Connect with us

Evrenin Keşfi

Geleceğin İtki Sistemleri 3: Uzayda Nükleer Enerji ve Nükleer Roketler

Bu yazıyı yaklaşık 17 dakikada okuyabilirsiniz.

Hayır nükleer silahlar değil, uzayda nükleer enerjiden faydalanan güç kaynakları ve itki yöntemlerinden bahsedeceğiz.

Ne yazık ki, atom çağı barışçıl amaçlar yerine gökyüzüne yükselen mantar bulutlarıyla başladı. Korkularımız ve aç gözlülüğümüz, bu gelecek vadeden enerji kaynağı ile bize önce birbirimizi yok etmeyi öğretti. Yine de bu kadar korku üretmesine, felaketlere ve kazalara rağmen bugün Dünya’da kullandığımız en verimli ve temiz enerji kaynaklarından biridir. Petrol ve ülkemizde neredeyse kutsallaştırılan kömür gibi Fosil enerji kullanımı, yaşadığımız sağlık sorunlarının büyük yüzdesine oluştururken, her gün soluduğumuz kirli hava ve küresel ısınmaya sebep olurken; nükleer atıklardan kaynaklanan ciddi bir felaket ve çevre sorunu yaşanmamıştır.

Çernobil ve Fukuşima benzeri felaketler güvenlik açıklarını göstermiş ve gelecekte böyle kazalar yaşanma ihtimalini düşüren önlemler alınmasını sağlamıştır. Bu önlemleri sorumlu bir şekilde uygulayan ülkeler için nükleer enerji, diğer alternatif enerji kaynaklarının verimsiz kaldığı bölgelerde uygun bir seçenek olmaktadır.

general-fusion

Gelecekte kullanıma geçmesi planalanan bir Füzyon reaktörü prototipi. Bu tür reaktörlerde, füzyon enerjisinin elde edilebilmesi için yoğun biçimde çalışılıyor.

 

Ne olursa olsun, günümüzde kullandığımız nükleer fizyon enerjisi nihai bir çözüm değildir ve büyük ihtimalle ömürlerimiz içerisinde göreceğimiz tamamen güvenli ve temiz olan nükleer füzyon enerjisi tarafından yeri doldurulacaktır.

Nükleer enerji sadece elektrik santrallerinde kullanılmaz. İçerdiği yüksek potansiyel ile uzun süreler denizlerde bulunması gereken nükleer denizaltılarda, dev uçak gemilerinde ve sivil buz kıran gemilerinde hem elektrik üretmek hem de pervarneleri döndürmek amacıyla kullanılır. Dünyada binlercesi bulunan büyük konteyner gemilerinden birinin, kanser ve astıma sebep olabilecek kirli gazlardan bir yılda milyonlarca otomobile eşdeğer miktarda ürettiğini göz önüne alırsak, esas öcünün fosil yakıtlar olduğunu görebiliriz.

Hava araçlarının da nükleer enerji ile çalıştırılması ve çok uzun süreler boyunca havada kalabilmeleri yönünde özellikle soğuk savaş sorasında Sovyetler ve Amerika tarafından çalışmalar yapılmış olsa da, böylesi küçük alanlarda gerek radyasyondan korunmanın zorluğu, gerekse kıtalar arası füzelerin icadı ile bu çalışmaları sonlandırmıştır.

11202968_10153159340521609_6095430706548833233_n

Cassini Uzay Aracı’nın RTG jeneratörü.

 

Uzayda Nükleer Enerji

NASA, Satürn’e Cassini sondasını göndereceği zaman Güneş enerjisini alternatif bir kaynak olarak düşünmüş, ancak 1997 teknolojisinin güneş panellerinin, Satürn yörüngesinde yeteri kadar güç sağlaması için Cassiniyi 1.3 ton ağırlığında panellerle donatmak gerektiği anlaşılmıştı. Cassininin üst aşama ağırlığı 7.2 tona çıkarak, sondayı fırlatacak Titan-IV Centaur roketinin maksimum yük kapasitesi olan 6.2 tonu aşmış ve fırlatılmasını imkansız hale getirmişti.

Bugün Cassini ile her gün Satürn sisteminin yeni bir sırrını öğreniyorsak bunu araca yerleştirilen plütonyum ile çalışan radyoizotop termoelektrik jeneratörlerine (RTG) borçluyuz.

Uzayda nükleer enerji kullanımı, uzay çalışmalarının ufkunu genişletmiş ve Güneş panellerinin verimsiz kaldığı durumlarda dahi uzun süreler görev yapılmasını mümkün hale getirmiştir. Örneğin Voyager-1, sahip olduğu RTG güç kaynağının kalbindeki plutonyum 238 sayesinde 2025’e kadar işler kalabilecektir.

RTG_radiation_measurement

Cassini Uzay Aracının RTG jeneratörü, fırlatma öncesi radyasyon sızdırma kontrollerinden geçirilirken.

 

Bu sene (2015), 14 Temmuzda cüce gezegen Plüton’un yanından geçecek olan New Horizons’un ise en az 2030’a kadar çalışmaya devam edebileceği hesaplanıyor. Nükleer enerji olmasaydı, bu derin uzay görevleri tamamen imkansız kalacaktı.

Güneş enerjisi, Dünya yörüngesi (1 AU, yani 1 AB “astronomik birim”. Dünya ve Güneş arasındaki 150 milyon km’lik uzaklık) ve diğer iç gezegenler için oldukça verimli olsa da, Jüpiter yörüngesi (5.2 AU) civarında verimliliği oldukça düşmektedir. Satürn yörüngesi (10 AU) civarında ise Dünya yörüngesindekinin sadece 1%’i miktarda enerji elde edilebilmektedir.

Bu uzaklıkta ve ötesine sonda gönderimi için nükleer enerji çok daha verimliyken, gelecekte bu gezegenlere yapılacak insanlı görevler için zorunlu olacaktır.

