Solucan delikleri hem halkın hemde bilim insanlarının ilgisini çeken ortak bir konudur. İnsanlar ışıktan hızlı yolculuk, zaman yolculuğu, başka evrenlere yolculuk gibi fikirler ile hayal gücünü beslerken, akademik personeller de genel görelilik, kozmoloji, nedensellik, süper sicim teorisi, kuantum kütle çekimi gibi konularda sıra dışı fikirler sunarlar. Geçilebilir solucan delikleri kendi aralarında birçok alt türde sınıflandırılır. İlk olarak onları kalıcı ve geçici olarak ayırırız. Kalıcı ve geçici türlerde kendi aralarında evren-içi ve evrenlerarası olarak ayrılır. Son olarak bütün Lorentzian solucan deliği türlerinin mikroskobik ve makroskobik türleri mevcuttur. Mikroskobik olanlar, daha öncede bahsettiğimiz planck seviyesinde bulunur. Bu geçilebilir solucan delikleri ile ilgili çözümleri hazırlayan ünlü bilim insanları Kip Thorne ve Mike Morrisdir. Belki Kip Thorne'u Interstellar filminin fizik danışmanı olmasından hatırlayabilirsiniz. Thorne ve Morris, daha sonra Ulvi Yurtseverin katkılarıyla solucan deliklerinin enerji halleri ve nasıl zaman makineleri olarak kullanılabilecekleri konularını pekiştirmişlerdir. Ardından Matt Visser 1995'te hazırladığı çalışmalar ile kendisinden sonra yapılacak birçok araştırmaya temel oldu ve böylece solucan delikleri ile ilgili fikirler yavaş yavaş çoğaldı, teorik altyapı oluşurken sayısız yeni hipotez geliştirildi. Önceki bölümlerde bahsettiğimiz kat edilmesi yada bizim makro fiziki dünyamızda varolması mümkün olmayan solucan delikleri 1988'de Morris ve Thorne'a geçilebilir solucan delikleri ile ilgili ilhamı verdi. Hazırladıkları ilk çalışmada geçilebilir solucan deliklerinin ilk matematiksel prensiplerini ortaya çıkardılar. 1) Küresel bir simetri ve statik metrik. 2) Einstein'ın alan denklemlerinde çözüm olarak üretilebilmeleri. 3) Boğaz bölgesinin iki asimptotik düz uzay-zaman bölgesini birbirinine bağlaması. 5) Kütle çekimsel gelgitler ve stres miktarları geçiş yapacak araçların ve yolcuların dayanabileceği kadar olmalı. 6) Dışarıda bulunan harici bir gözlemciye göre kabul edilebilir geçiş süreleri. 7) Fiziksel olarak tahammül edilebilir enerji momentum stres tensörü. 8) Harici etmenlere karşı stabil olmalı. 9) Fiziksel olarak mantıklı/mümkün üretim yöntemleri ve malzemeleri. İlerleyen yıllarda yapılan çalışmalar ile bu gereksinimler biraz daha rahatlatıldı. Ancak bütün stabil solucan deliği çözümlerinden ortak nokta olarak karşımıza bir eşitsizlik çıkıyor. Boğaz bölgesindeki negatif kütle-enerji yoğunluğu. Bu noktada Warp sürücüleri yazımızda bahsettiğimiz egzotik madde, negatif enerji ve negatif kütle başlıklarını buraya taşıyarak ne olduklarını hatırlatmakta fayda var. Bose-Einstein Yoğunlaşması: Normalde mutlak sıfıra çok yakın, düşük sıcaklıklarda gözlemlenen, kuantum mekaniklerinin makroskopik boyutlarda vuku bulduğu, bir maddenin bütün atomlarının tek bir atommuş gibi birlik halinde titreşmesi durumudur. Bu, yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmesi durumunda teleportasyondan, oda sıcaklığında süper iletkenlere kadar birçok inanılmaz uygulaması bulunabilecek bir madde halidir. Kuark-Gluon Plazması: Normal şartlarda çok yüksek sıcaklık ve yoğunluklarda vuku bulabilecek bir madde halidir. CERN gibi parçacık hızlandırıcılarda 4-5 trilyon Kelvin derecelik sıcaklıklarda oluşturulmaya çalışılan bu plazmada maddenin en temel yapı taşları kuarklar ve gluonlar kendilerini bir arada tutan kuvvetlerden kurtulurlar. Yani bu plazmada atom bulunmaz, atomu oluşturan yapıtaşları serbest halde bulunur. Takyon: Işıktan hızlı hareket ettiği öne sürülen, normal madde ile kesinlikle hiçbir etkileşimi ve gerçekliğine dair hiçbir kanıt bulunmayan spekülatif parçacıklar. Negatif Kütleli Madde: Antimadde yada Karanlık Madde ile karıştırmayınız. Teorik fizikte, negatif kütle sahibi madde, 0 kilogram kütleden daha düşük kütleye sahip, hiçbir şeyden daha hafif diye tabir edebileceğimiz ve kütle çekimi tarafından çekilmeyen, tersine itilen spekülatif bir egzotik maddedir ve bir yada daha fazla enerji durumunu ihlal eder. Bir tartı üzerine koyarsanız tartıya ters basınç uygular ve -10 kg gibi bir sonuç görürsünüz. Eğer evrende negatif kütleli egzotik madde çeşitleri varsa, gezegenlerin, yıldızların hatta galaksilerin kütle çekimleri tarafından çok uzaklara itilmiş ve belki de hiçbir zaman ulaşamayacağımız galaksiler arası derin uzayda kaybolmuş olabilirler. Peki fizik kanunlarını ihlal ediyorsa nasıl gerçek olabilecekmiş gibi konuşabiliyoruz? Böyle bir şeyin bizim evrenimizde bulunmaması gerekmez mi? Katı haldeki negatif kütleli madde ancak mükemmel sıvı diye tabir edilen bir halde negatif kütle sahibi madde bulunabilir. Kanada, Montreal Üniversitesi'ndeki kozmologlar Saoussen Mbarek ve Manu Paranjape mükemmel sıvı haldeki negatif kütle sahibi bir maddenin hiçbir enerji durumunu ihlal etmediğini açığa çıkardı. Gereken tek şey bu maddeyi Büyük Patlama sırasında üretmiş olabilecek bir mekanizma. Kısacası şu anda böyle bir maddenin gerçekliğini ne inkar edip imkansız diyebilecek, nede onaylayabilecek bir durumdayız. Negatif Enerji: Negatif enerji, adından da anlaşılacağı üzere eksi değerleri olan enerji seviyelerine denir. Karanlık Enerji ile karıştırmayınız. Tamamen kuramsal olan negatif kütleli madde aksine negatif enerji çeşitli kuantum durumlarında stabil olmayan şekilde mümkün olabiliyor. Bununla birlikte karakteristik olarak negatif enerjiye oldukça benzeyen ancak negatif enerji sayılmayan ve çok küçük ölçeklerde gerçekleşen Casimir etkisinden de bahsedelim. 1933'te Hendrik Casimir, kuantum teorisinin kanunlarını kullanarak garip bir öngörüde bulundu. Casimir'e göre vakum içerisindeki iki adet paralel, yüksüz metal plaka birbirlerini itecekti. Normalde yüksüz olan bu plakaların sabit durması gerekmekteydi ancak bu iki plaka arasındaki vakum boş değildi. Gerçekliğe giriş çıkış yapan sanal parçacıklar ile doluydu. Bu vakum, çok kısa ömürlü elektronların ve pozitronların ortaya çıkıp birbirlerini imha ederek yok olduğu kuantum aktiviteleri ile doludur. Normalde bu yoktan varolan ufak madde-antimadde olayları enerjinin korunumu kanununu ihlal ediyor gibi görünsede belirsizlik ilkesi sebebiyle bu küçük patlamalar inanılmaz ölçüde kısa ömürlü olup, net enerjide değişikliğe sebep olmamaktadır. Böylece Casimir, bu kısa ömürlü olayların plakalar arası vakumda bir basınç yaratacağını ve bu basıncın plakaları iteceğini keşfetti. Normalde bu plakalar birbirinden uzakken bu etki gerçekleşmezken, plakalar yaklaştırıldıkça aralarında bu enerji açığa çıkmaya başlar. Bu enerji 1948'de laboratuvarda, Casimir'in öngördüğü gibi gözlemlendi. Bu enerjiyi ölçmek için inanılmaz hassas ve sanat eseri sayılabilecek ekipmanlar gerektiğinden 1996'da ilk hassas ölçüm yapıldığında bu etkiden kaynaklanan basıncın bir karıncanın ağırlığının 30.000'da 1'i kadar olduğu bulundu. Tahmin ettiğiniz gibi uzay-zamanı bükmek için pek yeterli değil. Son olarak negatif enerjiye başka bir örnekte kara deliklerin buharlaşma sürecinde açığa çıkan, Hawking radyasyonu mekanizması sırasında oluşan kısa ömürlü sanal parçacıklar verilebilir. Gördüğünüz üzere durum warp sürücüleri ile aynı dertten muzdarip. İhtiyaç duyduğumuz şeylerin mümkün olup olmadığı veya oldukça zayıf olan casimir etkisinden nasıl faydalanabileceğimizi bilmiyoruz. Düşünün ki arabanız için dünyanın en güçlü motorunu yaptırdınız, ancak ihtiyaç duyduğu yakıt fizik kurallarını çiğniyor. İnşa edeceğimiz solucan deliğinin matematiksel olarak geçilebilmesi için boğaz bölgesinde negatif enerji-kütle değerleri gerekiyor. Negatif enerji-kütle uygulamasının mühendislik olarak nasıl yapılacağını konusunda henüz bir fikrimiz yok. Bu sebeple yukarıda bahsettiğimiz 9 ana prensipten 7 ve 9 numaralı maddeler canımızı sıkıyor. Madde 7 canımızı sıkıyor, çünkü negatif enerji-kütle seviyelerinin boğazda yaratacağı momentum stres tensörü limitlerin çok üstünde olabilir. Normal diyebileceğimiz şekilde solucan deliğinin kütle-çekim kuyusunda boğaza doğru ilerlerken, boğaz bölgesine yaklaştıkça maruz kalınacak momentum, basınç, enerji değişikliği astronomik değerlerde olabilir. Giderek artan bir kütle çekimi değerinden bir anda negatif bir kütle çekim alanına geçmek zaten yıkıcı olacaktır. Eğer solucan deliği inşa edeceksek, bu geçişi yumuşatacak ve boğaz bölgesindeki değişken kuvvetleri hafifletecek çözümler bulmamız gerekecektir. Yine madde 7'ye bağlı olarak, boğazdaki egzotik madde geçiş yapacaklar için sorun olabilir. Bunun için solucan deliğinin yapısını değiştirip polihedral gibi simetrik olmayan hatta daha ileri gidip torus yada düz şekilli solucan delikleri mümkün olabilir. Madde 9'da canımızı sıkıyor, çünkü ihtiyaç duyulan negatif kütle-enerjinin mümkün olması gerekmekte. Morris ve Thorne bize Madde 1-6 ve Madde 8 hususlarında işleyen solucan delikleri modelleri sunuyor. Madde 7 ve 9'u bilim, teknoloji ve mühendislik yöntemleri ile biz, siz ve gelecek nesiller mümkün yapmak zorunda. Aksi takdirde solucan delikleri mümkün olamaz. İnşa edeceğimiz solucan deliğimiz hedef olarak ikiye ayrılır; İlki, Schwarzchild solucan deliklerinden de beklediğimiz, iki farklı evreni birbirine bağlayan yani teknik dille nedensellik yönünden birbirine bağlı olmayan iki asimptotik düz uzay-zaman bölgesi arasında köprü kuran geçitler. Diğeri de aynı evren içerisinde köprü kuracak solucan delikleridir ve bunlar ilk başta aklımıza gelmeyen sorunları da beraberinde getirir. 