Işık Yelkenlisi: Yelkenli Uzay Araçları Sayesinde Mars'a 20 Günde, Alpha Centauri'ye 20 Yılda Gidebiliriz!

Yıldızlararası yolculuğu, insan ömrü kadar kısa bir süre içinde gerçekleştirebilmek için muazzam hızlara ulaşmamız gerekmektedir. Bilim insanları, derin uzay araştırmaları için günümüz teknolojisini aşmaya gerek kalmadan, lazerle çalışan insansız yelkenli uzay araçlarını kullanmanın yeterli olabileceğini düşünmektedir.^[1] Avustralya Ulusal Üniversitesi bünyesinde yer alan Kütleçekimsel Astrofizik Merkezi'ndeki Uygulamalı Metroloji Laboratuvarları'ndan Dr. Bandutunga şöyle söylüyor:

Alpha Centauri ile Güneş sistemimiz arasındaki büyük mesafeyi aşabilmek için açık fikirli olmalı ve yıldızlararası uzay yolculuğu için yeni bir yol bulmalıyız.

Lazer itkili bu teknoloji; "yelkenli uzay aracı", "uzay yelkenlisi", "ışık yelkenlisi" gibi isimlere sahiptir. Bu isimlerden de anlaşılacağı üzere uzay yelkenlileri, deniz yelkenlileriyle benzer bir mantığa dayanmaktadır: Rüzgarın geleneksel yelkenlere itici güç sağlaması gibi, bu uzay aracının yelkenine de fotonlar itici güç sağlayacaktır. Bu fotonlar, Dünya merkezli bir lazer sisteminden sağlanabileceği gibi belli bir noktaya kadar Güneş ışığından da elde edilebilir.

Milyarder fizikçi Yuri Milner'ın Dünya dışı yaşamı keşfetmeye yönelik multimilyon dolar bütçeli Breakthrough Initiatives uzay araştırmaları programının bir parçası olan Breakthrough Starshot girişiminde çalışmalar yapan uzmanlar, lazer itkili bir yelkenli uzay aracı geliştirerek komşu yıldız sistemi Alpha Centauri'ye ulaşmayı hedeflemektedir. Aklınızda daha iyi canlanması için girişimin hazırladığı bir buçuk dakikalık kısa animasyon videosunu aşağıdan izleyebilirsiniz:

Alpha Centauri, Güneş sistemine en yakın mesafedeki yıldız sistemidir. Bu komşu yıldız sistemi, Dünya'dan 4 ışık yılı uzaklıkta bulunmaktadır. Başka bir deyişle bize en yakın yıldız sistemi, Dünya'dan 40.208.000.000 km (40 trilyon km) gibi akıllara durgunluk veren bir uzaklıkta yer alır.

Bugün uzun menzilli uzay yolculuğu için en hızlı ve en güvenilir teknoloji, NASA'nın DART görevi kapsamındaki uzay aracında kullanılan iyon iticisidir. Yeni nesil bu teknolojiyle saatte 24.000 km hıza ulaşılabilmektedir. Ancak elimizdeki bu iyon itki sistemiyle bile Alpha Centauri'ye ulaşmak için gereken süre 18.000 yılı bulacaktır.^[2]

Lazer teknolojisindeki yeni gelişmelere dayanan 100 milyon dolarlık bütçeye sahip bu girişimde yelkenli hafif bir uzay aracının, ışık hızının %20'sine ulaşan hızlarla yol alması hedeflenmektedir. Bu hızla Alpha Centauri'ye binlerce yıla kıyasla çok daha kısa bir sürede, sadece 20 yılda ulaşmak mümkün olacaktır.

Eğer bu uzay aracı, hedefine başarıyla ulaşırsa, Dünya'ya benzeyen ya da benzemeyen öte gezegenlerden elde edilen görseller gibi çeşitli bilimsel verileri Dünya'ya iletebilecektir. Bununla da sınırlı kalmayıp, daha fazla derin uzay görevinin gerçekleştirilmesinde cesaret verici ve öncü bir rol oynayacaktır. Bu sayede uzay araştırmaları alanında kısa vadede çok büyük kazanımlar elde edilebilir.

Yeterince Güçlü Işık Yelkenleri O Kadar Uzak Olmayabilir!

Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından 31 Ocak 2022'de yayımlanan bir çalışmada; mevcut ışık yelkeni teknolojisinin Güneş Sistemi ve ötesinde, görece küçük uzay araçlarına güç sağlamak için kullanılabileceği ve bu teknolojinin kısa vadede uzay araştırmalarındaki kazanımlarımızı çok büyük ölçüde artırabileceği öne sürülmektedir.^[3]

Starshot girişiminin karşılaştığı en büyük engellerden biri, derin uzayda yol alacak bir uzay aracının ışık yelkenine enerji sağlamak için Dünya'da 100 gigawatt kapasiteli 1.03 kilometrekarelik bir lazer dizisinin kurulmasının gerekmesidir. 100 GW gibi bir miktar, Dünya'nın bugünkü en büyük pilinin enerji kapasitesinin yaklaşık 100 katına eşittir. Araştırmacılar, bunun yapılabilmesi için henüz mevcut olmayan bir lazer teknolojisinin gerekeceğini düşünüyordu.