Radyoizotop Termoelektrik Jeneratörü (RTG / Radioisotope Thermoelectric Generator)
1950’de Amerikada Dr.Bertam C. Blanke önderliğinde geliştirilen RTGler Güneş sisteminin sırlarını keşfetmemizi sağlayan en büyük yardımcı teknolojilerden biridir. Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini, New Horizons ve Marsa gönderilen Viking 1, Viking 2, MSL Curiosity araçları güçlerini RTG güç kaynaklarından alır.

Oldukça sağlam ve bulundurdukları yakıtı yüzlerce yıl boyunca muhafaza edecek şekilde tasarlanan RTG’lerin çalışma prensipleri nükleer teknolojiler göz önüne alındığında çok basittir. Ana bölmeye uzun yarı-ömrü ve yüksek enerji salınımı olan Plütonyum-238 (87.7 yıl)benzeri bir yakıt yerleştirilir. Yakıtın yarı-ömrünün yüksek olması, sahip olduğu kütleye kıyasla yüksek enerji elde etmesi ve yaydığı radyasyon türünün kolaylıkla soğurulup kalkanlanabilen alfa ve beta parçacıklarından oluşması esas alınır. Böylelikle bölme içindeki yakıt hem dışarı radyasyon saçmaz, hem de uzun yıllar enerji üretebilir. Bu bölmenin iki tarafında bulunan “thermocouple” (ısıl-çift / ısı pili) aygıtları, nükleer yakıtın bozunumu sonucu ortaya çıkan ısıdan elektrik üretirler.

High_performance_Thermoelectric_generator

Elektronik ile ilgilenen herkesin yakından tanıdığı basit bir thermocouple (termoelektirk jeneratör veya ısıl çift olarak da bilinir). Bu devre elemanı, ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Oldukça ucuz (100 tl civarı) olan bu basit devre elemanı ile, ısı olan her yerde basitçe elektrik üretebilirsiniz.

 

Böylelikle P-238 kullanan bir RTG her yıl 0.5%-0.78% arası bir güç kaybı ile onlarca yıl güç sağlayabilir. Fırlatılışlarından yaklaşık 40 yıl sonra Voyager sondaları bu sayede temel enstrümanlarını çalışır tutarak bize hala veri göndermeye devam etmektedirler.

Apollo 12’den 17’ye kadar ay görevlerinde’de RTG’ler kullanılmıştır ve Apollo 13 hariç, bütün jeneratörler ay yüzeyinde bırakılmıştır.

Apollo 13’ün ay modülündeki jeneratör ise ay modülü ayrılmadığı ve modül mürettebatın hayatta kalması için hayati önem taşıdığından dünyaya kadar getirilmiş ve herhangi bir kazayı önlemek amacıyla Pasifik okyanusunda 6.1 kilometre derinlikteki Tonga çukuruna düşürülmüştür. RTG jeneratörü dünyaya girişi kazasız atlatmış ve sızıntıya sebep olmadan çukurun derinliklerine gömülmüştür. Aygıt yakıtı 870 yıl boyunca güvenle muhafaza edecek şekilde tasarlandığından ve bu süre zarfında radyoaktivitesi azalacağından dolayı herhangi bir riski de yoktur.

Bu RTG’leri taşıyan araçlarla ilgili şimdiye kadar 5 kaza yaşanmıştır. Bunların iki tanesinde, Apollo 13 ve bir meteoroloji uydusunda herhangi bir sızıntı gerçekleşmemiş ancak geri kalan iki Rus ve bir Amerikan uydusu fırlatılırken infilak etmiş ve geniş alanlarda düşük seviyede radyasyon saçan yakıt parçacıkları salmışlardır.

Pulütonyum 238. Bu element, hızla bozunması sebebiyle çevresine sürekli bir enerji yayar ve her zaman sıcaktır.

 

RTG’lerde kullanılan Plutonyum-238 böyle verimli olmasına rağmen oldukça pahalıdır ve üretimi zordur. Bizzat nükleer reaktörlerde üretilir. Amerika’da üretimi 1988’de durmuştur ve 1993’den beri Rusya’dan ithal edilmektedir. Ancak son yıllarda Rusya’nın da stokları azalmıştır. Şu anda NASA’nın sivil görevlere ayrılan stokları 2020’de Marsa gidecek yeni bir yüzey aracı ve 2024’te fırlatılacak ayrı bir görev için yetecek kadardır. Bu sebeple NASA önümüzdeki yıllarda daha fazla yakıt üretmek için eski reaktörleri açmayı planlıyor.

RTG’ler tarafından üretilen ısı, bir yakıtı ısıtıp hızlandırarak itki elde etmekte de kullanılabilir. Bu fikir üzerinde yapılan çalışmalar ileride anlatacağımız Rover projesi ve nükleer termal roketlere esin kaynağı olmuştur.

Uzayda Nükleer Reaktörler

Nükleer reaktörler Güneş panellerinin üretebileceği enerjiden çok daha fazlasını, çok daha küçük kütle ve hacimle üretebilirler. Gücünü nükleer bir reaktörden alan VASIMR plazma roketi, Mars yolculuğunu 39 güne düşürebilecek potansiyele sahiptir. Geçmişte Sovyetler ve Amerika uzayda birçok nükleer reaktör denemesi yapmıştır. Sadece Sovyetler 1967 ve 1988 yılları arasında uzaya 31 adet düşük güçlü deneysel nükleer reaktör fırlatıp başarılı testler yapmış olsa da, bu reaktörler günümüzde kullanılmamaktadır. Yine de bugün Rusya ve NASA kendi reaktör teknolojilerini geliştirmekte ve bunları 2020 sonrasında kendi gezegenler arası görevlerinde kullanmayı planlamaktadır.

