Yıldızlara Seksen Beş Yılda Ulaşma Teknolojisine Sahiptik—Peki Neden Onu Gömdük?
Project Orion: Terk Ettiğimiz Seksen Beş Yıllık Nükleer Uzay Gemisi
Gizemi yakalayan tek paragraf:
1950’li yılların sonlarında, Freeman Dyson liderliğindeki parlak fizikçilerden oluşan bir ekip, patlayan nükleer bombalarla itilen bir uzay aracının ışık hızının yüzde beşine ulaşabileceğini hesapladı; bu, insanlığın en yakın yıldız sistemi olan Proxima Centauri’ye sadece seksen beş yılda varabileceği anlamına geliyordu. Teknoloji test edilmişti, matematik sağlamdı ve mühendislik ulaşılabilirdi. Peki neden, gelmiş geçmiş en umut verici yıldızlararası itki sistemini, hiçbir yıldıza yönelik görev fırlatılamadan, uluslararası anlaşmalar ve siyasi korku altında gömdük?
Evrenin Akıl Almaz Ölçeği: Yıldızlararası Yolculuk Neden Radikal Çözümler Gerektiriyor
Evren, insan kavrayışını aşar. Gözlemlenebilir “evren” olarak adlandırılan hacim, doksan üç milyar ışık yılı çapında olup iki trilyondan fazla galaksiyi barındırır. Sadece Samanyolumuz bile yüz bin ışık yılı boyunca uzanır ve yüz ila dört yüz milyar yıldız arasında değişen bir sayıya ev sahipliği yapar. Geleneksel itki sistemlerini kullanarak en yakın yıldıza ulaşmak bile yüzyıllar ila bin yıllar alacaktır. Yıldızlararası yolculuk neden bu kadar imkansız derecede zorlu olmaya devam ediyor?
Uzay aracını yörüngeye fırlatmada olduğu gibi—Roket Denklemi’nin zorbalığı, sadece bir kilogramı uzaya yerleştirmek için bile büyük miktarda itici gaz gerektirir—yıldızlararası yolculuk da Einstein’ın Görelilik Teorisi’nin zorbalığına tabidir. Işık hızının küçük bir kısmına bile ulaşmak, muazzam miktarda enerji, egzotik fizik ya da her ikisini birden gerektirir. Yine de, Uzay Çağı’nın şafağından bu yana, yıldızlararası uçuş hayalini gerçekleştirebilecek vizyoner konseptler ortaya çıktı.
Zaman ve teknoloji ilerledikçe, yıldızlararası uzay aracı önerileri devasa, iddialı projelerden minyatürleştirilmiş ve otomatikleştirilmiş araçlara doğru evrildi. Paradoksal bir şekilde, itki yöntemleri hem daha egzotik hem de daha pratik hale geldi. Uzay Çağı sona ererken, önerilerin kaynağı uzay ajanslarından kar amacı gütmeyen kuruluşlara ve özel araştırma enstitülerine doğru kaymaya başladı.
Ne yazık ki, başka bir yıldıza ulaşma hayali anıtsal, hatta Herkül’vari zorluklarla doludur. Çoğu gelişmiş konseptte olduğu gibi (uzay asansörleri, O’Neill Silindirleri, gezegenler arası yerleşimler vb.), her şey iki soruya indirgenir:
“Ne kadar harcamaya istekliyiz ve ne kadar beklemeye razıyız?”
Bunu ele aldığımıza göre, bir yıldızlararası görev için seçenekler nelerdir? Önce, olası hedeflere bir göz atalım.