1) Birbirine bağlı uzay-zaman bölgelerinde zaman farklı hızlarda akabilir. Bu da eğer yeteri kadar beklerseniz, solucan deliğini zaman makinesi olarak kullanabileceğiniz anlamına gelir. Örneğin bilimkurguya giderek Interstellar filmine benzer bir durumdan bahsedelim. Solucan deliğinin bir ucu Dünya yörüngesinde, diğer ucu galaksimiz merkezindeki SagA karadeliğine çıkıyor. Gemimizle diğer tarafa geçip, karadeliğin çevresinden özellikle kütle çekiminin zamanı ciddi ölçüde yavaşlatacak kadar yakınından şöyle bir tur attık ve Dünya'ya döndük. Bizim için belki bir kaç hafta süren bu yolculuk esnasında, Dünya'da yüzlerce yıl geçmiş olabilir. 2) İki farklı bölgeyi bağlayan solucan deliği tünelinde bize farklı harikalar sunabilir. Tünel bir Möbius bantı yada Klein şişesi gibi yön belirlemenin mümkün olmadığı bir geometrik yapıya sahip olabilir. Peki tüm bunların solucan delikleri ile ilgisi ne diye düşünüyorsanız hemen açıklayalım. Solucan deliğinin boğazı da eğer böyle bir yapıya sahipse diğer taraftan çıktığınızda yükleriniz aynalanmış olur. Yani kendinizin antimaddesi olursunuz. Spekülatif olarak ilginç bir düşünce ancak madde ve antimadde sağ ve sol bakımından kuantum seviyelerde birbirlerinin aynası değildir. CP ihlali denen bir durum ile madde ve antimaddenin geçirdiği radyoaktif bozunumlarda birbirlerinin aynalanmış eşdeğeri olmayan parçacıklar açığa çıkardıkları bilinmektedir. Yani antimadde desek bile maddenin birebir ayna karşılığı değildir. Bu sebeple yön belirlemenin mümkün olmadığı geometrik yapıların %100 aynalanmış sonuçlar çıkarması beklense de, bizim standart modelimiz buna izin vermez. Böyle bir duruma izin veren spekülatif evrenlere teorik fizikte Alice Evreni adı verilir. Bu evrenlerdeki evren-içi tünel kuran, yön belirlemenin mümkün olmadığı solucan deliklerinden geçen herhangi bir madde kendisinin antimaddesine dönüşecektir. Böylece bu evrende yük tanımlaması artık mümkün olmaz. Lokal olarak X bölgesindeki yüklü parçacık, örneğin elektron solucan deliğinden geçerek Y bölgesinde + yüklü pozitron olarak ortaya çıkar. Radyoaktif bozunum mükemmel gerçekleşeceği için neyin madde neyin antimadde olduğu tanımı ortadan kalkar. Bir solucan deliğini açık tutmanın teknolojimiz dışında olduğunu biliyoruz. Bir tanesini yaratmak da öyle. En kolay diyebileceğimiz yolu planck seviyelerindeki her an varolup yok olan solucan deliklerinden bir tanesini ani, ultra-yüksek frekansta negatif enerji bombardımanına maruz bırakmak. Daha sonrasında solucan deliğinin çökmemesi için stabilize edici ünite ile boğazdaki egzotik madde/enerji seviyeleri ayarlanır. Hatta elektromanyetik sahaları kontrol ederek, egzotik madde/enerjinin boğaz içerisinde kalması ve geçiş yapanları tehlikeye atmamaları sağlanabilir. Tabii unutmayalım; negatif enerji/madde konusunda elimizde hiçbir kaynak olmamasının yanısıra, büyüteceğimiz solucan deliğinin diğer ucunun nerede olduğunu bilemeyiz. Eğer işimize yaramayacak bir yerde ise onu gitmek istediğimiz yere ulaştırmak imkansız olabilir. Bir solucan deliğini hareket ettirmek için solucan deliğinin bütün uzay-zaman yapısını hareket ettirmeliyiz. Yani bir tür warp etkisi kullanmalıyız. Bunun yanında makroskobik bir solucan deliğini uzayda, herhangi bir yerleşim yerinden/gezegenden uzakta yapmak gerekir, Dünya'da yaratmak kesinlikle tehlikelidir. Sonuçta bir uzay zaman bükülmesidir ve kapandığı anda çökme kütle çekim kuyusu tekillk benzeri bir etki yaratıp kısa süreli bir olay ufku yaratabilir. Geçicide olsa karadelik benzeri bir yapı bizim için hiç hoş olmaz. Morris ve Thorne 1988'deki çalışmalarında kabul edilebilir kütle çekimsel gel-git (< 1g) ve kat ediş süresi (< 1 yıl) gösteren bazı solucan deliği denklemleri kurmuşlardı. Bu solucan deliklerinin açık kalabilmesi ve olay ufku oluşturmalarının önüne geçmek için gereken negatif kütle-enerji durumuna sahip egzotik maddeleri tamamen imkansız kılan bir mekanizma olmadığını biliyoruz. Yinede yapılan denklemler yıllar içinde farklı boyutlardaki solucan delikleri için oldukça değişken egzotik madde/enerji ihtiyaçları gösteriyor. Morris ve Thorne'un modellediği bir solucan deliği Dünya ve Güneş arasındaki mesafenin 600 katı bir boğaz bölgesine sahipti! Böyle bir solucan deliğini açık tutabilmek için 10^8 Güneş kütlesi kadar egzotik maddenin boğazda bulunmasına ihtiyaç vardı. Başka bir solucan deliği modelinde ise 1 metre çapındaki boğazı açık tutmak için 1 Jüpiter kütlesinde egzotik madde sıkıştırmak gerekiyor. Hala biraz fazla. Neyse ki ilerleyen yıllarda kuantum fiziği bize daha umut vaad eden sonuçlar sundu. Kuantum teorisi sayesinde vakumda parçacıkların yoktan varolup tekrar kaybolduğu dalgalanmalar olduğunu biliyoruz. Fizikçiler, bu kuantum dalgalanmalarını bastırarak negatif enerji yayan egzotik atomların ortaya çıkabileceğini düşünüyorlar. Üstelik solucan deliğinin mimarisi mükemmele yakın olursa, ihtiyaç duyulan egzotik madde astronomik yerine mikroskobik miktarlarda olabilir.


Laplace'ın Şeytanı ilhamını; Newton, Galileo gibi fizikçilerin oluşturduğu matematiksel denklemlerle evrenin deterministik yapısından almıştır. Çünkü atılan bir taşın belirli bir saniyedeki anlık hızı kesinlikle biliniyordu. Ayrıca o taşın belirli zaman aralığındaki ortalama hızı da rahatlıkla hesaplanıyordu. Bunlara ek olarak bu taşın anlık ivmesi, ortalama ivmesi, atış hareketiyse; bunun yörüngesi yörünge denklem formülünden, x-ekseninde aldığı yol yatay hareket formülünden ve y-ekseninde aldığı yol düşey hareket formülünden bulunuyordu. Hatta gezegenlerin belli bir zamanda nerede olacağı, 04:29 da Güneş'in hangi konumda doğacağı, ufuktan yükseliş hızının ne olacağı vb. olaylar matematiksel olarak açıklanabiliyordu. Bu çalışmalara dayanarak Fransız fizikçi Simon de Laplace çok çılgınca bir fikir ortaya attı. Aslında o kadar da çılgınca değildi, çünkü evren deterministikti yani tahmin edilebilirdi. Yukarıda dediğimiz gibi her şeyi açıklayabiliyorduk. Matematiğin ve fiziğin bu mükemmelliğini gören Laplace, evrende bütün parçacıkların konumlarını, hızlarını ve tüm özelliklerini bilen üstün bir varlık olsaydı, geleceği öngörmesi kaçınılmaz olurdu diyerek teorsini ortaya attı. Aslında bundan Olasılık Hakkında Denemeler adındaki kitabında bahsetmişti. Yani pek olasılık sayılmaz. Eğer Laplace'ın şeytanı gibi bir varlık olsaydı, havadaki moleküllerin hatta atomların konumlarını, hızlarını, parayı havaya fırlattığımız andaki hızını, uyguladığımız kuvveti, maksimum yüksekliğe çıkmak için gereken süreyi, paranın ağırlığını, Dünya'nın ve diğer gezegenlerin küçük de olsa para üzerindeki kütle çekimini ve bunlar gibi yüzlerce değişkeni hesaba katabilseydi; parayı attığımızda yazı veya tura gelmesi gerçekten olasılıksal mı olurdu? Tabii ki hayır. O zaman bu işlem tamamen kesin olurdu ve olasılık diye bir şey ortadan kalkmış olurdu. Eğer bir cismin şu anki hareketini kesin olarak denklemlerimizle tarif edebiliyorsak, bu bize denklemlerde yer alan zamanı geriye sarıp geçmişte olanları anlamamızı sağlar. Mesela bir taşı 45 derecelik açıyla yukarıya fırlattığınızı düşünün. Son konumu başlangıç konumuyla aynı yükseklikte olsun fakat, yatay olarak da arasında belli bir mesafe olsun. Bizim şu an sahip olduğumuz fizik ve matematik bilgisi, bize taşın her andaki bütün özelliklerini söylüyor: 4. saniyede yere çarpmış belli bir hızla, 3. saniyede yerden x kadar yüksekte, 2. saniyede yerden y kadar yüksekte, 1. saniyede yerden z kadar yüksekte ve t=0 iken ise başlangıç konumunda 45 derecelik açıyla belli bir hızda fırlatılmayı bekliyor. Az önce yaptığımız şey bir parçacığı görmesek bile, bunun son konumundaki bazı bilgilerden yola çıkarak geçmişi tahmin etmektir. Yani Laplace'ın şeytanı gibi üstün bir varlık hem geleceği hem de geçmişi kesinlikle tahmin edebilir ve bu tahminler her zaman kesindir. Yalnız 1900'lü yıllarda kuantum mekaniğinin keşfiyle evrenin bu deterministik yapısı yıkılmış ve mikro dünyanın birçok özelliğinin indeterministik olduğu açığa çıkmıştır. Kuantum mekaniğine göre bir parçacığın belli bir zamandaki konumunu ve momentumunu, daha kesin konuşmak gerekirse hızını %100 kesinlikle bilemezsiniz. Yani bir parçacığın nerede olduğunu %100 kesinlikle bilirseniz, hızı hakkında en ufak bir fikriniz bile olmaz. Ancak, bir parçacığın konumunu %64 kesinlikle bilirseniz hızını en iyi ihtimalle %36 kesinlikle bilebilirsiniz. Bunun böyle olduğunu bize söyleyen ise kuantum mekaniğinin kalbinde yatan belirsizlik ilkesidir. Yukarıda gördüğünüz x ve p'nin kesinliği birbirine bağlıdır. Yani %55 konum biliniyorsa, %45 momentum bilinir. p=mv olduğundan ve kütle sabit olduğundan dolayı, konumdaki belirsizlik hızın belirsizliğini etkiler. Zamanı çok kesin ölçecek bir makineniz var ve bununla zaman ölçümünü gerçekleştiriyorsunuz. Böyle bir makine çok fazla enerjiye ihtiyaç duyar ve ortamda bu kadar enerji olması E=mc2 eşitliğinden dolayı uzay-zamanı büker ve zamanda belirsizlik yaratır.