Nükleer reaktörlerin ürettiği ısı sadece elektrik üretmek amacıyla kullanılmaz. Bu ısı, başka bir yakıtı ısıtarak püskürtülmesini sağlayarak itki elde etme amacıyla kullanılabilir. Bu metoda nükleer termal roket denir. Aşağıda nükleer termal roketleri ve diğer tasarımları incelemeden önce hatırlatmakta fayda var: Böylesi itki yöntemlerinin bazıları egzoz aşamasında ciddi radyasyon saçar ve Dünya’da, Dünya’dan kalkışta ve yörüngede kullanımları kesinlikle tehlikelidir. Özellikle radyasyon saçan modeller, radyoaktif kirliliğe yol açmayacakları gezegenimizden uzak yörüngelerde ateşlenmeye uygundur.

Katı-Kor NTR – (Nükleer Termal Roket)
Katı-Kor nükleer termal roketlerin çekirdeğinde üretilen 2500 santigrat derecelik ısı ile sıvı hidrojen veya benzeri bir yakıt ısıtılıp, egzozdan püskürtülerek itki elde edilir. Bu metod ile yakıt verimliliği olarak kimyasal roketlerden daha yüksek performans elde edilir. Ancak itki/kütle oranının birin altında olması sebebiyle Dünya’dan kalkışta kullanılamazlar. NASA 1955’te NTR araştırmalarını yürüttüğü Rover projesini başlatmış, NERVA ve KIWI modellerini test etmiştir. 1959’da başlayan testler, 1972’de proje iptal edilene kadar sürdürülmüştü. İptal gerekçesi olarak da Apollo görevlerinden sonra NASA’nın hız kesmesi, Mars görevinin yakın zaman içersinde gerçekleşmeyecek olması ve tabi ki kamunun nükleer bir motor kullanımına olan tepkisi etkili olmuştur. Bir NERVA roketinin test ateşlemesini aşağıda izleyebilirsiniz.

Nükleer termal roketler elbette risklerinden dolayı atmosferde ve hatta yakın yörüngede kullanıma çok uygun değillerdir. En büyük risk olarak radyoaktif maddenin saçılma ihtimali her zaman korku saçar. Ancak verimlilikleri arttırılırsa özellikle gezegenler arası görevlerde etkili olabilirler. Bu sistemle ilgili yaşanan en büyük sorun yakıtın reaktör üzerindeki aşındırıcı etkisi olmuştur.

Günümüzde NASA, gelecekteki Ay ve Mars görevleri için kullanılacak SLS (Space Launch System) roket programında kullanmak üzere yeni bir NTR projesi üzerinde çalışmaktadır. “Nuclear Cryogenic Propulsion Stage” olarak adlandırılan projeye göre reaktör ve yakıt güvenli yörüngeye ulaşana kadar soğuk tutulacaktır. Böylece reaktör kaynaklı bir kaza riski ve dolayısıyla yakıtın çevreye saçılma ihtimali minimumda tutulur.

NTR, yerde denenmiş ve uzayda uygulanabilir bir roket türüdür. Böyle bir roketle Mars yolculuğu yaklaşık 180 gün sürer. VASIMR’in vaad ettiği 39 gün ile kıyaslandığında çok cazip olmasa da, özellikle ilk VASIMR roketleri hazır olana kadar NTR’lar ilk Mars görevlerinde tercih edilebilir.

Aşşağıdaki diğer NTR modelleri ise kağıt üstünde kalmış, test safhasına gelememiş modellerdir.

Sıvı-Kor NTR
Bu versiyonun en büyük farkı, nükleer yakıtın sıvı halde bulunmasıdır. Çekirdek ısısı 5000 santigrat dereceye yakındır ve mühendislik olarak oldukça zor bir sistemdir. Böylesi bir reaktörü çalıştırmak ve kapatmak bile zorludur. Fisyon reaksiyonu sürdüren sıvı haldeki nükleer yakıtı reaktör içinde tutmak ve ısıtılan itki yakıtı ile uzaya püskürtülmesini önlemek teorik çalışmalarda çözülememiş bir problemdir.

Nükleer Enerji

Nükleer LightBulb reaktör şeması.

 

Gaz-Kor Fisyon NTR
Bu versiyonda ise nükleer yakıt 25.000 santigrata yakın ısılarda gaz halinde bulunur. Reaktör maddesinin, itki yakıtı ile temas ettiği “açık-döngü” ve temas olmayan “kapalı-döngü” modelleri vardır. Açık-döngü modellerde egzoz radyasyon saçar. Plazma halinde bulunan uranyum yakıtın bir kısmı da ısıtılan hidrojen ile birlikte püskürtülmektedir, NASA’nın Nükleer Ampül (Nuclear Lightbulb) adını verdiği modelde nükleer yakıt, ısıtılıp püskürtülecek itki yakıtından quartz bir duvar ile ayrı tutulmaktadır. Teorik olarak hem yüksek itki hemde yüksek yakıt verimliliğine sahiptir.

Nükleer Tuzlu-Su NTR
Havacılık mühendisi ve yazar Dr. Robert Zubrin tarafından ortaya atılan bu fikir ise mühendislik olarak oldukça uç noktalarda bulunan bir NTR konseptidir. Yakıt olarak 2% si uranyum olan su çözeltisi kullanılır. Bu uranyum 20% zenginleştirilmiştir (zenginleştirme: uranyumun ne kadarının fisyon reaksiyonuna müsait U-235 izotopu olduğudur). Bu yakıt reaktörde patlatılarak itki yaratır. Temel olarak az sonra bahsedeceğimiz Orion projesine benzer bir mantık ile nükleer patlamalar kullanarak itki elde eder. Reaktör içerisinde böylesi patlamalar, ne kadar zayıfta olsa bir mühendislik kâbusudur ve uygulanabilirliği soru işareti olarak kalmıştır.