Yanı Başımızdaki Dünyalar: Proxima b ve Ötegezegen Devrimi
Belirtildiği gibi, ötegezegen çalışmaları alanı son yirmi yılda patlama yaşadı. Bugüne kadar bilim insanları, dört bin yedi yüz kırk yedi yıldız sisteminde altı bin üç yüz otuz üç ötegezegenin varlığını doğruladı. Dünya benzeri (karasal) gezegenler azınlıkta olsa da—bugüne kadar sadece iki yüz yirmi iki tanesi doğrulandı—bunların bir kısmı Güneş Sistemi’ne nispeten yakındır (astronomik anlamda). Dünya’dan elli ışık yılı içinde, bilinen otuz bir karasal gezegen bulunmaktadır ve bunların otuzu düşük kütleli, M-tipi kırmızı cüce yıldızların yörüngesinde döner.
Bunların en yakını, boyut ve kütle bakımından Dünya ile karşılaştırılabilir, yıldızının yaşanabilir bölgesinde (HZ) yörüngede dönen kayalık bir gezegen olan Proxima b’dir. 2016 yılında keşfedilen gezegenin, Dünya’nın on beş santigrat derecesine kıyasla ortalama yüzey sıcaklığının eksi otuz dokuz santigrat derece olduğu tahmin edilmektedir. Gezegen, yıldızına kilitlenmiş durumda olduğundan (bir tarafı sürekli güneşine dönük—M-tipi yıldızlarda yaygın), bilim insanları yaşanabilirliği konusunda ikiye bölünmüş durumdadır.
Yine de, Alpha Centauri sisteminde potansiyel olarak yaşanabilir gezegenler bulunmadıkça, Proxima b, Güneş Sistemi’nin ötesinde doğrulanmış en yakın karasal gezegendir. Bu nedenle, Dünya’dan dört virgül yirmi beş ışık yılı uzaklıktaki bu gezegen referans noktamız olarak hizmet edecektir. Bunu ele aldığımıza göre, yıllar içinde kronolojik sırayla önerilen itki sistemlerini inceleyelim.
Nükleer İtki (1950–1973): Soğuk Savaş’ın Unutulmuş Uzay Mirası
İlk durağımız Soğuk Savaş—iki süper gücün sürekli bir üstünlük kurma oyunu ve nükleer silahlanma yarışı içinde kilitlendiği bir dönem. Aynı zamanda yoğun bilimsel keşif ve deneylerin yaşandığı bir zamandı. Savaş zamanı roket bilimindeki atılımlardan, balistik füze geliştirme dahil, yararlanan ABD ve Sovyetler Birliği, diğerinden önce uzaya ulaşmaya kararlıydı. 1958’den 1972’ye kadar süren bu rekabet, “Uzay Yarışı” olarak anılacaktı.
İlk astronot ve kozmonotlar uzaya ulaşmadan önce bile, bilim insanları, mühendisler ve görev planlamacıları insanları yörüngeye, Ay’a ve ötesine göndermeyi düşünüyorlardı. Doğal olarak, insanları en yakın yıldızlara gönderme fikri de değerlendirildi ve bu da birkaç projenin ortaya çıkmasına yol açtı. 1950’lere gelindiğinde, fisil malzemenin (uranyum) yavaş bozunmasına dayanan nükleer reaktörlerin geliştirilmesinde birçok atılım elde edilmişti.
Bu, ABD ve Sovyetler Birliği’ni nükleer roketlere güç sağlayacak reaktörler oluşturmak için programlar başlatmaya yöneltti. 1958’de Başkan Dwight D. Eisenhower, Ulusal Havacılık ve Uzay Yasası’nı imzalayarak NASA’yı ülkenin uzay programı olarak kurdu. Bu noktadan itibaren NASA mevcut programları devraldı ve kendi geliştirme çabalarını başlattı. Uzay Yarışı’nın sonunda, hem ABD hem de Sovyetler, nükleer motorlara güç sağlamak üzere tasarlanmış birden fazla nükleer reaktör oluşturdu ve test etti.
Bu, bugün hala kullanılan ve iki kategoride gruplandırılabilen nükleer itki araştırmalarının temelini oluşturdu.