Aulus Gellius isimli Romalı yazar eserlerinde, milattan önce 400 yıllarında, Yunanlı bilim insanı Archytas'ın bir icadından bahseder. Bu icat, bir tel hatta bağlı olduğu düşünülen ve buhar yardımıyla kendi başına 200 metre uçan, kuş şeklinde bir modeldir. Bu model insanlık tarihinde, kendi itki sistemiyle uçtuğu söylenen ilk yapay cihazdır. 2.400 yıl sonra günümüzde; her an gökyüzünde 1.000'den fazla uçak uçarken, uzaya çoğu başarılı birkaç yüz sivil amaçlı roket fırlatıldı. Konumuzla ilgili detaylara inmeden önce roketlerle ilgili biraz bilgi paylaşalım. Roketler, yakıcı ve yanıcı maddelerden oluşan yakıtlarını yanlarında taşıyan jet motorlarıdır. Uçaklardaki jet motorları uçakta taşınan yakıt ile dışarıdan alınan havadaki oksijeni, yakıcı olarak karıştırma prensibi ile çalışırken, roketler hem yakıtı hem de yakıcı olan oksijeni yanlarında taşır ve bu sayede uzayda da çalışabilirler. Günümüzde kullanılan kimyasal roketlerde, yakıt tipi katı veya sıvı olarak ikiye ayrılır. Özellikle 2. Dünya savaşının V-2 roketleri, kullanılan sıvı yakıt ile uzay çalışmaları için öncü olmuşlardır. V-2 ile ilgili detaylı bilgileri ilgili yazımızda bulabilirsiniz. Kimyasal roketler, kullanılan yakıtın sıvı-katı durumu dışında tek, çift yada üç tip yakıt kullanan ve dışarıdan alınan hava ile verimliliği arttırılan roketler gibi alt çeşitlere ayrılır. Kimyasal roketler dışında, elektrikli iticiler, termal roketler, Güneş ışığı ile desteklenen termal roketler, lazer ve mikrodalga destekli roketler, nükleer enerjiyle ısıtılan veya nükleer enerjinin itici olarak kullanıldığı roket çeşitleri de kağıt üzerinde ve/veya pratik kullanımda mevcuttur. Bu yazımızın konusu elektrostatik iyon motorları, çok geniş bir yelpazesi bulunan elektrikli itki sistemlerinin bir parçasıdır. Elektrikli itki sistemleri konusunda ilk fikirler 20.yüzyılın başlarında ortaya çıkmıştır. Denenen ilk elektrik motorları, 1964 ve 1970 yıllarında fırlatılan SERT-I ve SERT-II uydularına yerleştirilmiş iticilerdir. Yapılan testlerde SERT-I'deki iki iticiden biri arızalanıp diğeri 31 dakika boyunca çalışırken, SERT-II'nin iticileri sırayla 2.011 saat ve 3.781 saat çalışarak rekor kırmışlardır. Bu araçlarda denenen elektrikli itkiyi bugün bu kadar cazip kılan şey, yakıt verimliliklerinin çok yüksek olmasıdır. Örneğin iyon motorlu bir uzay aracının yapabileceği çeşitli görevleri, kimyasal roket kullanan bir aracın yapması için çok daha fazla miktarda yakıt gerekir. Böylece kimyasal roket yerine iyon iticisi kullanan uzay araçları çok daha ucuza mal olup daha uzun süre dayanırlar ve birden çok gök cismine seyahat edebilmektedirler. Elektrostatik iticiler, yazı konumuz elektrostatik iyon motorlarını da içlerinde barındırır. Coulomb etkisi ile itki yönüne doğru statik elektrik yüklü alan oluşturularak, iyonların hızlandırılması ile itki elde ederler. Elektrotermal iticiler plazma ile yakıtı ısıtır, ısınan yakıtın enerjisi bir püskürtücüde kinetik enerjiye dönüştürülerek itki sağlar. Resistojet denen alt modelleri alçak dünya yörüngesinde ki uydularda kullanılmaktadır. Elektromanyetik iticiler ise elektriğin aksine, yakıtı elektromanyetik alanlar tarafından hızlandırmaktadır. Bu türde iticilerin henüz AR-GE aşamasında olan MPD ve VASIMR modelleri insanlı uzay yolculukları için çok büyük umut vaad etmektedirler. Elektrostatik iyon iticileri kendi aralarında farklı modellere ayrılır. Temelde bütün modeller elektrik yükü ile iyonları hızlandırıp momentumun korunumu yasası ile itki elde eden yüksek verimlilikli iticilerdir. Aynı görevi yapacak kimyasal bir roketten kat kat daha az yakıt kullanırlar. Motor modeline göre Xenon, Bismuth, Sıvı-Sezyum ve Kripton yakıt olarak kullanılır. Özellikle Xenon, iyonize olmasının kolaylığı ve yüksek atom numarası ile tercih edilse de, oldukça pahalı, nadir bir gazdır. Güç kaynağı olarak da Güneş panellerinden gelen elektrik tercih edilir. Ancak Güneş'ten uzak görevlerde Güneş panelleri etkinliklerini yitireceğinden, yerlerini nükleer enerjinin alması gerekecektir. Güç girdileri 1-7 kilowatt olan, egzoz çıkış hızı saniyede 20-50 kilometre olan ve itki gücü 20-250 milinewton aralıklarında değişen, verimlilikleri 60-80% aralığında olan iticilerdir. Az miktardaki yakıtı haftalar hatta aylar boyunca aralıksız hızlandırıp, çok yüksek süratler elde ederler. Yakın zamanda tamamlanan NEXT projesinde 48.000 saat aralıksız çalıştırılan (5.5 yıl) itici, 870 kilogram yakıt tüketmiştir. Bu süre boyunca itici tek bir arıza çıkarmamış olup, sağladığı toplam itki 10.000 kilogram kimyasal roket yakıtının sağlayacağı itki ile aynıdır. İyon iticisi bir roket gibi dünyadan yükselecek itiş gücünü üretemez. Ama sürtünmesiz ortamda bir aracı saatte 0'dan 60 kilometreye iki-dört gün arasında çıkartır. Farkettiğiniz üzere, bu hızlanma günlük hayatta kullandığımız araçlara göre çok yavaştır. Bir kimyasal roket ise bunu saniyeler içinde yapar ve bütün yakıtını bir kaç dakika içinde tükettiğinde sürati saatte binlerce hatta on binlerce kilometre üzerine çıkmıştır. Ancak iyon iticisi çalışmaya devam edip aracı yavaş ama istikrarlı biçimde hızlandırır. Bu itici sistem ile yakıtı tüketmesi yıllar sürebilir ve yakıt tükendiğinde aracın hızı saatte yüz binlerce kilometreye ulaşmış olabilir. Bu denli yüksek hıza kimyasal bir roketle ulaşmak neredeyse imkansızdır. Yani çok uzun süre devam etse de, düşük iki güçleri nedeniyle iyon iticileri, Dünya yüzeyinden uzaya roket fırlatacak güce sahip değildir. Ancak uzun vadede, uzay boşluğunda çalıştırıldığında çok daha yüksek hızlar elde edebilir. İşte bu sayede hem görece ucuz hem de kapsamlı derin uzay görevleri ile yörüngede uzun süreler dayanan uydular mümkün olmuştur. Deep Space 1: İyon iticisi dahil birçok yeni teknolojinin testi amacıyla fırlatılmış, 9969 Brailleasteroidine uğramış ve görev uzatılması ile Borrelly Kuyrukluyıldızı'na da gitmiştir. Ana ve ikincil görevleri 2001'de bittiğinden beri Güneş çevresindeki yörüngesinde emekliye ayrılmıştır, ancak gelecekte ihtiyaç halinde hala kullanılabilecek durumdadır. Hayabusa: Japon Uzay Ajansı'nın 2003'te fırlattığı ve 4 iyon iticisi kullanan Hayabusa, 25143 Itokawa asteroidine uğramış ve toz paçacıkları toplayarak Dünya'ya geri dönmeyi başarmıştır. Hayabusa görev sırasında motorlarında ve iletişim sistemlerinde ciddi sorunlar yaşamıştır. Özellikle asteroidden örnek alma işlemi, Philae sondasının kuyrukluyıldız 67P'ye inişi gibi sorunlu gerçekleşmiştir. Örnek alma sistemi amaçlanılan şekilde kullanılamamış, sadece dışına yapışan tozlar örnek olarak alınabilmiştir. Ancak yine gerek kullanılan teknolojiler, gerekse görev kontrol ekibi ve teknisyenlerin büyük emekleriyle araç aldığı az miktarda örnek ile Dünya'ya dönmeyi başarmıştır. Smart-1: 2003-2006 yılları arasında ESA'nın Ay yörüngesine gönderdiği bu araç, gözlemler gerçekleştirdikten sonra Ay yüzeyine düşürülmüştür. Yarattığı patlama Dünya'dan da gözlemlenebilmiş ve Ay yüzeyinin altıyla ilgili gözlem verileri toplanmasına yaramıştır. Aracın Ay yüzeyine düşürülmesi tartışmalara konu olsa da bu tartışmalar, aracı oluşturan bütün elementlerin Ay'da doğal olarak var olması ve aracın enkazının Ayda kirlenmeye neden olmayacağı sebebiyle bitmiştir. Dawn: İyon itki sisteminin en güncel örneği olan Dawn, 3 adet iyon motoru taşımaktadır. Tek bir motorun devamlı itkisi ile 4 günde saatte 95 kilometre hıza çıkabilen Dawn, bu uzun ömürlü itki sistemi sayesinde, 2007 Eylülünde fırlatılmasını takiben, 2009 Şubatında Mars yörüngesinde yerçekimsel sapan manevrası yaptı. Bu manevra Dawn'u Temmuz 2011'de Güneş Sistemi'nin ikinci büyük asteroidi Vesta ile buluşacağı rotaya soktu. Temmuz 2011 ve Eylül 2012 arasında Vesta'da çok önemli araştırmalar ve gözlemler yapan Dawn, Vesta'yı terk edip Ceres ile 2015'in Mart ayında buluşmak için yola çıktı. Şu anda Ceres çevresinde kutupsal bir yörüngeye oturmuş ve gözlemler yapıyor. Bunca başarılı ve ilham verici göreve imzasını atan iyon iticileri daha birçok görevde kullanılacak. Bunlar arasında şimdiden en dikkat çekenler 2015 Eylülünde fırlatılacak LISA Pathfinder ve ESA'nın 2016 da Merkür'e göndereceği BepiColombo. BepiColombo'nun görev tanımları arasında Merkürün iç yapısını, jeolojik özelliklerini ve manyetosferini incelemek var ayrıca genel görelelik kuramını kanıtlayacak deneyler yapılmasıda planlanıyor. LISA Pathfinder adlı teknoloji test aracı ise şahsen çok daha heyecan verici bir amaç taşıyor. 2034'te fırlatılması planlanan LISA gözlemevi, uzay-zamanda ki kütle çekim dalgalarını gözlemleyebilecek. LISA Patfinder bu gözlemevi için gereken teknolojilerin test yatağı olacak. Bunlar dışında Uluslararası Uzay İstasyonunda kullanılacak olan bir iyon motoru ve daha önce bahsettiğimiz yeni nesil NEXT iyon motorunu test amaçlı taşıyacak bir NASA uydusu da planlanıyor. Şu anda kullanımda ve/veya geliştirilmekte olan elektrostatik iyon motorları, küçük boylu sondalar için oldukça çeşitli görev imkanları sunuyor. Kimyasal roketler ile tek bir aracın yapması ekonomik olarak mümkün olmayan, farklı yörüngelerdeki birden çok gökcismine yapılabilecek insansız görevler için elektrostatik iyon motorları biçilmiş kaftan. Ama derin uzaya yapılacak daha kapsamlı robotik görevlerde ya da insanlı derin uzay ve Mars görevleri için şu anki elektrostatik iyon motorları yetersiz kalıyor. Daha güçlü ve hızlı motorlara ihtiyacımız var. Özellikle insanlı görevlerde kullanılması için planlanan iticiler, yazımızda anlatılan elektrostatik iyon iticiler aksine, elektromanyetik iticiler olacaklardır.