Nükleer Darbe İtkisi (Nuclear Pulse Propulsion)
Nükleer termal roketler uzayda kimyasal roketlerin en az iki katı verimlilik üretseler de, atom enerjisinin potansiyeli göz önüne alındığında zayıf kalırlar. Atom enerjisini daha kaba kuvvet metodları ile daha verimli kullanmanın başka yolları da vardır. Harici nükleer reaksiyonlar ile itki elde etmek de diyebileceğimiz bu yöntemi kabaca şöyle özetleyelim: Gemimizin arkasında nükleer bombalar patlatıp, yaratacağı itki kuvvetiyle hareket etmek! Kulağa çılgınca gelmekle birlikte uygulanabilirliği teorik olarak kanıtlanmış ve gerek bugün, gerekse fikrin ilk ortaya çıktığı yılların teknolojisi ile yıldızlararası bir yolculuğu mümkün kılan tek yöntem olarak görülmektedir. Eğer yakın gelecekte bir gün hızlı bir şekilde Güneş sistemini terk etmemiz gerekirse bunu böylesi gemiler inşa ederek yapacağız.

Nükleer silahların uzaydaki etkileri yeryüzünden oldukça farklıdır. Öncelikle vakum bir ortamda patlamanın yaratacağı ısıyı iletecek havada yoktur. Radyasyonun etki alanı da, parçacıkların etkileşeceği atmosfer olmamasından dolayı çok daha yüksektir.

Project-Orion-Spacecraft

“Orion Projesi” kapsamında, inşa edilecek bir geminin arka kısmında patlatılacak nükleer bombalarla hareket ettirilmesi planlanmıştı.

 

Eğer gemimizin arkasına sağlam bir kalkan yerleştirirsek, patlama sonucu hızla etrafa yayılacak gazlardan kaynaklanacak şok dalgası ile bugün başka türlü mümkün olmayacak süratlere erişebiliriz. Elbette Dünya yüzeyinden nükleer bombalar patlatarak kalkmak gibi bir seçenek yoktur. Aynı şekilde yörüngede gerçekleştirilecek nükleer patlamaların bir çok olumsuz etkisi olacağı, yüksek irtifa nükleer testleri ile anlaşılmıştır. Ancak böylesi bir aracı Dünya’dan uzakta çalıştıracak olursak, mevcut teknoloji ile elli ve yüz yıl arası sürelerde Alpha Centauri yolculuğu mümkün.

Aşşağıda, nükleer darbe itkisi yöntemini kullanan bazı projelerden bahsedeceğiz.

Orion Projesi

1950 ve 1965 yılları arasında General Atomics, Orion Projesi ile bu fikri ortaya çıkardı. Arkasına çelik bir kalkan yerleştirilecek geminin nükleer patlamaların şok dalgaları ile uzay mekiklerinden en az 10 kat daha güçlü hızlandırılabileceği ve bir Mars görevini 4 haftaya indirebileceği teorik olarak mümkündü. Proje boyunca mühendislikle ilgili bir çok problem çözüldü, hatta 1965’e gelindiğinde proje tamamen çalışabilir düzeydeydi. Ana fikir elbette Dünya’da değil ama yörüngede inşa edilecek bir geminin burada nükleer patlamalar ile başka bir gezegene ya da yıldıza gitmesiydi. Ancak 1963’teki LTBT anlaşması (Limited Test Ban Treaty) nükleer silah testlerinin sadece yer altında yapılmasına izin verip ve yer üstü veya yüksek irtifa / yörünge testlerini yasaklamaya yönelik bir kısıtlama getirince, Orion projesinin Dünya yörüngesinde ateşlenmesi fikri çok şükür ki yasa dışı oldu. Aşağıdaki videoda, Orion Projesi kapsamında yeryüzünde sıradan konvansiyonel patlayıcılarla yapılan denemeleri görebililirsiniz.

Daedalus Projesi

1973 ve 1978 yılları arasında BIS (British Interplanetary Society / Britanya Gezegenlerarası Topluluğu), Orion Projesi ile ortaya çıkan fikrin yıldızlararası bir yolculukta nasıl kullanılabileceği üzerinde çalıştı. O zamanlar füzyon çalışmaları yakın gelecekte meyve verecekmiş gibi görünüyordu ve ICF (inertial confinement fusion) roket metodu umut vaad ediyordu. Bu projede reaksiyon çemberine atılan füzyon yakıtı lityum-döterid, merkezde lazer ışınları ile ısıtılıp füzyon reaksiyonu oluşturuyor. Reaksiyon sonucu oluşan sıcak plazma, elektromıknatıslar ile yönlendirilerek itki elde edilecekti. Birçok teorik çalışmaya rağmen fikrin ortaya atıldığı yıllarda pratik uygulaması mümkün değildi. Günümüzde ise hala teknik problemler olmasıyla beraber, böylesi füzyon roketleri artık tamamen hayal değiller. İleriki yazılarımızda füzyon enerjisi ve füzyon roketlerinden daha ayrıntılı bahsedeceğiz.

Daedalus Projesi aracı ve Ay’a yolculuğu sağlayan Saturn V roketinin kıyaslaması.

Longshot Projesi

1980lerde NASA tarafından Daedalus projesinin geliştirilmiş bir versiyonu olarak düşünülen Longshot, Füzyon reaksiyonunu mümkün kılmak için sisteme fazladan bir nükleer reaktör ekleme fikrini ortaya koydu.

Medusa Projesi

1990’da başka bir BIS çalışmasıda nükleer patlamaları geminin arkasında değil, önünde bulunacak bir “yelken” içinde gerçekleştirme fikrini ortaya attı. “Yelken” olarak kullanılacak bölümün patlamadan daha fazla enerji yakalayabilecek olması bunu Orion modelinden daha verimli kılacaktı.

Antimadde katılmış nükleer darbe itkisi
1990larda Penn State Üniversitesi’nde yapılan çalışmalara göre, çok düşük miktarlarda antimadde ile fisyon ve füzyon reaksiyonlarını tetikleyip bu şekilde gezegenlerarası ve yıldızlararası yolculukların mümkün olabileceği düşünüldü. Penn State Üniversitesi bu metot ile çalışan ICAN-II, Mars gemisi konseptini üretmiştir. ICAN-II, sadece 140 nanogram yakıt ile Marsa 30 günde seyahat edebilecek bir araçtır. Üniversitenin başka bir tasarımı da Alpha Centauri‘ye 50 yılda ulaşabilecek AIMStar sondasıdır. Bu tasarımların esas sorunu çok düşük miktarlarda antimadde üretiminin bile günümüzde oldukça zor olmasıdır. Antimaddenin üretimi, enerji kaynağı olarak kullanılması ve roketlerde kullanımı başka bir yazımızın detaylı konusu olacak, şimdilik özetleyip geçiyoruz.

