Uzay Yolu’nun warp hızındaki yolculuklarını görüp uzayda yolculuk yapmanın çok kısa sürdüğünü düşünmüş olabilirsiniz. Fakat gezegenler arası seyahat oldukça uzun sürüyor. NASA ve diğer uzay ajanslarının Kızıl Gezegen’e gönderdiği araştırma araçları, varış noktalarına ulaşmadan önce uzayda yaklaşık yedi ay geçiriyor. İnsanların yapacağı yolculuk ise büyük ihtimalle daha uzun olacak, muhtemelen birkaç yıl sürecek.
Robotlardan farklı olarak gıda, su, oksijen ve dönüş için yeterli erzak gibi insan mürettebatının hayatta kalmak için ihtiyaç duyduğu bazı şeyler var. Bu yüklerin ağırlığı, bir uzay aracının hızını düşürebilir. NASA’nın yaptığı hesaplamalar, günümüzdeki teknolojiyle Mars’a yapılacak mürettebatlı ve çift yönlü (ayrıca yüzeyde zaman geçirilen) bir görevin iki ila üç yıl arası sürebileceğini gösteriyor. NASA’nın İnsan Keşif ve Operasyonları Görev Başkanlığına bağlı Mars Mimari Takımı’na önderlik eden Michelle Rucker, “Üç yılın makul bir süre olduğunu kesin şekilde biliyoruz” diyor.
Fakat NASA bu süreyi kısaltmak istiyor. Bu isteğin bir sebebi de, Mars’a yapılacak bir görevin insanlar için daha güvenli hale getirilmesi çünkü insan vücudunun uzay ortamında uzun zaman geçirmeye ne kadar iyi dayanabileceğini hâlâ bilmiyoruz. (Uzayda kesintisiz geçirilen süre rekoru 437 gün.) Uzay dairesi, daha hızlı uzay yolculuğunu mümkün kılabilecek yeni itiş teknolojileri geliştirme projelerine yatırım yapıyor.
Mars yolu dolambaçlı
Bilim kurgu aleminde bir uzay aracı Dünya’dan kalkar ve doğrudan Mars’a giderdi. Bu yörünge elbette daha hızlı bir yolculuk sağlardı. Fakat gerçek uzay yolculuğu, A noktasından B noktasına gitmekten çok daha karmaşık.
Cornell Üniversitesinde çalışan ve 2011’den 2013’e kadar NASA’da baş teknoloji uzmanı görevini yürüten uzayda yolculuk profesörü Mason Peck, “İstediğiniz bütün itiş gücüne ulaşırsanız, evrenimizde kütleçekim olduğu gerçeğini görmezden gelebilir ve Güneş sisteminde boylu boyunca ilerleyebilirsiniz” diyor. “Fakat böyle bir senaryo şu an için mümkün değil.”
Böylesine doğrudan bir yörünge söz konusu olduğunda, karşımıza bazı güçlükler çıkıyor. Bir uzay aracı Dünya’dan kalkarken, gezegenin kütleçekim etkisinden kurtulması gerekiyor ve bunun için epey bir itiş gücüne ihtiyaç duyuyor. Uzaya gittiğinde ise Dünya, Mars ve Güneş’in kütleçekim kuvvetleri uzay aracını farklı yönlere çekiyor. Yeterince uzakta olduğunda ise araç, Güneş’in etrafındaki yörüngeye yerleşiyor. Bu kütleçekime karşı gelmek için fazla yakıt gerektiren manevralara ihtiyaç duyuluyor.
Karşımıza çıkan ikinci güçlük, gezegenlerin sabit bir yerde kalmamaları. Her biri kendi hızında Güneş’in etrafında dönüyor: Örneğin uzay aracı fırlatıldıktan yedi ay sonra Mars, Dünya ile aynı uzaklıkta olmayacak.
Hal böyle olunca Mars’a giden ve yakıt açısından en verimli olan güzergâh, Güneş’in etrafında eliptik bir yörünge takip ediyor. Sadece gidiş yolu olan bu güzergâh, en iyi durumda yüzlerce milyon kilometreyi kapsıyor ve bir buçuk yıl sürüyor.
Fakat Kızıl Gezegen’e gönderilecek mürettebatlı bir görevin tasarlanması, bir uzay aracının oraya ne kadar hızlı gidip geri geleceğini hesaplamaktan daha fazlasını içeriyor. NASA’nın Mars Mimari Takımı’nda uzayda itiş lideri olarak çalışan Patrick Chai, durumun “denge” ile alakalı olduğunu belirtiyor. “Belli şeyleri nasıl en iyi hale getirebileceğimiz bağlamında vermemiz gereken bir sürü karar var” diyor Chai. “Örneğin zaman için performanstan nerede ödün verebiliriz? Eğer sadece tek bir ölçüte bakarsanız, o ölçüt için gerçekten harika olan ama diğer alanlarda sorun yaratabilen kararlar verebilirsiniz.”
Hız için verilen önemli ödünlerden biri de, araçta ne kadar şey olduğuyla ilgili. Mevcut teknolojiyle Mars’a gerçekleştirilen yolculuğu kısaltmak için yapılan her manevra daha fazla yakıt gerektiriyor.