Yazı dizimizin bu ikinci bölümünde elektrikli itki sistemlerinin, elektromanyetik modellerinden bahsedeceğiz. Daha önceki makalemizde anlattığımız üzere, şu anda uydular ve derin uzay sondalarında kullanımda olan iyon iticileri oldukça verimli teknolojilerdir. Çoğunluğunun yakıtı Xenondur ve yakıt iyonize edilerek, statik elektrik alanları sayesinde hızlandırılır. Bu yöntem ile mevcut yakıtlarını kimyasal roketlerden 10-12 kat daha verimli kullanırlar. Ancak ne kadar verimli olsalar'da yarattıkları itkinin düşük olması onları, küçük uydulardan çok daha fazla kütlenin taşınmasını gerektiren ve uzak gezegenlere yıllarca değil aylarca, hatta haftalarca sürmesi umulan insanlı görevler için pek çekici kılmaz. Neyse ki insanın hayal gücü ve yaratıcılığı sınır tanımıyor. Bugün laboratuvarlarda denenmekte olan VASIMR plazma iticileri, yakın gelecekte nükleer bir reaktörden alacağı elektrik ile, şu anda 6-8 ay sürmesi planlanan Mars yolculuğunu 39 güne indirebilir. Bir zamanlar Kolomb'un, ilk keşif yolculuğunun 34 gün sürdüğü düşünülürse, bir gezegene 39 günlük seyahat kulağa güzel geliyor. Elektromanyetik itki sistemleri, temelde plazma üretimini ve güçlü elektromanyetik alanlar yardımıyla bu plazmanın hızlandırılıp püskürtülmesini esas alır. Xenon gibi iletken ve atom numarası büyük bir yakıt, birinci bölüme enjekte edilir. Buradaki elektriksel ve manyetik sahalara yakalanan yakıt, iyonize edilerek plazmaya dönüştürülür. Ardından manyetik alanlar sayesinde hızlandırılır. Motor içindeki manyetik alan yönünde hızlanmaya devam eden plazmanın ısısı ve yoğunluğu manyetik alan ile doğru orantılıdır. Elektromanyetik itki sistemleri birbirlerinden önemli ölçüde farklılık gösteren modellere sahiptir. Dilerseniz, bunların üstünden geçip şu anki durumlarını ve gelecekte ki kullanım alanlarını inceleyelim. Bu elektromanyetik iticiye ismini veren elektriksel çift tabaka, bir yüzeyde ki elektrik potansiyelindeki farklılıklar sonucu, yüzeyin zıt yüklü iyonların difüz tabakası ile kaplanması sonucu oluşur. Avustralya Ulusal Üniversitesinde geliştirilen ve şu anda Avrupa Uzay Ajansı ESA tarafından desteklenen bu teknoloji, bir bölmeye enjekte edilen gaz haldeki yakıtın önce elektromanyetik dalgalara ve ardından helikon dalgalarına maruz bırakılarak plazmaya dönüştürülmesi ve elektriksel çift-tabaka bölümünde elektronların çoğunun yakalanıp pozitif yüklü iyonların hızlandırılması ile çalışır. Birçok diğer elektrikli itici gibi çok yüksek yakıt verimliliği ve düşük itiş prensibi kullanır. En büyük avantajları elektrostatik iyon iticilerin aksine egzozda sistemi nötrleyecek kadar elektron kalır ve plazmayı hızlandırmak için plazmaya maruz kalıp zaman içinde aşınacak parçalar yoktur. Şu anda Avustralya Ulusal Üniversitesinde geliştirilmekte olan bu teknolojinin yakın gelecekte yaklaşık 50 yıllık cihaz ömrü ile uydularda, istasyonlarda yörünge düzeltmelerinde, derin uzay ve Mars görevlerinde kullanılması planlanıyor. 1879'da Edwin Hall tarafındn keşfedilen Hall etkisi, bir manyetik alan içerisinde bulunan ve üzerinden elektrik akımı geçen iletken üzerinde oluşan voltaj farkıdır. Günlük hayatımızda birçok alanda farkına varmadan faydalandığımız Hall etkisinin uzaydada kullanılabileceği 1962'de Amerika'da, gelişmiş itki sistemleri sempozyumunda duyurulmuştur. Ancak ilk işlevsel örneğini Sovyetler Birliği 1971'de fırlatmıştır. Hall etkisi iticiler, batıya 1992'de tanıtılmadan önce, yüzden fazla kez uzayda kullanılmıştır. Sadece Sovyetler Birliği ve ardılı olan Rusya, bu motorları 200'den fazla kez hiç bir sorunla karşılaşmadan kullanmışlardır. İki farklı modeli bulunur, SPT ve TAL .Çalışma prensipleri ve şemaları çok benzerdir, ancak kullanılan materyal ve mekanik konfigürasyonları farklıdır. Hall-Etkisi İticileri, hem elektrostatik hemde elektromanyetik sınıfına girerler. Sistem oldukça geniş bir yakıt yelpazesine sahip olmasına rağmen, çoğunlukla Xenon tercih edilir ve yakıt anot bölmelerine püskürtülür. Katot'da üretilen elektronlar ise elektromanyetik bir alana yakalanarak, bu alanı yüksek enerjiyle takip edip, motora ismini veren Hall akımını oluştururlar. 150-800 volt aralığındaki bu Hall akımı, Xenon atomlarını iyonize eder ve pozitif yüklenen iyonlar Hall akımının etkisiyle saniyede 15 kilometreye kadar hızlanırlar. Motordan çıkış esnasında iyonlar kendileriyle eşit sayıda elektron çekerek nötr yüklü hale gelirler. Manyetik alan elektronların bir kısmını yakalasada, egzoz akımının %20-30 kadarını bu itki üretmeyen elektronlar oluşturur. Egzoz akımının geri kalan %70-80'ini oluşturan iyonlar, sistemin enerji verimliliğinin de ölçütüdür. Hall akımının, yakıtın %90-99 arasında ki bir değerini iyonize etmesi de yakıt kütlesi verimliliğini temsil eder. Hall iticilerinin net verimliliği %63 ve %75 arasında değişmektedir. Kimyasal roketlerle kıyaslandığında 1.5kW, 300V değerlerinde çalışan bir sistemin itkisi 80mN ile çok küçüktür ve bir bozuk paranın yere uyguladığı ağırlıktan biraz daha fazladır. Ancak çok yüksek özgül itici kuvvete sahip olmaları, taşıdıkları yakıtı kimyasal roketlerden on kat daha verimli kullanmalarını sağlar. Üstelik elektrik yükü üretmezler bu sebeple sistemi nötrleyecek fazladan ekipmana ihtiyaç olmadığından diğer iyon motorlarından çok daha küçük boyutlu üretilebilirler. Başka bir avantajda çok çeşitli yakıtlar kullanabilmeleridir. Özellikle uydularda kullanmak için oldukça ideallerdir. Hall-Etkisi iticileri günümüzde rutin olarak yüzlerce ticari iletişim uydusunda kullanılmaktadırlar, önceki yazımımızda bahsettiğimiz SMART-1 uydusu da bu motorların bir modelini kullanmıştır. MPD teknolojisi, Lorentz kuvvetini kullanarak, yüklü parçacıkların elektromanyetik bir alanın etkisi ile hızlandırılıp itki elde edilmesiyle çalışır. Gezegenler arası görevlerde ve özellikle insanlı görevlerde kullanılabilecek güçlü bir motor türüdür. Çok yüksek yakıt verimliliğine yani özgül itici kuvvete ve itkiye sahiptir. Öyle ki, özgül itici kuvvet olarak bir tek VASIMR modeli daha verimli olsa'da, MPD'nin ürettiği itki elektrikli itki sistemleri arasında ki en güçlü olanıdır. Çünkü, ciddi teknik problemlerin yanında, MPD ile Mars'a bir kaç hafta sürecek bir seyahat için güneş panelleri yetersiz kalır. MPD ve VASIMR gibi iticiler sadece nükleer enerjiden elde edilebilecek yüksek miktarlarda enerji ile tam kapasitede çalışabilirler. MPD teknolojisi 1960'lardan beri, Rusya, Japonya, NASA ve günümüzde bazı özel şirketler tarafından hala araştırma ve geliştirme aşamasındadır. Şu ana kadar uzayda 1995'te fırlatılan ve 1996'da STS-72 mekik görevi ile dünyaya geri getirilen Japon EPEX uydusu haricinde başka bir MPD denemesi olmasa da, Rusya, Japonya, NASA Glenn Araştırma Merkezi, NASA JPL ve Princeton Universitesi, MPD teknolojisinde önemli aşamalar katetmişlerdir. Özellikle Glenn araştırma merkezi, MW enerji seviyelerinde çalışan kendi modelleri ile, 1 MW ile saniyede 100 kilometrelik egzoz hızı ve 100 Newton itiş gücü üretebilmektedir. Kıyaslamak gerekirse, bu egzoz hızı, bildiğimiz uzay mekiklerinden 10 kat daha hızlı hareket eden araçlara ve görevlere olanak sağlar. Daha düşük güçlü MPD modelleri de özel şirketler tarafından AR-GE aşamasındadır. Bunlar yüz kW'dan daha düşük enerjiye ihtiyaç duymaktadırlar. Şu anki iyon motorlarının 3 katına ve kimyasal roketlerin 20 katına çıkan egzoz hızı ve potansiyel olarak 200 newton'a çıkan itki ile elektrikli itki modelleri arasındaki en verimli teknolojidir. Derin uzayda insanlı bir aracın başka bir gezegenin yörüngesine giriş işlemi gibi hızlı delta-v manevraları gerektiren görevlerde dahi elektrikli