ICAN-II antimadde katılmış nükleer darbe itkili araç.

 

Manyeto-Atalet Füzyon Roketi
2011 de NASA tarafından NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts) çalışmaları kapsamında fonlanan bu projede, manyetik alanlar ile yaratılan geçici füzyon reaksiyonlarında, açığa çıkan reaksiyon enerjisinin tamamen itici güç olarak kullanılması planlanıyor. Bu ve benzeri füzyon teknolojilerini de bir diğer yazımızda derinlemesine inceleyeceğiz.

Yukarıda bahsi geçen ve temel olarak fisyon reaksiyonlarını kullanan itki yöntemlerinin yanında, aşağıda bazı daha az bilinen ve teoride kalan metodlardan da bahsedelim.

Fisyon Parçalanma Roketi (Fission Fragment Rocket)
Bu teorik tasarıma göre reaktör; NTR modelindeki gibi bir yakıtı ısıtıp itici olarak kullanmak yerine, fisyon reaksiyonu sonucu ortaya çıkan atık maddeleri itici olarak kullanmaktadır. Motordan salınan radyasyon son derece öldürücü olmakla birlikte, derin uzayda kullanımında bu sorun değildir. Reaktör çemberi ve geminin geri kalanı manyetik alanlar ve radyasyon kalkanları ile radyasyondan korunmakta ve açığa çıkan ısı, gemi kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan radyatörler ile soğurulmaktadır. Süpriz derecede yüksek yakıt verimliliği sağlayabilen bu yöntem NIAC çalışmalarında incelenmiştir. Düşük itki yüksek verimlilik prensibi ile az yakıt ve uzun süren ateşlemeler ile kullanabilen bu nükleer motor, diğer konsept tasarımlardan çok daha yavaştır. Projede Jupiter ve uydusu Callisto için planlanan görev 7 yıl sürmektedir.

Fisyon parçalanma roketi kullanan bir araç konsepti.

 

Fisyon Yelkenlisi
Fisyon Parçalanma Roketi ile benzer bir şekilde işleyen sistemde, fiyon reaksiyonundan açığa çıkan artık madde, reaktörün önüne yerleştirilen bir yelkenlide yakalanarak itki sağlar.

Nükleer Foton Roketi
Bir fisyon reaksiyonunda elde edilen foton parçacıkları ile itki elde etmesi düşünülen bu metod, teknolojik olarak mümkün ancak pratik olarak çok zayıftır. Sahip olduğu yakıtı olabilecek en verimli şekilde kullanırken, hızlanma süresinin çok düşük olması en büyük dezavantajıdır.

Görüldüğü üzere radyoaktivite ile enerji üretimi sıklıkla kullanılıp bize büyük yararlar sağlarken, nükleer reaktörler araştırma geliştirme aşamasındadır. Nükleer roketler ise yakın gelecekte daha verimli teknolojilere kavuşabileceğimiz için hala bir soru işaretidir.

Neyse ki nükleer enerji sadece bugün Dünya’da kullanılan fisyon yönteminde ibaret değil. Açık gecelerde özellikle şehirlerden uzakta gökyüzüne baktığımızda gördüğümüz sayısız yıldız bize başka bir enerjinin daha mümkün olduğunu kanıtlarcasına ışıldıyor. Bir sonra ki yazımız ile füzyonun Dünya’daki ve uzaydaki yerinden bahsedip bizi nerelere götürebileceğini inceleyeceğiz.

Berkan Alptekin

Click to comment

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Evrenin Keşfi

Adli Astronomi Nedir? Yerel Hukukta Adli Astronomi Kullanımı

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 3 dakikada okuyabilirsiniz.

Neredeyse bütün bilim dalları iç içe olan astronomi en eski ama kendisini sürekli güncellemesiyle en yeni bilim dallarından biridir.

Geleceğin meslekleri arasında gösterilen uzay hukuku, uzay mimarisi, asteroid madenciliği gibi alanlarda ülkeler personel yetiştirmek istiyor ise astronomi eğitimine gerekli önemi vermek zorundadır. Adli astronomi de gelişmek için kendisine yatırım bekleyen adli bilim dalıdır.

Adli astronomi nedir ve ne iş yapar?

Adli astronomi, gökyüzünün geçmiş zamanlarda olan görünümünü ve gök cisimlerinin konumlarını göstermeye yarayan adli bilimin bir dalıdır. Adli bilimde, edebiyatta, tarihsel olaylarda ve sanat tarihinde adli astronomi kullanılmaktadır. Ülkemizde bazı davalarda astronomi, adaletin sağlanmasında katkı sağlıyor. Bu alanda Kandilli Rasathanesi’ne gerekli davalarda başvurular olmaktadır.

Örneğin; 1992 yılında bir asteğmen, bir yüzbaşına fiziksel şiddet uyguluyor. Asteğmen kendisini savunduğunda havanın çok karanlık olduğunu ve kişinin yüzünü göremediğini, bu nedenle onun bir er olduğunu düşünerek “dövdüğünü” ifade ediyor. Burada astronomi devreye giriyor ve kavganın olduğu gün Ay’ın dolunay evresinde olduğu belirleniyor. Bu bilgiden hareketle o tarihte hiçbir ışık kaynağı olmasa da insanların birbirlerinin yüzünün seçilebileceği anlaşılıyor.

Bir trafik kazası olduğunu düşünelim. Bu kazanın davası kazadan 3 ay sonra görüldü diyelim. Eğer kaza yapan kişi; “Hava çok karanlıktı, etrafta aydınlatmalar yoktu, bu yüzden göremedim” gibi bir ifade kullanıyorsa burada devreye yine adli astronomi giriyor. O dönemde Ay’ın hangi evrede olduğu önemli. Kaza yapan kişi asteğmenin durumuna düşebilir.

