Azıcık uzay

Yakında uzay çalışmalarında bir ilk gerçekleşecek. Bir uzay aracı (Dawn) uzaktaki bir gök cismine (asteroid Vesta) gidecek, yörüngesine girip incelemelerde bulunacak ve sonra oradan ayrılıp başka bir gök cismine (cüce gezegen Ceres) yol alacak. Daha önce çok hedefli uzay yolculukları ancak bir gezegenin “yakınından geçme” ve onun çekim alanından yararlanarak yörünge değiştirip başka gezegene yönelme şeklinde oluyordu.

Bu olayın gerçekleşmesi, gelmiş geçmiş en yüksek verimli roket olan “ion propulsion – iyon itki” roketleri ile mümkün olacak. Bu roketlerin verimi kimyasal yakıtlı roketlere göre hayli yüksek. Bu sayede uzay aracında taşınması gereken yakıt miktarı %90’a varan oranda azaltılabiliyor. “İyon itki roketi” bir gazın atomlarının elektriksel olarak yüklenip yani iyonlaştırılıp (güneş kolektörlerinde elde edilen elektrik alanıyla) hızlandırılarak gidilmek istenen yönün tersi istikamette saniyede 40km hızla fırlatılması prensibi ile çalışıyor. Halen ticari uydularda ayar ve manevra için bu tür roketler kullanılıyor.

Peki, madem böyle harika roketler var, neden uzay çalışmalarında hep bunları kullanmazlar diyebilirsiniz. Bu roketleri otomobil motorlarıyla karşılaştırırsak şunu söyleyebiliriz: size yolda patinaj çektirecek kadar güçlü değildirler, sadece ekonomiktirler.

Üzerinde yaşadığımız Dünya, evreni algılama şeklimizi hayli yüksek oranda koşullamıştır. Yerçekimi, yoğun atmosfer ve sürtünme kuvvetleri nedeniyle biz cisimleri genelde “durağan” olarak algılarız. Bir cisim ittirilip veya atılıp hareketli hale getirilse de bir süre sonra duracaktır. Çünkü çevrede yoğun olarak onu durduracak koşullar mevcuttur. Bu, Newton’un hareket yasalarını algılamamızda sorun oluşturur. Uzayda durum bundan oldukça farklıdır.

Bu yasalara göre bir cisme bir kuvvet uygularsanız, yani sözgelimi onu iterseniz, cisim hareket eder ve durdurmak için ters yönde bir kuvvet uygulanmadıkça o cisim hep o yönde gider. Uzayda olan budur ve en küçük bir itmenin etkisi daha sonra dengelenmedikçe sonsuza kadar sürer. Astronotların uzay gemilerinden ve uydulardan çıkarak yaptığı uzay yürüyüşlerinde araca bağlı olmak bu yüzden çok önemlidir.

Bir iyon itki motoru yaklaşık 4 kg ağırlığında ve bir basketbol topu büyüklüğündedir. Oluşturdukları maksimum kuvvet, bir defter sayfasının ağırlığı kadardır. Televizyonlarda ve filmlerde gördüğünüz roket atma görüntülerinin aktörleri bu motorlar değildir. Onlar “Delta II Heavy” gibi 100 ton itme gücünde, 1 – 2 dakika çalışıp emekliye ayrılan, 50 milyon dolar değerinde 200 tonluk çöp bidonu haline dönüşen ama uzay aracını atmosferin ve dünyanın çekim alanının dışına ya da yörüngeye taşıyan roketlerdir. Bir-iki dakikalık ömür süreleri içinde yaktıkları yakıt kendi ağırlıklarının yaklaşık 10 katıdır.

“Dawn” dünyanın çekiminden çıkıp fırlatma roketinden ayrıldıktan sonra iyon itki motorlarından biri devreye girecek ve asteroid kuşağına doğru 5, 5 yıl sürecek 3 milyar kilometrelik yolculuk başlamış olacak.

Dawn’ın, başlangıç hızını 100 km/saat arttırması için 4 gün gerekecek. (Ferrari F430 bunu 3, 7 saniyede, VW Polo 12, 2 saniyede yapıyor) Ama çok yüksek verimi sayesinde dört gün süresince sadece 1 kilogram yakıt (xenon gazı) tüketecek. Bir yıllık tam gaz hızlanmanın sonucunda Dawn 8800 km/saat hızlanmış olacak ve sadece 57 litre yakıt tüketmiş olacak.

Beş buçuk yıl sonra hedefe varıldığında Dawn’ın hızındaki artış 37000 km/saat’e ulaşmış olacak.

Asteroidler kuşağındaki ikinci en büyük cisim olan Vesta’nın etrafında bir süre (tabi ki yavaşlamadan) dönüp incelemeler yapacak olan Dawn, daha sonra Vesta’dan ayrılacak ve 1, 6 milyar kilometre ötedeki Ceres’e yönelecek.

Bu, eksozu bir tutam mavi ışık huzmesi olan bir motor için oldukça iyi bir performans değil mi?

İyon itki motorunda pozitif yüklü iyonları attıkça kendisi negatif elektrikle yüklenmesin diye buna eş elektrik yükünde elektronu uzaya salacak bir de “neutraliser” bulunuyor. Bu önlemin “yolda Dawn’a kazayla değecek kişilerin çarpılması” dışında bir nedeni var ama doğrusu ne olduğunu ben bilmiyorum.

Kaynak : JPL-NASA bilgilendirme servisi