bir itki sistemi kullanılmasına ve onlarca kat yakıt verimliliğine olanak sağlar. Akademik ilgi oldukça yüksek olsa da, ticari olarak çeşitli problemler MPD'nin tercih edilmesini ve kullanılmasını engellemiştir. Örneğin zaman içerisinde katot parçalarının yüksek akımdan dolayı aşınması MPD'nin ömrünü kısaltmaktadır ancak en büyük problem, optimum performans için gereken yüzlerce kilowattlık güç ihtiyacıdır. Şu anki gezegenler arası görevlerde kullanılan güneş panelleri ve RTG bataryaları yüzlerce kilowatt değerinde enerji üretmekten uzaktırlar. Bu enerjiyi şu anda sadece nükleer reaktörler veya futbol sahaları büyüklüğünde güneş panelleri üretebilir. Önceki yıllarda Sovyetler tarafından uzayda test edilmiş örnekleri olsa da, şu anda uzayda çalışmaya uygun nükleer reaktörler araştırma geliştirme aşamasındalardır. Az sonra bahsedeceğimiz VASIMR roketi de aynı yüksek elektrik ihtiyacına sahiptir, ancak MPD gibi aşınma problemi olmaması ve yüksek yakıt verimliliği düşük itki ile düşük yakıt verimliliği yüksek itki arasında vites değişikliği yapabilmesi, VASIMR'i daha cazip kılmaktadır. VASIMR radyo dalgaları ile plazmaya dönüştürülen yakıtın manyetik alanlar ile hızlandırılmasıyla çalışır. Yakıtı plazmaya dönüştürmekte kullanılan bu metot, nükleer füzyon araştırmaları sonucu geliştirilmiştir. 1977'de Astronot Dr. Franklin Chang Diaz tarafından yaratılan VASIMR konsepti o tarihten beri geliştirilmektedir ve bizzat Dr. Diaz'ın 2005'te kurduğu Ad Astra Roket Şirketi, NASA tarfından fonlanmakta ve ödeneğini VASIMR'i geliştirmek için harcamaktadır. Elektrotermal manyetoplazma roketi olarakta anılan VASIMR, elektrot kullanmadan yakıtı radyo dalgaları ile ısıtıp iyonize ederek plazmaya dönüştürdükten sonra, manyetik alanlar ile püskürtür. Elektrot kullanmaması, elektrikli iticilerde yaygın olan elektrotların aşınması probleminin önüne geçer ve iyon iticilerinin görece kısa ömrülerine karşı çok daha uzun ömürlü bir rakip olur. Üstüne üstlük bütün parçaları manyetik alanlar ile kaplı olduğundan motorun hiç bir parçası plazma ile direk temasa geçmemektedir. Bu da potansiyel ömrünü bütün iyon ve plazma motorlarından çok daha fazla kılmaktadır. Hidrojen, Argon ya da Xenon olabilen yakıt, elektromıknatıslar ile çevrili bir bölmeye püskürtülür. Burada öncelikle bir helikon radyo frekans anteni, yakıtı elektromanyetik dalgalara maruz bırakarak, atom çekirdeklerinden elektronları ayırır ve iyonize halen gelen yakıtı soğuk plazma seviyesine kadar ısıtır. Radyo anteninin enerjisinde ve bu bölmeye püskürtülen yakıt seviyesinde değişiklikler yapılarak yüksek yakıt verimliliği düşük itki ile düşük yakıt verimliliği yüksek itki modları arasında vites değiştirilebilir. Böylece yörüngeye giriş gibi yüksek itki gerektiren manevralar gerçekleştirilebilirken, yüksek yakıt verimliliği gerektiren ve Mars yolculuğunu 39 güne indirebilecek sabit ivmelenme değerleri korunabilir. İyonize plazma, motorun bir sonraki bölmesinde elektromıknatıslar ile sıkıştırılır ve burada Ion Cyclotron Heating mekanizması plazmayı elektromanyetik dalgalar ile bombardımana tabi tutarak ısıyı 1.000.000 Santigrat dereceye, yani Güneş'in yüzey ısısının 100 katından fazlasına kadar çıkartır. Bu sıcak plazma elektromıknatıslar ile motor boyunca hızlandırıp, saniyede onlarca kilometrelik hızlarla püskürtülür ve itki elde edilir. İlk VASIMR deneyi, 1983 yılında MIT'de manyetik ayna plazma aygıtı ile yapılmıştır. Takip eden 90'lı yıllarda roketi tamamen elektrotsuz hale getiren helikon radyo frekans anteni kaynaklı plazma üretimi gibi birçok geliştirme yapılmıştır. 1995'te ASPL MIT'nin deneylerini ve manyetik ayna plazma aygıtını devralmış; birçok universite ve araştırma enstitüleri ile işbirliği başlatmıştır. Burada 1998 yılında tasarım VASIMR ismini almış ve şu anki modellere oldukça benzeyen son prototipi kullanılmaya başlanmıştır. VX-10 denen bu model 10kW'lik helikon akımı üretirken, 2002'de VX-25, 25 kW ve VX-50, 50 kW ile çalışmıştır. 2005'te ASPL, tam ve verimli plazma üretimi ve roketin ikinci aşamasında plazmayı oluşturan iyonlarının hızlandırılması konusunda önemli aşamalar elde etmiştir. 2005 yılında NASA, Ad Astra şirketi ile ilk Space Act Agreement isimli anlaşmayı imzalayarak VASIMR teknolojisini özelleştirmiştir. 2006'da Ad Astra şirketinin Costa Rica departmanı VX-CR denen modelin testine başlamıştır. 2007'de VX-100, 100 kW VASIMR deneyi verimli plazma üretimini sunmuş ve VX-50'ye kıyasla plazma üretimini 3 katına çıkarmıştır ancak elektrik akımının radyo frekansına dönüştürülmesinde verimlilik sorunları yaşanmıştır. 2008'de üretilen ve 2008-2013 arasında deneyler yapılıp geliştirilen VX-200, 200 kW ile daha önceden VX-100'de yaşanan sorunlar giderilmiştir. Bu sürede 10.000 den fazla ateşleme deneyi yapılıp, Argon yakıt ile saniyede 50 kilometre egzoz hızı, 5.7 Newton itki ve %72 itici verimliliği elde edilmiştir. Şu anda Ad Astra, 2016'da fırlatılmak üzere; Uluslararası Uzay İstasyonuna gönderilecek VF-200'ü, her biri 100 kW'lik iki VASIMR roketinden oluşan sistemi hazırlamaktadır. Uzay İstasyonu'nun güç kaynağı 200 kW'nin altında olmasından dolayı sistem 15 dakikalık şarjlı bataryalar ile çalışacaktır. Bu sistem alçak Dünya yörüngesinde atmosferik sürtünmeden dolayı periyodik irtifa düzeltme manevraları yapan UUİ için kritik önem taşımaktadır. Şu anda bu düzeltmeleri istasyonda ki kimyasal roketler yapmaktadır. Bu yörünge düzeltmelerinin şu anki maliyeti yıllık yaklaşık olarak 170-200 milyon dolar arasındadır. İstasyona yerleştirilecek VASIMR ile bu maliyet 7-10 milyon dolar değerlerine çekebilir. VASIMR Dünya'dan yörüngeye yük taşımak için yeterli itkiyi üretemez ve çalışmak için vakuma muhtaçtır. Uzayda düşük güçlü VASIMR roketleri, uzay istasyonlarında ve uydularda irtifa düzeltmeleri yapıp, Ay'a ucuza kargo + mürettebat transferine ve çok hızlı sonda görevlerine olanak sağlayacaktır. Şu anda Mars için kimyasal roketler ile ulaşım süresi 6-8 ay olarak planlanmaktadır. Böylesi aylar boyu radyasyon ve yer çekimsiz ortamda sürecek bir yolculuktan sonra mürettebatın sağlıklarını korumaları zorlaşacak ve Mars koşullarına uyum sağlaması zaman alacaktır. Mars'a gidecek ilk gemiler için merkezkaç kuvveti ile yapay yer çekimi üretilmesi planlanmazken, Güneş kaynaklı ve kozmik radyasyona karşıda ciddi bir önlem düşünülmezken, yolculuk süresinin olabildiğince kısa tutulması kritiktir. Haftalar sürecek bir yolculuk, aylar sürecek bir yolculuğa kıyasla risk faktörünü onlarca kat azaltacaktır. Bu nedenle bizzat NASA, Ad Astra'nın VASIMR'i geliştirmesi için ödenek ayırmaktadır. 1MW'lık yüksek güçlü bir VASIMR roketinin aylar sürecek bir Mars yolculuğunu 39 güne düşürmesi vaadi fazlasıyla caziptir. Yüksek güçlü bir VASIMR, 39 günde Mars yolculuğu için Güneş enerjisinin yanında nükleer bir reaktörün üretebileceği miktarda elektriğe ihtiyaç duymaktadır. Böyle bir yolculuk için tahminen 1MW elektriğe ihtiyaç duyacak roket, Mars yolculuğunu kısalttığı gibi şu anda 5-6 yıl olan Jüpiter yolculuğunu da 1 yıla indirebilir. 