Nükleer Termal İtki (NTP): Fisyon Nasıl İtki Oluşturur
Nükleer Termal İtki (NTP) kavramları, tipik olarak sıvı hidrojen olan itici gazı ısıtan, genleşmesine ve plazma oluşturmasına neden olan ve itki oluşturmak için nozullardan geçirilen bir fisyon reaktöründen oluşur. NTP motorları, güçlü bir hızlanma patlaması sunma avantajına sahiptir ve sekiz yüz otuz ila bin saniyelik özgül itici güce (Isp), yirmi beş bin ila otuz üç bin pound-kuvvete (lbf) ve saniyede sekiz bin ila dokuz bin metrelik (saatte yirmi dokuz bin üç yüz dört kilometre; saatte on sekiz bin iki yüz sekiz mil) egzoz hızına ulaşır.
Nükleer-Elektrik İtki (NEP): Derin Uzay İçin Tutarlı İtki
Nükleer-Elektrik İtki (NEP) kavramları, itici gazı (ksenon gibi) iyonize etmek için manyetik alanlar oluşturan ayrı bir Hall Etkisi iticisine (İyon motoru) elektrik üreten bir fisyon reaktöründen oluşur. Bu, daha az başlangıç ivmesi ancak zamanla çok daha tutarlı bir itki sağlayarak nozullardan geçirilir ve bin beş yüz ila on bin saniyelik Isp’ye, on beş bin ila yirmi beş bin lbf’ye ve saniyede on dört bin yedi yüz on ila doksan sekiz bin altmış yedi metrelik (saatte elli iki bin dokuz yüz elli altı ila üç yüz elli üç bin kırk kilometre; saatte otuz iki bin dokuz yüz beş ila iki yüz on dokuz bin üç yüz yetmiş mil) egzoz hızına olanak tanır.
Project Rover ve VASIMR Motoru: Nükleer Uzay Uçuşuna İki Yol
ABD’de nükleer roket motoru çalışmaları, ABD Ordusu ve Atom Enerjisi Komisyonu’nun Project Rover’ı başlattığı 1955 yılında başladı. Bu NTP konsepti, bir fisyon reaktörünü sıvı-hidrojen itici gazıyla eşleştirerek bir roketin üst aşamasına güç sağlamayı planlarken, ikinci aşama güçlendirici geleneksel kimyasal itici gaza güveniyordu.
1977’de, yedi Uzay Mekiği uçuşunun gazisi olan astronot Franklin Chang-Diaz, Değişken Özgül İtkili Magnetoplazma Roketi (VASIMR) olarak bilinen bir nükleer motor konsepti üzerinde çalışmaya başladı. Chang-Diaz, bu nükleer güçle çalışan helikon motoru (plazmayı hızlandırmak için manyetik hücrelere dayanan) fikrini MIT’de yüksek lisans öğrencisiyken tasarladı. Süreç, nötr hidrojen itici gazının enjekte edilmesi ve üç manyetik hücre tarafından işlenmesinden oluşur.
Gaz ilk hücrede iyonize edilir, ardından ikinci hücrede radyo dalgaları tarafından ısıtılarak elli bin santigrat derecenin (doksan bin otuz iki Fahrenheit derece) üzerindeki sıcaklıklara ulaşır ve erimiş bir plazmaya dönüşür. Bu plazma daha sonra, plazmayı itki sağlayan bir egzoza yönlendiren üçüncü manyetik hücreye (manyetize bir nozul) enjekte edilir. 1993 yılına gelindiğinde, Chang-Diaz ve meslektaşları, NASA Johnson Uzay Merkezi’ndeki Gelişmiş Uzay İtki Laboratuvarı’nda (Eagleworks Laboratuvarları) motor üzerinde çalışmaya devam etti.