Kaliforniya Üniversitesi'nde yapılan çalışmaya göre ise 100 kilowatt ila 10 megawatt arasındaki bir çıktı ile 2.3 km genişliğindeki daha basit bir lazer dizisi de yeterli olabilir. Böyle bir lazer dizisi; uzay yelkenlisinin, geleneksel roketlerden veya iyon iticili uzay araçlarından çok daha yüksek hızlara ulaşmasına yetecektir. Ayrıca, çalışmada böyle bir teknolojik atılımla evreni keşfetme yeteneğimizin çok büyük ölçüde artabileceği vurgulanmaktadır. Kaliforniya Üniversitesi'nde malzeme bilimci ve yayımlanan makalede kıdemli yazar olan Artur Davoyan, Space.com ile yaptığı bir röportajda şöyle belirtiyor:^[4]

Bu tür lazer sistemleri, bugün nispeten küçük bir yatırımla inşa edilebilir. 100 gigawatt'lık bir lazer sistemine erişene kadar beklememiz gerekmemektedir.

Araştırmacılar, yayımlanan makalede şöyle söylüyor:

Çalışmamız, gezegenler arası hızlı ve düşük maliyetli derin uzay görevlerinin ilk adımıdır. Uzaya erişimi olmayan sıradan kişilerin bile artık sadece birkaç bin dolar harcayarak gerçek bir derin uzay görevi başlatabileceklerini ve aynı zamanda uzay araştırmaları için ortaya çıkabilecek yeni bir modeli öngörüyoruz.

Breakthrough Initiatives

Starshot girişimiyle son derece hafif bir yelkenli uzay aracının, Alpha Centauri'ye gönderilmesi planlanmaktadır. Yaklaşık 1 gram ağırlığındaki yelkenli bir uzay aracıyla, günümüz itki teknolojisine kıyasla çok daha yüksek hızlara ulaşmak mümkün olacaktır. Kütlesi çok az olan bu yelkenli uzay aracı, sadece iletişim ekipmanı ve bu görev için özel olarak tasarlanmış küçük bir kamera sistemi taşıyabilecektir.

Araştırmacılar, çalışmada benzer konsepte sahip yelkenli uzay araçlarının Güneş Sistemi'nin çevresinde belirli bir zaman diliminde ne kadar uzağa gidebileceğini de hesaplamıştır: Sadece 10 santimetre genişliğinde ve 0.9 gram ağırlığındaki bir yelkenli uzay aracının yaklaşık 180.000 km hıza ulaşabileceği ve böylesi bir hızla sadece 20 günde Mars'a ulaşılabileceği bulunmuştur. Karşılaştırmak gerekirse, NASA'nın Perseverance (Tr: "Azim") adlı keşif aracının Mars'a ulaşması 200 gün yani yaklaşık 7 ay sürmüştür. Uzay yelkenlilerini kullanarak bu süreyi 10 kat azaltmak mümkün görünmektedir.

Bununla birlikte yelkenli uzay aracının taşıdığı yük ve genel olarak kütlesi arttıkça, hedefe varma süresi de o kadar artacaktır. Yine de daha ağır yüklere sahip nispeten hafif bir yelkenli uzay aracı, geleneksel roketlerden ve iyon iticili uzay araçlarından daha yüksek hızlara ulaşacaktır.

LightSail 2: Pratik Bir Uygulama

Gücünü fotonlardan alan deneysel bir uzay yelkenlisi olan LightSail 2 adlı uzay aracı, enerjisinin tamamını Güneş'ten karşılayarak Dünya'nın yörüngesinde dolanmaktadır. LightSail 2 görevi; fotonların, yelkenli uzay araçlarına güç sağlayabileceğini kanıtlaması açısından önemli bir kilometre taşı olarak öne çıkmaktadır. Interesting Engineering ile yapılan bir röportajda Planetary Society başkanı Bill Nye, LightSail 2 görevinin beklentilerini tamamen "aştığını" ifade etmiştir.^[5]

Sonuç

Kaliforniya Üniversitesi'nin çalışmasıyla uzay yelkenlilerinin uzay araştırmalarının geleceğinde oynayacağı rol daha da önem kazanmıştır. Her ne kadar bizzat gidemeyecek olsak da, bir uzay aracının tarihte ilk defa başka bir yıldız sistemine, Alpha Centauri'ye vardığını görebiliriz ve oradaki yaşanabilir gezegenlerden elde edilen veriler, bizi oldukça şaşırtabilir. Hızla gelişen teknoloji ve bilim sayesinde büyük keşif ve gelişmeler vadeden bir zamanda yaşıyoruz. İnsanlık olarak, yıldızlararası bir tür olmaya sandığımızdan daha yakın olabiliriz!