1 MW enerji ihtiyacını sadece Güneş panelleri kullanılacaksa, Mars yörüngesi sınırları içerisinde yaklaşık 2-3 futbol sahası boyutlarında Güneş panelleri karşılayabilir. Küçük kompakt bir nükleer reaktörle kıyaslandığında bunca Güneş paneli kütleyi arttıracaktır. VASIMR roketleri, ilk Mars görevleri için sadece Güneş panelleri kullansa da, gelecekteki görevlerde kütle verimliliğini arttırmak ve de Mars ötesine kısa sürede ulaşmak için nükleer enerji şart görünüyor. Mars ötesinde bildiğiniz gibi Güneş enerjisinin verimliliği daha da azalacaktır. Örneğin Jüpiter'in, Dünya'da aldığımız Güneş enerjisinin sadece %4'ünü aldığını düşünecek olursak, Güneş Sistemi içinde VASIMR ile ulaşımın nükleer reaktörler ile desteklenmesinin şart olduğunu görürüz. Kullanılması planlanan geleneksel fisyon reaktörlerinin yanında nükleer füzyon teknolojisi de sürdürülebilir ve ekonomik seviyelere getirildiğinde uzayda VASIMR gibi yüksek elektrik ihtiyaçlı sistemlere fisyon reaktörlerinden çok daha fazla güç sağlayacaktır. Toplumun nükleer enerji konusunda fikri ve korkuları ortada olsa da, nükleer enerji; Güneş Sistemi içinde ulaşım sürelerinin kısaltılması için orta ve uzun vadede şart. Uzay çalışmalarını yürüten taraflardan birinin bile uzayda nükleer enerji kullanımına yatırım yapması, geri kalanları da bu alanda yatırım yapmaya zorlayacaktır. Örneğin NASA'nın Jüpiter'e ulaşım süresi 6 yılken, Avrupa'nın veya Rusya'nın 1 yıla indirebilecek bir sistem geliştirip bu konuda söz sahibi olması bile dengeleri değiştirebilir. Neyseki büyük uzay çalışmaları artık tek kutuplu yürütülmüyor. Büyük çalışmaların uluslararası düzeyde yapılması şart. Ancak böyle bir kooperatif ortamda bile bir ülkenin/kurumun teknolojik üstünlük elde etme girişimi, diğer ülkelerin/kurumların bu alana yatırım yapıp arayı kapamaya çalışmaları ile sonuçlanacaktır. Nasıl ki şu anda Uluslararası Uzay İstasyonu'na ulaşımın Rusya tekelinde olmasından dolayı Amerikalılar son derece rahatsızsa ve özel şirketlere uzaya insan çıkarmak için yüklü miktarda ödenek sağlıyorlarsa, Güneş Sistemi'nin insanlı keşfi de büyük güçlerin birbirleri ile orantılı bir rekabet ve işbirliği içinde hareket etmelerini gerektirecektir. Burada nükleer enerji konusuna biraz giriş yaptığımıza göre yazı dizimizin bir sonraki bölümünde uzayda nükleer fisyon enerjisi kullanımından, nükleer termal roketlerden ve diğer nükleer fisyon bazlı teknolojilerden bahsetmemiz uygun olacaktır. Aulus Gellius isimli Romalı yazar e...


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. 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. 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 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. 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. 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 aygıtları, nükleer yakıtın bozunumu sonucu ortaya çıkan ısıdan elektrik üretirler. 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. 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. 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 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 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. 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. 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 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. 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 kabusudur ve uygulanabilirliği soru işareti olarak kalmıştır. 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. 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. 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 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. 1973 ve 1978 yılları arasında BIS , 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 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. 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. 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. 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. 2011 de NASA tarafından NIAC 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. 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 ile benzer bir şekilde işleyen sistemde, fiyon reaksiyonundan açığa çıkan artık madde, reaktörün önüne yerleştirilen bir yelkenlide yakalanarak itki sağlar. 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. Kara Delikler, Ölmüş Yıldızları Yeniden Canlandırabilir! Yeni bir araştırmanın öne sürdüğü i... Bu makalemizi okumadan önce, eğer o... Çoğu insan, belki de bilim insanlar...


Bu makalemizi okumadan önce, eğer okumadı iseniz yazı dizimizin daha önce yayınladığımız birinci, ikinci ve üçüncü bölümlerini okumanızı öneririz. Ayrıca burada göreceğiniz birçok terimi anlayabilmek için şu makalemizi okumuş olmanız gerekmektedir. Uzayın insanlı keşfi, günümüzde kullandıklarımızdan çok daha gelişmiş roketler yapmamıza bağlıdır. Kimyasal roketler ile Mars yolculuğu 6 ay sürerken, VASIMR ve MPD plazma roketleriyle 39 gün sürebilecek olması heyecan veriyor. Bu süreyi daha da kısaltmak istersek o zaman füzyon enerjisi anahtar olacaktır. Füzyon reaksiyonları yüksek miktarda elektrik üretebilirken, özellikle anötronik yakıt kullanan bir füzyon roketiyle Mars yolculuğu bir aya düşürülebilir. Gemimiz radyasyona karşı güçlendirilmediyse, santrifüj ile yer çekimi üretecek yapıda değilse, ya da yer çekimsiz ortamın ve radyasyonun etkisini azaltan sihirli ilaçlarımız yoksa, uzayda ne kadar az zaman geçirirsek bizim için o kadar sağlıklı olur. Uzayın sağlık üzerindeki etkisi ve ulaşım süreleri gözönüne alındığında, nükleer enerjinin sahip olduğu muazzam enerji yoğunluğu; er ya da geç Güneş Sistemi içerisindeki yolculuklarda plazma roketleriyle başa baş giden bir zorunluluk olacak ve Güneş'ten uzak gezegenler ile uydularında enerji üretiminin vazgeçilmezi olacaktır. Önceki yazılarımızda bahsettiğimiz VASIMR ve Manyetoplazmadinamik roketlerinin çok ciddi enerji ihtiyaçları vardır. Uygun boyutta Güneş panelleri, Mars yörüngesi içerisinde yeterli olsa da, Güneş'ten uzaklaşıldıkça verimlilikleri çok düşecektir. Bir de araca katacakları ek kütle de ayrı bir soru işaretidir. Eğer aynı enerjiyi ve fazlasını nükleer bir reaktör daha düşük kütleyle sağlayabiliyorsa, reaktör tercih edilebilir. Fisyon reaktörleri oldukça verimli, küçük ve hafif olabilir; ama füzyon reaksiyonlarında kullanılan hidrojen gibi uzayda hali hazırda bolca bulunabilecek bir yakıtı yoktur. Atık yakıtla uğraşmak ve yaydığı ağır radyasyon da ayrı sorunlar oluşturabilir. Yine de bunlara rağmen, hem elektrik üretimi hem de itki sağlamakta, hatta füzyon reaktörlerini çalıştırmakta kullanılabilirler. Füzyon, materyal teknolojileri geliştikçe yeteri kadar küçültüldüğünde ve hafifleştirildiğinde yakıtı her yerde bolca bulunan çok verimli bir enerji kaynağı olarak Güneş Sistemi'nin her yerinde kullanılabilir. Kendi kendini besleyen füzyon sürdürülemezse bile, füzyon reaksiyonları yine de VASIMR ve benzeri roketlere enerji sağlayacak şekilde kısa süreli reaksiyonların üretiminde faydalı olacaktır. Elektrik üretmenin yanısıra, direkt itki üreten füzyon roketleri de plazma roketlerine güçlü bir alternatif olabilir. Sürdürülebilir füzyon reaksiyonlar ile bir yakıtı ısıtarak püskürtmek ya da füzyon sonucu üretilen yüksek enerjili ürünü itki amacıyla kullanmak, veya gemimizin arkasında yakıt hücreleri ateşlemek, hatta termonükleer bombalar patlatmak gibi başlıca kullanılabilir yöntemleri vardır. Uzay yolculuğu için en pratik reaksiyon olan D-He3, p-11B'den çok daha az enerji girdisi ister, bu nedenle yakın gelecekte uygulanması kolaydır. Termonükleer füzyon makalemizde belirttiğimiz gibi, Helyum-3 (He3) Ay yüzeyinde Güneş rüzgarlarının etkisiyle bolca birikmiştir. Gaz devleri de Helyum-3 açısından zengindir. Ayrıca asteroidlerde, kuyruklu yıldızlarda, gaz devlerinin halkalarında ve uydularında bolca bulunan buzdan döteryum elde edip, bu döteryumu nötron bombardımanına tutarak Trityum üretimi yapılabilir. Termonükleer füzyon makalemizde açıkladığımız gibi, Trityum bozunduğunda Helyum-3'e dönüşecektir. Füzyonu sürdürebilmek için plazmanın hapislenmesi gerekir. Üzerinde en çok araştırma yapılan manyetik hapisleme yöntemleri ağır tokamak reaktörlerinin kullanımını gerektirir ve bunlar şu anki halleriyle uzay için elverişli değildir. Ama NASA Glenn Araştırma Merkezi 2001 yılında görece hafif küresel bir tokamak reaktörü kullanan Discovery II isimli bir tasarım hazırladı; inceleyelim. Discovery-II tasarlanırken, yeterince uzun olduğu düşünülen insanlı Mars görevlerini bile gölgede bırakacak insanlı dış gezegenler görevleri göz önüne alınmış. 