygulandığı ilk proje değil. Özellikle 1955-1973 yılları arasında üzerinde çalışılan farklı nükleer itki sistemleri ile yıldızlararası seyahati mümkün kılabilecek hızlara ulaşılması amaçlanıyordu. Ancak bu gerçekçi bir öngörü değildi. Ayrıca nükleer roketlerin kullanımı özellikle fırlatma sırasında güvenlikle ilgili büyük bir risk oluşturuyor. Nükleer füzyon (çekirdek birleşmesi) tepkimelerinden yararlanılan  roket motorları uzak uzay yolculuklarını mümkün kılabilir. Füzyon roketler üzerinde çalışan Washington Üniversitesi araştırmacıları, proje başarılı olursa Mars yolculuklarının süresinin 300 günden 30 güne inebileceğini düşünüyor.

Antimadde Roketleri

Antimadde roketlerinde, bir araya getirilen madde ve antimadde parçacıklarının birbirlerini yok etmesi sırasında açığa çıkan enerjiden yararlanılması planlanıyor. Bu, bilinen en yüksek enerji yoğunluğuna sahip tepkime türüdür. Aynı zamanda madde ve antimadde bir araya geldiğinde birbirlerini yok etme tepkimesi kendiliğinden gerçekleşen bir süreçtir. Yani antimadde roketlerinde bir reaktör sistemine ihtiyaç yoktur. Şu anki bilgilerimize göre antimadde roketlerinde kullanılması düşünülen
antiprotonu evrende doğal olarak çok miktarda bulmak mümkün değil. Bu parçacıklar büyük hızlandırıcılarda ışık hızına yakın hızlarla hareket eden parçacıkların çarpışması sonucu açığa çıkar. Üretilen antimadde parçacıklarının madde
parçacıklarıyla bir araya gelip yok olmasının engellenebilmesi için elektromanyetik alan içinde hapsedilerek depolanması gerekir. Bütün bu zorlukların üstesinden gelinebilirse antimadde roketler sayesinde kimyasal roketlere göre 10-100 milyar kat daha fazla enerji elde edilebilir. Çözmemiz gereken önemli sorunlardan biri de yıldızlararası seyahat için gerekli yakıt miktarının çok fazla olması. Çünkü uzay araçları fırlatılırken taşıyabilecekleri yakıt miktarı sınırlı. Bu nedenle yıldızlara yolculuk için belki de uzay aracının yakıt taşımasını gerektirmeyen sistemlere ihtiyaç var. Işık ışınlarını kullanan güneş yelkenlerinde, yelkenlerin genişliği yeterince büyük olursa uzay aracının hareket etmesini sağlayacak kadar enerji elde edilebileceği düşünülüyor. Günümüzde yıldızlararası seyahatin bir hayal olduğu söylenebilir. Bu hayali gerçekleştirmek için şu an kullanılanlardan daha farklı teknolojilere ihtiyacımız var.

 

 

 

Dr. Tuba Sarıgül [ TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi Eylül 2017 ]

Kaynaklar
https://www.nasa.gov/centers/glenn/about/fs21grc.html
https://www.nasa.gov/centers/marshall/news/news/
releases/2014/ntrees.html
Mitchell, E. D. Staretz, R., “Energy and Interstellar
Travel”, Journal of Cosmology, Cilt 12, s. 537-3548, 2010.
Frisbee, R. H., “How To Build An Antimatter
Rocket For Interstellar Mıssions: Systems Level
Considerations In Designing Advanced Propulsion
Technology Vehicles”, 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE
Joint Propulsion Conference and Exhibit,
Huntsville Alabama, 2003.