Van Gogh’un Tablosu ve Adli Astronomi

Van Gogh’un tablosu ile adli astronomi arasında bir bağlantı bulmakta zorlanmış olabilirsiniz. Ancak aslında, Van Gogh’un ünlü eserlerinden birisi olan Evening Landscape with Rising Moon tablosundaki gizem adli astronomi sayesinde çözülmüştür.

Vincent Van Gogh’un Evening Landscape with Rising Moon (Akşam Manzarası ve Yükselen Ay) tablosu

 

2003 yılında SWT fizik profesörleri Donald Olson ve Russell Doescher, İngiliz Profesör Marilynn Olson ile birlikte Sky & Telescope dergisinin Temmuz 2003 sayısında bu ünlü tablo hakkında bir makale yayınladılar. Tablonun tam olarak ne zaman resmedildiği bilinmemekteydi.

Bu tabloda ilk zamanlarda dağın arkasından Güneş’in battığı düşünülmüş. Tablonun üzerinde derin bir çalışma yapan bilim insanları; oradaki gök cisminin Güneş değil Ay olduğunu; Ay’ın doğmaya başladığını, tabloda yer alan buğdayın hangi tarihler arasında hasat edileceği, bu tabloda çizilmiş yerin gerçek bir yer olduğunu, Ay’ın resimde yer alan bölgeden tam olarak hangi günde doğacağını ve bazı diğer önemli sonuçları adli astronomi sayesinde bulabilmişlerdir. Benzer biçimde, geçmiş yıllarda oluşmuş meteor olaylarını incelerken de aslında yine adli astronomiye başvurmuş oluyoruz.

Frederic Edwin Church, The Meteor of 1860 (Görsel Kaynağı: https://www.wikiart.org/en/frederic-edwin-church/the-meteor-of-1860)

 

Astronomlar ve astrofizikçiler sürekli evreni incelemeye çalışırlar. Yıldızlardan ve galaksilerden alınan tek şey ışıktır. Bu ışığı inceleyerek yıldızlar, galaksiler ve diğer gök cisimleri hakkında bilgi edinmeye çalışırlar. Peki, burada astronomların yaptığı çalışmalar da adli astronomiye girmiyor mu? Belki ölmüş bir yıldızın kalıntısı hakkında bilgi edinmek ve bu ölümden sonra yakında yer alan komşu yıldızların nasıl etkilendiğini incelemek de mizansen bir açıdan adli astronomi olarak değerlendirebilir.

Hazırlayan: Sinan Koçak
Düzenleyen: Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar:

  1. Güral, N. Adli astronomi. Erişim Tarihi: Şubat 10, 2021, Erişim Adresi: http://egegural.com/adliastronomi.htm
  2. Güral, N. Astronomi ve adli tıp. Erişim Tarihi: 10, 2021, Erişim Adresi: http://egegural.com/ASTVADLI.HTM
  3. Moonrise061003. (2016, Haziran 08). SWT astronomers SLEUTH van Gogh “Moonrise” mystery. Erişim Tarihi: February 10, 2021, Erişim Adresi: https://www.txstate.edu/news/news_releases/news_archive/2003/06/moonrise061003.html
  4. Forensic astronomy. (2020, Kasım 25). Erişim Tarihi: February 10, 2021, Erişim Adresi: https://en.wikipedia.org/wiki/Forensic_astronomy
  5. Ash, S. (2018, April 17). “Forensic astronomy” reveals the secrets of an iconic ansel adams photo. Erişim Tarihi: Şubat 10, 2021, Erişim Adresi: https://www.scientificamerican.com/article/forensic-astronomy-reveals-the-secrets-of-an-iconic-ansel-adams-photo/

Okumaya devam et

Evrenin Keşfi

Perseverance Mars’a İniyor! Yeni Bir Mars Gezginimiz Daha Olacak

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 5 dakikada okuyabilirsiniz.

NASA’nın son Mars yüzey aracı Perseverance, Mars yolculuğunun sonuna yaklaşıyor. Bu zamana kadar yapılmış en büyük Mars aracı olan Perseverance, 18 Şubat 2021 tarihinde kızıl gezegenin yüzeyine iniş yapmaya çalışacak.

Mars’a iniş yapmak oldukça zordur ve bu zamana kadar yapılan görevlerin yaklaşık %60’ı başarısız olmuştur. Perseverance’ın iniş şekli ise 2012 yılında başarılı bir şekilde Mars’a inen Curiosity aracının iniş şekli ile benzer olacak. Yani, aracın ısı kalkanı ve sahip olduğu paraşüt Perseverance’ı saatte yaklaşık 20.000 km hızdan saatte 4 km’den daha az bir hıza indirecek. Daha sonra ise bir “gökyüzü vinci” aracı yavaşça yüzeye koyacak.

Perseverance, kuru bir göl yatağı olduğu düşünülen Jezero kraterine inecek ancak tam olarak hangi noktaya iniş yapacağı bu aşamada bilinmiyor. Bu noktanın tam olarak tahmin edilememesinin sebebi ise Mars’ın atmosferine girildiğinde rüzgarların aracı sarsması ve bu durumun tahmin yürütmeyi zorlaştırmasıdır. Bu durumun üzerine arazinin engebeli olması da Jezero’yu iniş yapmak için tehlikeli bir yer haline getiriyor ancak Perseverance, zemine yaklaşırken fotoğraflar çekerek otonom bir şekilde güvenli bir iniş yeri bulmasına yardımcı olacak yeni bir navigasyon sistemine sahip.