2005 yılında Chang-Diaz ve birkaç meslektaşı, Houston, Teksas’ta Ad Astra Rocket Company’yi kurdu. 2015 yılına gelindiğinde NASA, gelecekteki NASA görevleri için yüksek güçlü elektrikli itki geliştirmek üzere Next Space Technologies for Exploration Partnerships (NextSTEP) Programı aracılığıyla şirketle ortaklık kurdu. Böyle bir sistem, teorik olarak, transit sürelerini sadece otuz dokuz güne indirerek derin uzay yolculuğuyla ilişkili tehlikeleri büyük ölçüde azaltabilir.
Bununla birlikte, ne bir NTP, NEP ne de bimodal konsept, Proxima Centauri’ye ulaşmak için uygun bir araç olmayacaktır. İlgili mesafeler göz önüne alındığında, bir nükleer roketin sisteme varması ve bildiğimiz Dünya benzeri tek gezegeninin yörüngesine yerleşmesi kabaca bin yıl alacaktır. Bir milenyumu beklemeyi göze alabilir miyiz?
Project Orion: Terk Ettiğimiz Seksen Beş Yıllık Nükleer Darbe Uzay Gemisi
Savaş sonrası araştırmalar, ABD’de ilk yıldızlararası uzay aracı konseptini tasarladı. Her şey, Manhattan Projesi’nin iki yıl önce tamamlandığı Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda, Polonyalı-Amerikalı fizikçi Stanislaw Ulam’ın Nükleer Darbe İtkisi (NPP) için bir çerçeve önermesiyle 1946’da başladı. 1955’e gelindiğinde, kendisi ve Frederick Reines (aynı zamanda Manhattan Projesi’nde çalışmıştı), nükleer savaş başlıklarıyla çalıştırılan bir uzay aracı öneren gizli bir makale yazdı. Şöyle yazdılar:
“Mevcut raporda önerilen plan, araca önemli bir mesafede fırlatılan ve patlatılan bir dizi harcanabilir reaktörün (fisyon bombaları) kullanımını içerir; bunlar, temelde boş uzaydan oluşan harici bir ‘motorda’ gerekli enerjiyi serbest bırakır. Böyle bir yöntemle ilgili kritik soru, aracı parçalamadan veya eritmeden, bomba sıcaklıklarında serbest bırakılan nükleer gücün gerçek rezervlerinden yararlanma yeteneğiyle ilgilidir.”
1958’de, Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri ve Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı, Project Orion olarak bilinen bir NPP konseptini gerçekleştirmek için bir araya geldi. Projeye General Atomics’ten Ted Taylor ve fizikçi Freeman Dyson (Dyson Küresi’nin adını aldığı kişi) liderlik etti. Aynı yıl, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) kuruldu ve programın kontrolünü devraldı. Orion yıldızlararası yolculuk için tasarlanmamış olsa da, Dyson ve meslektaşları Orion uzay aracının bu potansiyele sahip olduğunu kabul etti.
Aslında Dyson, hidrojen bombalarıyla donatılmış bir Orion uzay aracının (bunlar da bu dönemde ortaya çıktı), patlama ile uzay aracı arasında yüzde yirmi beş enerji verimliliğiyle yüz bin saniyelik bir Isp’ye ulaşabileceğini gösteren hesaplamalar yaptı. Bu, bu konfigürasyondaki bir Orion uzay aracına saniyede dokuz yüz seksen bin metrelik (saatte üç virgül beş yüz yirmi sekiz milyon kilometre; saatte iki virgül bir yüz doksan iki milyon mil) veya ışık hızının yüzde üç virgül üçü kadar bir tepe hızı sağlayacaktı. Bu hızda, bir Orion uzay aracı Proxima Centauri’ye ve onun karasal gezegenine yaklaşık yüz yirmi dokuz yılda ulaşabilirdi.
