Mars Yolculuğu ve Füzyon Roket Teknolojisi (Fusion Driven Rocket)

Bu Bence'de, NASA'nın Mars yolcuğunu kısaltmak için; Füzyon roket geliştirme projesinden bahsedeceğim.

Konu her zaman ki gibi gene mühendislik kısmı olacak ama Star Trek ya da Uzay yolu filmini biliyorsanız; Kaptan Kirk ve Yıldız Gemisi Atılgan'nın (Starship Enterprise), gerçek olduğunu düşünün? İşte bu teknolojide Kaptan Kirk, sanki Hollywood'dan çıkıp gerçek olması gibi bir şey :D Bu Bence'nin özeti bu aslında, dilerseniz gerisini okumayabilirsiniz çünkü; Gerçekten çok karmaşık yüksek bir mühendislik.

Ama kalbi Bilim ve Teknolojiyle atan, KS üyeleri için hizmette sınır yok diyerek devam edelim :D

Dünya ve Mars, Güneş etrafındaki yörüngelere bağlı olarak; 55 milyon km ve 400 milyon km arasında uzaklıkları değişen bir sistem içeresinde. Yani bugün, karayoluyla 100 km bile otomobille giderken, ortalama 1 saat sürüyor. Bu Mars yolcuğunun ne kadar zorlu, uzun bir mesafe ve ileri teknoloji ihtiyacı olduğunu açıklamaya yeterli.

İnsanlı Mars yolculuğu, klasik sıvı yakıt roket teknolojisiyle, 9 ay civarında hesaplanıyor. Bu kadar süre Uzay'da ve Uzay aracının içinde bir insan için çok ve bu kadar uzun süre gitmek için kullanılacak yakıt, Mars görevi için yapılan Uzay Mekiğinin, durmadan gidip-gelse bile ortalama 18 ay süren, uzun süre Uzay'da kalacağı için dayanıklı malzemelerden olması gerekir.

O yüzden, Mekanik mühendisliği gibi; Metalürji ve malzeme mühendisliği gerektiren bir konu yani işin özü; Oldukça yüksek mühendislikte klasik teknolojiyi aşan, maliyet ve riskli bir durum klasik sıvı yakıt roket teknolojisiyle.

Bunun için devrim niteliğinde olan Füzyon roket sistemi geliştiriliyor ve başarıya ulaşabilirse, Mars'a Astronotlu yolculuk 9 aydan, 1 ay gibi kısa süreye düşme olasılığı bulunuyor.

İşte bu heyecan verici ve devrim niteliğinde bir olay. Peki bu bBence'nin konusu, Füzyon roket teknolojisi nasıl bir mühendislik onu inceleyelim.

Füzyon enerjisinin doğrudan dönüşümü yoluyla nükleer tahrik

Sadece Mars yolcuğu için değil, insanlı uzay keşiflerinin ve uzay biliminin geleceği, uzaya daha hızlı ulaşmak için önemli ölçüde daha yetkin bir tahrik mimarisinin yapılmasına bağlı. Sadece NASA değil, kendisi gökten ışıklarla inen aziz gibi ortalıkta dolaşan, Elon Musk'ın öncülüğünde kurulan; Space X de buna dahil edebiliriz.

Nükleer enerjinin Uzay roketlerine entegrasyonu için çok geçerli bir nedeni var o da; Sıvı yakıt roket teknolojisiyle olan kimyasal yanma enerjisine kıyasla; Nükleer yakıtın büyük enerji üretmesi. NASA, Nükleer füzyon roket teknolojisi, elektrik ünitesi gücünün üretimine odaklanmış ve reaktör tabanlı bir Füzyon-Elektrik sisteminin Uzay uygulaması için çalışıyor.

Tabi ki bu teknoloji Nükleer tahrik barındırdığından, inanılmaz bir kütle ve ısı reddi problemi oluşturduğundan, uzay taşımacılığı için tamamen uygun değildir. Aslında birazda riskli bir teknoloji diyebiliriz.

Füzyon tahrikli roket, güç kaynağının enerjisini elektriğe dönüştürmeyi gerektirmeden doğrudan iticiye verdiği füzyon tahrikine devrim niteliğinde bir olaydır. Önemli bir tank aj ya da yedek yakıt tankı kütlesi gerektirmeyen katı bir lityum itici kullanılıyor. İtici gaz hızla ısıtılıyor ve yüksek egzoz hızına (30 km/s, Nasa hesaplaması) ulaşıyor. Tabiki bu hızlanma yapılan deneylerde, uzay aracı ile önemli bir fiziksel etkileşime sahip değildir, böylece rokete zarar gelmesini önlenmiş ve hem termal ısı yükünü hem de radyatör kütlesini sınırlamasına neden oluyor.