Araba sürdüğünüz zaman, aracı hızlandırmak için gaza bastığınızı bilirsiniz. Aynısı bir uzay aracında da geçerlidir; tek fark fren ve dönüş yapmanın da yakıt gerektirmesi. Örneğin bir uzay aracının yavaşlaması için, iticilerini ileri doğru yaptığı hareketin ters yönünde ateşlemesi gerekir.
Fakat uzayda yakıt istasyonu bulunmaz. Daha fazla yakıt da araçta daha fazla kütle olması demektir. Daha fazla yakıt ise bu fazladan kütleyi havada itmek için daha fazla yakıt gerektirir… Rucker gidiş-geliş bir uzay görevi iki yıla indirildiğinde, bu ödünleşmenin üstel şekilde verimsizleşmeye başlayacağını belirtiyor. En azından günümüzdeki teknolojiyle.
Yolculuğu hızlandıracak yeni teknoloji
NASA, bu süreyi önemli oranda azaltabilmeyi istiyor. Uzay ajansı, 2018 yılında ufak, mürettebatsız görevleri Dünya’dan Mars’a 45 gün veya daha kısa sürede göndermeyi mümkün hale getirebilecek teknoloji sistemleri önerilmesini talep etti.
Bu öneriler o zamanlar fazla ilgi görmemişti. Fakat karşı karşıya kalınan güçlük, mühendislerin henüz var olmayan yenilikçi itiş sistemleri tasarlamasına ilham oldu. Şimdiyse NASA, önde gelen adayların geliştirilmesi için sermaye sağlamaya başladı. Uzay dairesi, gözünü özellikle nükleer itiş teknolojisine dikmiş durumda.
Uzay aracı şimdilik büyük oranda kimyasal itişe dayanıyor. “Temel olarak bir oksitleyici ve bir yakıt alıyor, bunları birleştiriyorsunuz ve bunlar tutuşuyor” diyor Chai. “Bu durum ısı meydana getiriyor. Isınan bu ürünü bir ağızdan hızlandırıp itiş üretiyorsunuz.”
Mühendisler, kimyasal bir rokete kıyasla nükleer tabanlı bir sistemin çok daha ufak miktarda yakıt ile daha fazla itiş gücü üretebileceğini onlarca yıldır biliyordu. Sadece henüz böyle bir roket yapamamışlardı; ancak bu durum değişmek üzere olabilir.
NASA’nın nükleer yatırım projelerinden birinde, deneysel bir uzay aracına nükleer termal bir motor eklenilmesi hedefleniyor. Ay Yörüngesindeki Atik Operasyonlar İçin Gösterim Roketi veya DRACO adını taşıyan program, ABD İleri Savunma Araştırma Projeleri Dairesi (DARPA) ile yürütülen bir işbirliği. Programda, ortaya çıkan teknolojinin 2027 yılı kadar erken bir tarihte tanıtılması hedefleniyor.
Fakat Mars’a yapılacak en hızlı yolculuk başka bir projeden gelebilir. Florida Üniversitesinde çalışan araştırmacıların bulduğu ve NASA’nın desteklediği bu fikirde, Chai’nin nükleer itişin “kutsal kasesi” adını verdiği şeye ulaşılmaya çalışılıyor: Nükleer termal itişi, elektrikli bir itiş türüyle birleştiren bir sisteme.
Florida Üniversitesinin Florida Uygulamalı Mühendislik Araştırmaları (FLARE) programında çalışan projenin lideri ve uygulama profesörü Ryan Gosse, “Birtakım ön analizler yürüttük ve görünüşe göre 45 güne epey yaklaşabiliyoruz” diyor. Fakat bir pürüz var: Bu süre hafif yüklü ve insansız uçuşlar için. Ancak proje başarılı olursa, teknolojinin gelecekte büyütülerek insanlı bir görevi desteklemesi sağlanabilir.
İki tip nükleer itiş bulunuyor ve ikisinin de iyi tarafları var. Isı kullanılan nükleer termal itiş, ufak miktarda yakıttan hızlı ve fazla miktarda itiş üretebiliyor. Yüklü parçacıkların kullanıldığı nükleer elektrikli itiş ise yakıt açısından çok daha verimli fakat itişi çok daha yavaş üretiyor.
“Uzayın derinliklerindeyken elektrikli itiş çok iyi çünkü itiş için bir sürü zaman var. Verim, litre başına km, yüksek itişten çok ama çok daha iyi” diyor Chai. “Fakat gezegenlerin etrafındayken, kütleçekimden çıkmak için o gücü de istersiniz.”
Fakat buradaki güçlük, şu an her iki teknoloji için de farklı tip nükleer reaktör gerekmesi. Ayrıca bu durum, nükleer bir itiş sistemi bulundurmanın verimliliğini düşüren iki ayrı sistem anlamına geliyor. Dolayısıyla Gesse ve araştırma takımı, her iki itiş tipini de tek sistemle üretebilen bir teknoloji geliştirmeye çalışıyor.
NASA’nın Mars mimarı takımı, kimyasal bir itiş sistemiyle gezegenlerin etrafında manevra yapan ve Güneş enerjili elektrikli itiş ile uzayın derinliklerinde itiş üreten çift modlu bir kavram üzerinde de çalışıyor.
“Araç takımı için farklı araçlar geliştiriyoruz” diyor Rucker. “Yapmak istediğimiz bütün bu keşifler için tek araç yeterli olmayacak. Bu yüzden hepsinin üzerinde çalışıyoruz.”