Perseverance’in gökyüzü vinci ile Mars yüzeyine inişini gösteren animasyon. (Telif: NASA/JPL)

 

2012 yılında Curiosity’nin gerçekleştirdiği iniş, daha önce yapılmadığı için görev kontrolün başında olan bilim insanları bu durumu rahatsızlık verici bir “yedi dakikalık dehşet” olarak nitelendirmişti. Araç, iniş sırasında atmosfere girişten, paraşütünün açılmasına ve hatta zemine temas etmek için roket yardımıyla yapılan hava manevrasına kadar her şeyi kendisi yapmak zorunda kaldı. Çünkü iniş, Mars’tan Dünya’ya ulaşan sinyallerin gelme süresinden daha kısa bir süre içerisinde gerçekleşmişti. Perseverance için de aynı durum söz konusu olacak ve bütün Mars’a iniş görevleri başarıya ulaşamadığından aynı dehşet yine yaşanacak.

Perseverance’ın iniş detaylarına geri dönecek olursak, araç özel gökyüzü vinci ile birlikte yapacağı kontrollü inişten önce roketler ile yapılan manevralar aracılığıyla iniş alanı için son ayarlamalarını yapacak. Aracın tekerlekleri Mars toprağına değer değmez, vinç Perseverance’dan ayrılarak araçtan güvenli bir uzaklıkta gezegene çarpacak. Daha sonra rutin sistem kontrolleri her şeyin yolunda olduğunu belirlediği anda da araç çalışmaya başlayacak.

Perseverance’ın asıl görevi nedir? Neden bu aracı oraya gönderdik?

Mars 2020 Perseverance Gezgin aracı, NASA’nın bir zamanlar Mars’ta yaşam olup olmadığı konusundaki araştırmasını ileriye götürecek eski mikrobik yaşamın izlerini arayacak. Araçta Mars kaya ve toprak örneği toplayacak bir sondaj cihazı bulunuyor. Araç, gelecekte yapılacak bir görev ile Dünya’ya getirilip detaylı analizleri yapılabilsin diye bu örnekleri mühürlü tüplerde saklayacak. Perseverance, ayrıca Mars’ta gerçekleşecek insanlı keşif programlarının yolunu açmaya yardım edecek teknolojileri de test edecek.

Perseverance, Mars Keşif Programı’nın bilimsel hedeflerini destekleyecek dört tane amaca sahip. Bunlardan ilki, gezegenin yaşanabilir olup olmadığını araştırmak. Yani kısaca geçmiş çevre koşullarının mikrobik yaşamı destekleyip desteklemediğini belirlemeye çalışacak. İkinci amacı, biyolojik imzalar aramak. Özellikle de zaman içinde yaşam belirtilerini koruduğu bilinen özel kayalarda, olası geçmiş mikrobiyal yaşamın işaretlerini arayacak. Üçüncü amacı da kaya ve toprak numunelerini toplayarak Mars yüzeyinde onları saklamak. Dördüncü ve son amacı ise insanlı keşiflere yardımcı olacak Mars atmosferinden oksijen üretimini test etmek.

Perseverance’ın uzun menzilli hareketlilik sistemi, aracın Mars yüzeyinde 5 ila 20 km arasında yol kat etmesine olanak veriyor. Ayrıca bu araç ile getirilen bir diğer yenilik de daha yetenekli bir tekerlek tasarımıdır.

Mars’ta Bir İlk Daha: Mars Helikopteri Ingenuity

Perseverance, aslında ufak bir sürprize de sahip. Araç, Mars yüzeyine indikten sonra alt kısmından çıkaracağı ufak bir helikopteri de Mars ile tanıştıracak. Ve bu helikopterin adı da Ingenuity. Eğer helikopter çalışmayı başarırsa, bizim için tam bir Wright Kardeşler anı olacak, çünkü bu zamana kadar Dünya atmosferi dışında hiçbir yerde helikopter uçurmayı denemedik.

Ingenuity’nin NASA tarafından yapılan görsel tasviri.

 

Ingenuity, sadece bir teknoloji tanıtımı olacak ve çok ince Mars atmosferinde (Dünya atmosferinin %1’i yoğunlukta) en fazla 15 dakika kadar uçabilecek. Ancak bu helikopter başarı ile çalışırsa gelecekte ulaşılamayan yerlere gitmek için bu tarz helikopterler kullanılabilir. Ayrıca daha sonra göndereceğimiz araçlar ve astronotlar için kılavuz olması adına da bu helikopterlerden faydalanabiliriz.

Ingenuity dışında araçta başka bir teknoloji tanıtımı daha mevcut. Bu aygıt, Mars’ın zayıf atmosferinde yer alan karbondioksitten oksijen elde etmek için kullanılacak ki bu teknoloji önemli çünkü gelecekte oraya gidecek kaşiflerin Mars’ta hayatta kalabilmeleri için bu gerekli olacak.

Hazırlayan: Burcu Ergül
Düzenleyen: Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar:

  1. Crane, L. (n.d.). NASA has launched its Perseverance Mars Rover and INGENUITY HELICOPTER. Erişim Tarihi: Şubat 15, 2021, Erişim Adresi: https://www.newscientist.com/article/2250181-nasa-has-launched-its-perseverance-mars-rover-and-ingenuity-helicopter/
  2. Crane, L. (2021, Şubat 11). NASA’s perseverance rover is about to land on Mars and look for life. Erişim Tarihi: Şubat 15, 2021, Erişim Adresi: https://www.newscientist.com/article/2267509-nasas-perseverance-rover-is-about-to-land-on-mars-and-look-for-life/
  3. Howell, E. (2021, Şubat 11). NASA’s perseverance rover is one week away from a DARING landing on MARS. watch how it works. Erişim Tarihi: Şubat 15, 2021, Erişim Adresi: https://www.space.com/mars-rover-perseverance-landing-4k-video-animation
  4. Mission overview. (n.d.). Erişim Tarihi: Şubat 15, 2021, Erişim Adresi: https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/

Okumaya devam et

Evrenin Keşfi

Türkiye Uzay Ajansı (TUA), Milli Uzay Programı Açıklandı!

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 1 dakikada okuyabilirsiniz.