Tabi ki bunların operasyonel olması; füzyon koşullarını elde etmek için, metal folyoların manyetik olarak tahrik edilen bir plazma hedefine patlaması üzerine yapılan deneysel araştırma sonuçları yani; MSNW projesi ama bu konuda Bence'me sığmayacak konu, merak edenler; Magneto inertial fusion driven rocket project (MSNW) olarak araştırabilir.

NASA bu çalışmanın mantıksal uzantısını, yukarda yazdığım metal kabukları metal folyolaları veya astarları yalnızca Füzyon koşullarını sağlamak için değil, aynı zamanda itici olarak da fonksiyonda kullanan bir yönteme yol açtığını gözlemlemiş.

Birkaç düşük kütleli, manyetik olarak tahrik edilen metal astarlar(Kabuklar), radyal (Işınsal) ve eksenli olarak yakınlaştırıp ve hedef Füzyonu çevreleyen kalın bir kapak gibi bir şey düşünün ve Füzyon koşullarına sıkıştırmak için, gerilim ve akım arasındaki faz farkında gerilimin ileri yönde olması durumu olan; Endüktif olarak tahrik ediliyor.

Kapsülleyici, metal örtü tarafından emiliyor, böylece uzay aracını Füzyon işleminden izole ediliyor ve büyük radyatör kütlesine olan ihtiyacını ortadan kaldırıyor.

Bu enerji, pik manyetik alan sıkıştırırken yoğun Ohmik ısıtma ya da elektrotların teması diyeceğimiz, metal örtüyü buharlaştırmak ve iyonize etmek için yeterlidir. Bu sıcak, iyonize metal iticinin manyetik olarak yalıtılmış bir nozzeldan genişlemesi gerekir. Tabi ki bu Turbofan itkili savaş uçakların, fan motorundaki gazların yakılıp atılarak dışarı çıkan fan motor arka kısmındaki nozzle gibi düşünmemek gerek, çok daha büyük ve korkunç bir nükleer tahrikli itkinin oluşmasından bahsediyorum.

Füzyon enerjisinin doğrudan dönüşümü yoluyla Nükleer Tahrik teknolojisi, o yüzden çok yüksek bir enerji içerir. Ama bu Nükleer gücü bir Uzay mekiniğine entegre etmek, ayrı bence konusu olsa da; Astar Kinetik Enerjisi (Liner kinetic Energy), Astar Yakınsaması (Liner Convergence), mıknatıslanmış bir plazmanın, füzyon tahrikli sisteme astar sıkıştırmasının doğrulama testleri, görev mimarileri gibi konuların integral ya da bütünlük içinde analitik şekilde uygulanması gerekiyor.

Söz konusu yer Uzay'dan bahsediyoruz ve dünyadaki fizik, kimya, biyoloji gibi bir çok faktörün farklı koşullarının olduğu yer. Bu tür bir teknolojinin bir Uzay mekiğine mühendislikle sığdırmak entegre etmek bile ayrı bir konu çünkü; Nükleer tahrikli bir sistemi barındırıyor. Dünya'da, Nükleer tahrikli uçak gemileri, denizaltılar var ama aynı sistematikle çalışmıyorlar ve aynı koşullar içinde değiller.

Bir F-22 Raptor savaş uçağı bile, 2.3 mach hıza ulaşıyor ama Füzyon enerjisinin doğrudan dönüşümü yoluyla Nükleer Tahrik teknolojisiyle, ne kadar hıza ulaşacak? NASA bu konuda net bir hesaplama yapmadığı için; Henüz kavramsal ve teorik tasarımda olan güç sisteminden bahsettiğimiz için yazamıyorum. Ama Mars yolcuğunun, 55 milyon km ve 400 milyon km arasındaki, Güneş etrafındaki yörünge nedeniyle değişen uzaklığın; 9 aydan 1 aya düşüreceği teorisini sabit tutarsak, oluşacak hızı bir düşünün.

Sonuç olarak; Uzay yörüngesinde tahrik oluşturacak, Füzyon teknolojisinden ve Uzay yörüngesinde bu tahrik sistemini oluşturacak teknolojiden bahsediyoruz. Klasik gaz Türbinli Turbofan motordan bahsetmediğimiz için; şimdilik her şey net değil ama Mars yolcuğunun, 9 aydan 1 ay gibi bir süreye teorikte olsa düşmesi, inanılmaz bir olay diyerek Bence'mi bitiyorum.