1.690 tonluk bu geminin sadece reaktörü 310 ton olacak. Uluslararası Uzay İstasyonu'nun 450 ton olduğu ve inşası için 115'den fazla fırlatma gerçekleştirildiğini göz önüne alırsak, Discovery-II'yi tek bir ülkenin altından kalkamayacağı kadar zorlu bir inşaat süreci bekliyor olabilir. Discovery-II'nin füzyon reaktörünü çalıştırmak için yedek bir fisyon reaktöründen faydalanılır. Füzyon reaktörü çalıştırıldığında hem elektrik sağlarken, hem de gemide bulunan hidrojen yakıtı ısıtıp, saniyede 300 kilometreden fazla bir süratle püskürtecektir. Discovey-II tasarımı teknolojik olarak uygulanabilir bir seviyeye gelmeden önce, özellikle küresel tokamak reaktörleri ve D-He3 (Döteryum-Helyum3) füzyonu üzerinde derinlemesine araştırmalar devam etmeli, bu konseptlerin uygulanabilirliği ve performansı üzerinde kesin bir sonuca varılmalıdır. Manyeto-Atalet Füzyon metotu, hem MCF hemde ICF yöntemlerinin özelliklerini kullanan görece küçük reaktörler ile kütle sorununu çözebilir. Bildiğimiz gibi manyetik hapisleme devasa manyetik alanlar kullanırken, ICF güçlü lazerlere ihtiyaç duyar. Kullanabileceğimiz iki yöntemin birleşimi olan MIF metodunda, plazma elektro mıknatıslar ile hapsedilir ve saniyede 3 kilometrelik hızla merkezdeki bir silindirin içine çökertilir. Gerekirse lazerler ile fazladan basınç ve sıcaklık sağlanır. Silindirin çevresi lityum kaplıdır ve merkezde füzyon reaksiyonu ateşlendiğinde bu lityum itici yakıt görevi görür. Böylesi reaksiyonlardan her dakikada 200 tanesi gerçekleştirilir ve reaksiyon sonucu iyonize olan lityum ile, füzyon reaksiyonu ürünleri manyetik bir egzozdan püskürtülerek itki elde edilir. Temel olarak Orion Projesi benzeri bir yöntemdir. Bu füzyon reaktörü gücünü Güneş panellerinden veya yedek bir fisyon reaktöründen alabilir. NASA'nın NIAC çalışmalarınca 2012'de fonlanan projeye bir bakalım. Bu proje ile manyeto-atalet füzyon roketi tasarımı tekrardan ele alınmış. Tokamak füzyon reaktörleri uzayda kullanım için biraz fazla büyükler. En kompakt olarak kabul edilen küresel tokamak bir reaktöre sahip uzay araçları için bile 1.000 tondan yüksek kütle ön görülüyor. Karşılaştırmamız gerekirse, hala yapım aşamasında olan SLS roketinin alçak Dünya yörüngesi için planlanan maksimum yük kapasitesinin 130 ton olduğunu göz önüne alırsak, tokamak reaktörlerinin biraz daha gelişmesini ya da bir uzay asansörü inşa edilmesini beklemeliyiz. FDR, Manyeto-Atalet Füzyon metotunu kullanıyor. Bu reaktörü kullanacak gemi çok daha düşük bir kütleye sahip olacaktır. Reaktöründe her dakika bir mikro saniye sürecek reaksiyonlar gerçekleşecek. Açığa çıkan enerji katı-hal lityum yakıtı ısıtmakta kullanılıp, yakıt yüksek bir egzoz hızıyla püskürtüldüğünde itki elde edilir. Günümüzdeki teknolojiyle hali hazırda yapılabilecek ilk füzyon roketi budur ve sadece bu roket bile gezegenlerarası yolculuğu sıradan bir hale getirebilir. Tabi ki bu tam anlamıyla kendi kendini besleyen sürdürülebilir bir reaktör değil. Ancak bu şekilde dahi kimyasal roketlerin pabucunu dama atacaktır. Proje üzerinde çalışan takım Washington Üniversitesi'nde bir prototip inşa etti bile ve 2020'ye kadar yörüngede bir uzay aracında test edilebilecek seviyeye gelecekleri konusunda umutlular. Daha önce de bahsettiğimiz z-pinch reaktörü uzayda manyeto-atalet füzyon tekniği ile kullanıldığında, füzyon reaksiyonu sonucu oluşan enerjiyi, manyetik egzoz direkt itkiye çevirir. Her reaksiyon sonunda plazma yüksek sıcaklık ve basınç ile sürekli genişleme eğiliminde olur. Öyle ki plazma manyetik akımı sıkıştıracak güçtedir, bu da itki sağlayan bir basınç oluşturur. Bu plazma aynı zamanda katot görevi görürken, anot görevi görecek Lityum-6 izotopu plazma ile karışacak şekilde püskürtülecek. Böylesi bir roket, 350 ton yakıt ile Mars seyahatini 30 güne indirebilir. Bu yakıt miktarı günümüzdeki bir A380 uçağının taşıdığı maksimum yakıttan sadece biraz daha fazladır. Rusya'nın ve NASA'nın ayrı ayrı incelediği bu yöntem, manyetik ayna temelli bir füzyon itki yöntemidir. Teorik olarak füzyon ile elde edilebilecek en verimli itki çeşitlerindendir. Uzun ince tüp şekilli bir reaktörün merkezinde manyetik alanlar ve mikrodalga antenleri ile sürekli bir füzyon reaksiyonu oluşturulur. Manyetik alanlar ile plazma kontrol edilirken, reaksiyon bölmesinin iki yanında manyetik aynalar plazmayı merkeze odaklayıp arka egzozdan kaçmasını önler. Böylece plazma ve reaksiyon merkezde sabit bir şekilde korunurken, üretilen enerji hidrojen yakıtı ısıtarak püskürtür. Bu metodun en büyük sorunu, şu anki tasarımlar ile yüklü miktarda radyatöre ihtiyaç duymasıdır. Gazdinamik Ayna Füzyonu, VASIMR ile oldukça benzer bir yapıya sahiptir ve araştırma geliştirme çalışmaları benzer teknolojiler ve teknikler ile sürdürülmektedir. Teknolojik gelişim basamaklarının çok ilerisinde kalan bu teorik tasarımda, yüksek enerjili elektronlar ile manyetik hapis halindeki plazmada füzyon reaksiyonları oluşturulur. Işının oluşturacağı reaksiyonlar oldukça şiddetli olacağından çok güçlü manyetik alanlara ihtiyaç vardır. Teorik olarak sürekli kullanımdan ziyade seri aralıklarla ateşlenmesi için ideal bir sistemdir. Bunlar dışında önerilen daha birçok füzyon roketi tasarımı mevcuttur; ancak, ana fikir vermesi açısında yakın gelecekte görebileceğimiz temel fikirleri derlemeye çalıştık. Son olarak bir de bilimkurgudan bir örnek verelim. Interstellar filminin uzay gemisi Endurance'ı hatırlarsınız. Kendisi gelmiş geçmiş en gerçekçi bilimkurgu gemilerinden biridir. Tasarımında bizzat mühendislerin ve bilim insanlarının parmağı vardır. Endurance, her birinde 3 egzoz bulunan 4 itki modülüne sahiptir. Bu egzozların her biri manyetoplazma roketleridir ve güçlerini her modülde bulunan birer kompakt tokamak reaktöründen alırlar. Bu sayede gemi çok az yakıt kütlesi ile onca yolu katedebilmiştir. Lockheed Martinin söz verdiği gibi kompakt füzyon reaktörlerimiz ve manyetoplazma ya da VASIMR roketlerimiz olduğunda, benzer bir gemi tasarımı Güneş Sistemi'nin keşfi için oldukça ideal olacaktır. Göründüğü gibi ne kadar zorlu ve pahalı olsa, geliştirilmesi şimdiden bir insan ömründen uzun sürmüş de olsa ve fikir babaları güzel sonuçlarını asla göremeyecek olsa bile, füzyon için harcanan bunca emeğe değer. Çünkü bilim budur; bilgi birikimimiz ve teknolojimiz, geçmişten gelen edinimlerimiz sayesinde büyüyüp gelişmektedir. Füzyon, bu yüksek potansiyeli ile bir kere yaygınlaştıktan sonra çok uzun yıllar boyunca Dünya'da ve Güneş Sistemi'nde kullanılacaktır. Ancak nihai amacımızın başka yıldızlara ulaşmak olduğunu varsayarsak, füzyon dahi yeterli değildir. Yıldızlararası yolculuk için en yüksek olasılığı hala Geleceğin İtki Sistemleri 3'de bahsettiğimiz Orion ve Daedalus projeleri vermektedir. Tabi yazı dizimizin devam bölümlerinde bahsedeceğimiz uzay yelkenlileri ve ramjetler bize yeni olasılıklar sağlayabilir. Özellikle çıtayı bir sonraki seviyeye çıkarıp antimaddeden bahsettiğimizde teknolojimizin sınırlarında nasıl olasılıklar olduğuna şaşırabiliriz. Not: En üstte yer alan ana görsel, 1982 yapımı Star Trek Wrath of Khan filmindeki ünlü USS Reliant gemisine aittir. Daha önce bazı ülkelerin uzay faali...