Türkiye Uzay Ajansı (TUA), 9 Şubat 2021 Salı günü iki yıldan uzun süredir duyurulması beklenen programını ve yol haritasını açıklandı.

Açıklamada dile getirilen olan proje ve hedefleri, Kozmik Anafor Youtube kanalında, Dr. Umut Yıldız, Prof. Dr. Lokman Kuzu, Prof. Dr. Yurdanur Tulunay, Prof. Dr. İbrahim Küçük, gibi uzmanlar eşliğinde canlı yayında yorumladık. Milli uzay programını detaylıca öğrenmek için, aşağıdan veya bu linkten ulaşabileceğiniz yayınımızı izleyebilirsiniz.

Ülkemizde Uzay Ajansı kurulması hedefi 57’nci Hükûmet döneminde gündeme gelmiş, 2000 yılında oluşturulan “Vizyon 2023” perspektifi de Türkiye’nin uzay çalışmalarına yönelik bir öncü olmasını da ortaya koymuştur. Akabinde 26 Şubat 2001 tarihinde Millî Güvenlik Kurulu kararı, daha sonra 2 Mart 2001 tarihinde Bakanlar Kurulu kararı ile “‘Türkiye Uzay Kurumu” kurulması için çalışma başlatılmıştır. 15 Mayıs 2002 tarihli Başbakanlık genelgesiyle TÜBİTAK görevlendirilmiştir. 2017 yılında meclise iletilen Türkiye Uzay Ajansı kanun tasarısını, bu linkteki yazımızda detaylıca incelemiştik.

Türkiye Uzay Ajansı’nın, ülkemiz açısından oldukça önemli olan uzay ve havacılık sektörlerinde teknolojide dışa bağımlı olmayan, rekabetçi bir sanayinin geliştirilmesi, uzay ve havacılık teknolojileri alanında bilimsel ve teknolojik altyapıların ve insan kaynaklarının geliştirilmesi, uzay teknolojilerinin kullanımının yaygınlaştırılması, ülkemizin uzaya yönelik hak ve menfaatlerinin korunması yolunda başarılı olmasını temenni ederiz.

Okumaya devam et

Evrenin Keşfi

Uzayda Bugün: İlk Serbest Uzay Yürüyüşü (7 Şubat 1984)

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 2 dakikada okuyabilirsiniz.

3 Şubat 1984 yılında fırlatılan Challenger Uzay Mekiği ile gerçekleştirilen, STS-41b görevinin bize verdiği en ikonik görsel, astronot Bruce McCandless’in Dünya üzerinde araca bağlı olmadan uzay yürüyüşü yaptığı fotoğraf oldu.

McCandless, ABD ile SSCB arasındaki Ay yarışının ortasında hızlanan uzay programlarına katılmak için 1966 yılında seçilen 19 astronotun yer aldığı prestijli bir grup olan 5. Astronot Grubu’nun bir üyesiydi. Ayrıca Challenger astronotları arasında Apollo, Skylab ve Uzay Mekiği programlarına muazzam katkılarda bulunmuş ve bu görevin kumandanı da olan Vance D. Brand de bulunuyordu. Brand ve McCandless dışında ekipte pilot Robert L. Gibson ile görev uzmanları olan Robert L.Steward ve Ronald E. McNair yer alıyordu.

Brand’in kumandanlık yaptığı ilk görev olan STS-5 ile ticari uyduların taşınıp yerleştirilmesi planlanmıştı. Uydu yerleştirilmesi başarılı oldu ancak, astronot kıyafetlerindeki problemler sebebi ile planlanan uzay yürüyüşleri yapılamayıp iptal edildi. STS-41b görevinde ise durum tersi oldu. Mürettebatın görevin başında iki iletişim uydusunu yerleştirmeyi başarmasına rağmen iki uyduda da bulunan takviye roketlerin sadece 20 saniye sonra beklenmedik şekilde kapanmasından dolayı bu uydular yere eş zamanlı yörüngeye ulaşamadı. Fakat diğer yandan uzay yürüyüşleri ise olağanüstü bir başarıya ulaştı.

7 Şubat’ta ve daha sonrasında 9 Şubat’ta McCandless ve Steward ‘İnsanlı Manevra Birimlerini” taktılar ve hiç bir yere bağlı olmadan uzayda yürüyüşe çıktılar. Bu İnsanlı Manevra Birimi, yaklaşık 85 cm genişliğinde, 72 cm derinliğinde ve 127 cm uzunluğundaydı. Alüminyum çerçevesi, nitrojen (azot) ile doldurulmuş iki tane kevlar kaplı alüminyum tankı barındırıyordu. Bu da altı saatten uzun bir uzay yürüyüşü için yeterli bir itici güçtü.

McCandless ve Steward, mekikten yaklaşık 100 metre uzaklaştı ve bir çok kere bu mesafeyi gidip döndüler. Hem astronotlar hem de mekik saatte yaklaşık 18,000 mil hızla yol alıyorlardı. Uzay yürüyüşündeki rollerini bir çok kez pratik yapan mekiğin içerisindeki ekip ise, astronotların hareketlerini Challenger’ın radarı ve diğer aygıtlarıyla izlediler.

Eğer uzay yürüyüşü yapan astronotlar arıza sonucu uzaklaşmaya başlasaydı Brand’ın onları takip edip mekiğe manevra yaptırmak gibi bir planı vardı. Bu sayede de McCandless ve Steward, kendilerini güvenli bir şekilde kollara tutunarak manevra yapabilecekleri mekiğin yük bölmesinde bulacaklardı. Neyse ki yürüyüşlerde bu tarz beklenmedik bir durum oluşmadı. Bir fotoğraf tutkunu olan Gibson ise bu yürüyüşün ikonik karelerini fotoğrafladı.

Çeviri: Burcu Ergül Emecan

Kaynak:
https://appel.nasa.gov/2020/02/06/this-month-in-nasa-history-astronauts-make-first-untethered-spacewalk/

Okumaya devam et

Çok Okunanlar