Konfigürasyona ve kütle oranına bağlı olarak, uzay aracı tahmini olarak ışık hızının yüzde beşi kadar bir hıza bile ulaşarak yolculuğu yaklaşık seksen beş yıla indirebilirdi. Ancak projenin fiyat etiketi aşırı derecede pahalıydı ve nükleer cihazların kullanımı önemli endişelere yol açtı. Başlangıçta plan, Orion’un Dünya’dan havalanmasını içeriyordu; bu da atmosferik patlamalardan tehlikeli miktarda serpinti üretecekti. NASA projeyi devraldığında, bu plan, uzay aracını uzaya kaldırmak için birden fazla Satürn V roketi kullanılması lehine rafa kaldırıldı.
Bununla birlikte, bir Orion uzay aracının boyutu ve kütlesi—üç yüz ila dört yüz bin metrik ton (üç yüz otuz ila dört yüz kırk bin dokuz yüz yirmi beş ABD tonu)—gerçekçi bulunmadı. Konu, 1963’te nükleer silahların uzayda, atmosferde veya su altında test edilmesini yasaklayan Kısmi Nükleer Test Yasağı Anlaşması’nın kabul edilmesiyle tamamen sona erdi. Bu, Project Orion’u ve NPP ile ilgili tüm araştırmaları fiilen sonlandırdı. Bu noktadan sonra NASA, gezegenler arası yolculuk amacıyla nükleer roketler geliştirmeye kararlı kaldı.
Nükleer İtki Hayalinden Geriye Ne Kaldı?
Gördüğünüz gibi, Soğuk Savaş ve Uzay Çağı, son yıllarda bir tür rönesans yaşayan nükleer itki sistemleri konusunda gerçekten ilginç araştırmalar getirdi. Ne yazık ki, şu anda masadaki tüm konseptler, en önemlisi NASA ve diğer uzay ajanslarının önümüzdeki on yıllarda Mars’a göndermeyi umduğu insanlı görevler olmak üzere, gezegenler arası görevler için tasarlanmıştır. Yine de, Project Orion rafa kaldırıldığından beri NPP araştırmalarına yeniden bir ilgi olmuştur.
Ve aynı dönemde (ve o zamandan beri) dikkate alınması gereken başka birçok konsept ortaya çıktı. Bunlar önümüzdeki birkaç gün ve hafta içinde yayınlanacak. Yolculuğumuzdaki bir sonraki durak: Füzyon İtkisi! Bizi izlemeye devam edin!
Ancak şunu bir düşünün: Nükleer roketler Proxima Centauri’ye ulaşmak için bin yıl gerektiriyorsa ve Orion bunu seksen beş ila yüz yirmi dokuz yılda yapabiliyorsa, hangi itki yöntemi bunu bir insan ömrüne indirebilir? Füzyon itkisi—veya daha egzotik konseptler—sonunda yıldızlararası yolculuğu mümkün kılabilir mi? Cevaplar, insanlığın yıldızlar arasındaki geleceğini belirleyebilir.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Yıldızlara Seksen Beş Yılda Ulaşma Teknolojisine Sahiptik—Peki Neden Onu Gömdük?
Kaynaklar:
- National Aeronautics and Space Administration. “Nuclear Propulsion for Deep Space Exploration.” NASA Technical Reports Server, 2019.
- Dyson, Freeman. “Interstellar Transport.” Physics Today, cilt 21, sayı 10, 1968, s. 41–45.
- Chang-Diaz, Franklin R. “The VASIMR Engine: Concept, Development, and Future Applications.” Journal of Propulsion and Power, cilt 16, sayı 5, 2000, s. 806–813.
- Ulam, Stanislaus, ve Frederick Reines. “Nuclear Pulse Propulsion.” Los Alamos National Laboratory Raporu, 1955.
- “Project Orion: A History of the Nuclear Pulse Propulsion Program.” U.S. Air Force Historical Research Agency, 1964.
- NASA Exoplanet Archive. “Confirmed Exoplanets Statistics.” California Institute of Technology, 2024.
Yıldızlara Seksen Beş Yılda Ulaşma Teknolojisine Sahiptik—Peki Neden Onu Gömdük?