1610'da Kepler'in Aklına Gelen Fikirden, 2015'de Yörüngede Yelken Açan Uzay Aracına Kadar Işık Yelkenlileri. Atalarımız denizlerde ilk kez yelkenli kullanmaya başladıkları zaman bu yöntemin bir gün uzayda da işe yarayacağını bilemezlerdi. Bizim neslimiz bile Güneş'ten veya insan yapımı lazerlerden ışık alan dev yelkenler fikrinden bihaberdir. Ancak gerek matematik gerekse yakın zamanda yörüngede yapılan bir test bize bu yöntemin işe yaradığını gösterdi. Yani bir uzay aracının önüne Güneş'ten gelen ışığı yakalayacak büyük bir yelken yerleştirirseniz roket yakıtı harcamadan aracı hızlandırabilirsiniz. Bu itkinin yönlendirilmesi zor olsa da, çok güçlü lazerlerle ışık yağmuruna tutulan yelkenlilerin ışık hızının ciddi yüzdelerine erişebilmeleri mümkündür. Radyasyon basıncı, elektromanyetik radyasyon türlerinin herhangi bir maddeye uyguladığı, kendini emilim ve/veya yansıma olarak gösteren bir etkileşimdir. Radyasyon basıncı ile ortaya çıkan güçler çok zayıftır ama astronomi ve astrodinamikler açısından büyük etkiye sahiptirler. Örneğin Marsa gönderilen Viking araçlarının maruz kaldığı radyasyon basıncı önceden hesaplanmamış olsaydı, rotalarında 15.000 km'lik bir sapma olacaktı. Fotonlar kütlesizdir ancak hem dalga hem de parçacık özellikleri göstermektedirler. Dalga-parçacık ikilemi denen bu özelliklerinde parçacık karakteristiğinden gelen enerji ve momentum, ışık hızında hareket eden bu parçacıkların madde benzeri özellikler göstermesini sağlar. Bu sebeple fotonlar bir maddeye çaptıklarında yansıma yaparken maddeye Newton'ın ikinci ve üçüncü kanunları uyarınca momentumlarının bir kısmını aktarırlar. Maxwell'in elektromanyetizma teorisine göre elektromanyetik dalga momentum taşır. Bu momentum herhangi bir emilim yapan ya da yansıma yapan yüzey tarafından emilebilir. Fotonların dalga karakteristiği de bu şekilde momentum uygulamalarına sebep olur. Elektromanyetik radyasyon türlerine maruz kalan madde ısınır ve ısınma sonucu termal enerji saçar. Termal enerji saçan yüzeyler, bu radyasyonun saçılımından kaynaklanan reaktif etki sayesinde momentum sahibi olur. Güneşimiz gibi bütün yıldızlar bu şekilde çevrelerindeki cisimlere radyasyon basıncı uygulayarak enerji taşır. Dünya yörüngesi civarında (1AU), güneşimizin uyguladığı bu radyasyon basıncı 9.08 mikro paskaldır . Tahmin edebileceğiniz gibi küçük asteroidler, uydular gibi küçük cisimler bu radyasyondan düşük kütle ve atalet özellikleri sebebiyle daha çok etkilenir. Radyasyon basıncını anladığımıza göre bunun nasıl bir yelkenli olacağına bakalım. Kesinlikle dünyadaki yelkenlilerden çok daha yavaş hızlanacaktır, normal bir yelkenli teknenin süratine sahip olması için bile günler geçebilir. Ancak uzayda sürtünme olmadığı için aracımız sürekli hızlanmaya devam edecektir. Gerçekten de uzay yelkenlileri fikri daha iyi özetlenemezdi. 1861-64 yılları arasında İskoç asıllı ünlü fizikçi James Clerck Maxwell, yayınladığı makalede elektromanyetik alanlar ve radyasyon teorisini yayınlayarak, ışığın momentumu olduğunu ve maddeye basınç uygulayabileceğini öne sürmüştür. Böylece Maxwell'in denklemleri güneş yelkenlilerinin ilk temelini atmış oldu. 1899'da Pyetr Labedev, fikrin ilk deneysel uygulamasını göstermiştir. Einstein p=E/c denklemi ile momentumun enerji ve ışık hızı ile olan ilişkisini ortaya çıkarmıştır. 1908'de Svante Arrhenius, Güneş kaynaklı radyasyon basıncı ile yaşamın temel yapı taşlarının uzak yıldızlara ulaşabileceği fikrini ortaya atmıştır. 1925'te ise Friedrich Zander, çok ince ve büyük yelkenler ile inanılmaz süratlere ulaşılabileceğini ortaya çıkaran teknik analizleri yapmıştır. 20.yüzyıl boyunca birçok bilim insanı bu konuda çalışma yaptıktan sonra, ilk resmi teknolojik uygulama pratikleri 1976'da NASA Jet İtki Laboratuvarları'nda başlamıştır. Güneş yelkenlerinin 800 metreden 15 kilometreye kadar değişen boylarda çeşitli modelleri tasarlanmıştır. Güneş'ten hatırı sayılır ivmeler elde etmek için bu yelkenlerin kilometrelerce alan kaplaması gerekebilir. Genel olarak kullanılması planlanan materyal 2 mikro metrelik Kapton film, Güneş'ten 0.25AU mesafeye kadar ısıya dayanabilir. Şu anda geliştirilmekte olan karbon fiberler ve gelecekte moleküler seviyede işlenen nano tüp materyaller yelkenler için oldukça ideal malzemeler olacaktır. Ayrıca NASA'nın NIAC çalışmaları, Alumina'nın çok etkili bir lazer yelkenlisi ve karbon fiberlerin de verimli bir mikrodalga yelkenlisi olacağını göstermiştir. Gelecekte uzayda üretilip işlenecek böylesi malzemelerle Dünya'dan fırlatmanın çok zor olacağı devasa yelkenler inşa edilebilir ve insanlı görevler gerçekleştirilebilir. Yapılan çalışmalara göre sadece 800 metrelik bir Güneş yelkeni dahi Mars'a 2 tonluk bir yükü 400 günde veya 9 tonluk bir yükü 700 günde ulaştırabilir. 2000 metrelik bir yelken ise Mars'a 400 günde 23 ton taşıyabilir. Tabi bu yelkenlilerin verimliliği uzak mesafelerde ortaya çıkıyor. Jüpiter'e 2 yıl, Satürn'e 3.3 yıl, Uranüs'e 5.8 yıl ve Neptün'e 8.5 yıl (Voyager 2 Neptün'e 12 yılda ulaşmıştır) sürebilecek yolculuklar, özellikle yörüngeye girişin gerekmediği yakın geçiş görevleri için oldukça idealdir. Bir Güneş yelkenlisi bu dış gezegenlere saniyede yaklaşık 17-20 kilometre arası hızlarda ulaşacağı için yavaşlama sorundur. Araç yanında yörüngeye girmesine yardım edecek bir roket taşımıyorsa gezegenlerin atmosferini kullanarak aerobraking denen frenleme yapılması tek çözümdür. Tabi bu frenleme de yüksek hızlarda oldukça risklidir. Frenleme gerektirmeyen görevleri, örneğin Oort bulutuna 30 yıl sürecek bir görevi, yelkenlilerle gerçekleştirmek mümkündür. Özellikle çok yüksek sıcaklığa dayanıklı bir yelkeni Güneş'in 0.05 AU mesafesinde açmak, 36.4 m/s^2'lik bir hızlanma ile saniyede 950 kilometreye sadece bir günde ulaşılmasını sağlayabilir. Gelecekte Güneşe doğru fırlatılan ısıya dayanıklı bir uzay aracını 0.05 AU'da yelken açarak daha önce sadece hayal edebileceğimiz hızlarda derin uzaya göndermek sanılandan çok daha kolay olacak. Güneşe yakın mesafelerde yelken açan bir araç yıldızlara da gönderilebilir ve hiç yakıt harcamadan ulaşacağı yıldızın radyasyon basıncı ile yavaşlayarak yörüngeye girebilir. Örnek olarak hızı saniyede 1000 kilometreye çıkan bir yelkenli Proxima Centauri'ye ortalama 1200 yılda ulaşabilir. Günümüz roketlerinin ulaştığından çok daha kısa olan bu süre yine de istediğimiz kadar kısa değildir. Yelken boyutunu büyütmek ve kullanılan malzemeyi olabildiğince hafif yapmak her zaman işe yarar ama çok daha yüksek hızlar için, lazer ya da mikrodalga gibi yönlendirilmiş enerji ile uzun mesafelerden dahi yelkenin sürekli hızlanmasını sağlamak gerekir. Çok yüksek güçlü bir lazer, aracı ışık hızının yüksek yüzdelerine kadar çıkartarak yolculuk süresini gayet kabul edilebilir olan 10 yıla düşürebilir. Tabi çok yüksek süratlerde hedef yıldızın radyasyon basıncının yavaşlama için yetersiz olması sorunu ortaya çıkacaktır. Bu sebeple araca az yakıtlı yüksek enerjili bir roket, örneğin bir antimadde roketi eklemek yavaşlamasını sağlamakta oldukça yardımcı olabilir. Herhangi bir materyal bir yıldızdan kaynaklanan radyasyon basıncını hızlanmak veya yavaşlamak amacıyla kullanabilir. Ancak çeşitli metotlar için farklı yelkenli türleri bir yıldızdan kaynaklanan radyasyon basıncından çok daha verimli olabilir. Bu metotları inceleyelim. Dünyadaki veya uzaya yerleştirilmiş bir lazer Güneş ışığından çok daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir, bu sebeple kullanılacak yelken çok küçük olabilir. İnşa edilecek çok güçlü lazerler insan ömrü içerisinde yıldızlara ulaşmayı mümkün kılabilir. İnsansız görevler tabi ki çok daha kolay olacaktır. NASA, NIAC çalışmaları kapsamında 50-70 gigawattlık bir lazerin, 1 metrelik lazere sahip bir gramlık bir robotu sadece 10 dakikada ışık hızının %26'sına ulaştırabileceğini öngörmüştür. Tabi ki böylesi küçük bir aracın hem iletişim kurup hem de elektrik üretebilmesi için her nanometresinin nanoteknoloji ile üretilmiş bir nanoteknoloji harikası olması gerekir. Daha yüksek kütleli araçların hızlandırılması daha uzun sürse de, diğer bütün metotlardan daha hızlı olacaktır. Özellikle teknolojimiz geliştikçe gücünü bizzat Güneş'ten alan, Merkür yakınlarına yerleştirilen lazerlerin aydınlattığı yüzlerce kilometrelik yelkenlerle taşınan yüzlerce tonluk yükler ışık hızının önemli yüzdelerine hızlandırılabilir. Bu yelkenli türünde elektrik alan oluşturmak için küçük kablolarla çevrili yelken, Güneş rüzgarı kaynaklı pozitif protonları iterek momentum kazanır. Bu yelken türünü gezegenlerin manyetosferi içerisinde kullanmak güneş rüzgarları girmediği için pek mümkün değildir. Elektrik yelkeni benzeri bu yelken ise Güneş'ten gelen yüklü parçacıkları manyetik alanlarla yansıtarak momentum elde eder. Bu yelken türü manyetosfer içinde de rahatlıkla işler. 1993'te Eski Rus uzay istasyonu Mir'den bırakılan bu ilk sondalar 20 metrelik yelkenler taşıyorlardı ancak Znamya 2 herhangi bir hızlanma göstermezken, Znamya 2.5 yelkenlerini dahi açamadı. Planetary Society tarafından üretilen Cosmos I, bir Güneş yelkeni taşıyan ilk uzay aracıydı ancak rokette meydana gelen bir arıza sebebiyle gerekli yörüngeye oturamadı. 2010'da JAXA tarafından fırlatılan bu ilk yelkenli 14x14 metrekare büyüklüğünde ve 7.5 mikro metre inceliğindeydi. Ikaros hem en küçük hem de ilk Güneş yelkenli gezegenler arası araç olarak kayıtlara geçerek, yelkeninin de yardımıyla Venüs'e ulaştı. Bu süre boyunca yelken kontrolü konusunda da çalışmalar yapıldı. Ikaros şu anda Güneş çevresinde bir yörüngede, yetersiz güç sebebiyle sadece belli aralıklarla uyandırılarak çalışmalara devam ediyor. Bir sonraki uyandırılışı 2015 kışında olacak. 2015'te ABD Hava Kuvvetleri'ne ait X-37B insansız uzay uçağı ile yörüngeye fırlatılan Planetary Society'ye ait LightSail-1 isimli küp uydu 32 metrekarelik yelken taşıyordu. Yörüngeye yerleştirilişinden sonra bazı elektrik problemleri yaşayan uydu, sonunda yelkenlerini açarak başarılı şekilde testlerini gerçekleştirdi. Önümüzdeki sene fırlatılacak LigthSail-2, yelken kontrolü üzerinde deneyler yapacakken bir sonraki uydu LightSail-3, L1 Lagrangian noktasına yerleştirilerek Güneş'in jeomanyetik fırtınaları üzerine araştırmalar yapacak. NASA'nın 2018'de fırlatılacak yelkenli taşıyan NEA-scout uydusu, dünyaya yakın 1-100 metre arası asteroidlere gidip yakından gözlem yapacak. Göründüğü gibi yakın gelecekte çok ciddi projeler olmasa da yelkenli kullanımı konusunda bilgi dağarcığımızı arttıracak birçok çalışma mevcut. Ikaros 2010 gibi gezegenler arası görevler içinse biraz daha beklememiz gerekiyor. Ön bilgi verelim; şimdiye kadar ışı... Aulus Gellius isimli Romalı yazar e...