Işık Hızına Yakın Hızlarda Yıldızlararası Yolculuğa İmkan Verebilecek İtki Sistemi: MEGA sürücü!

Mach Etkili Kütleçekimsel Yardımcı (MEGA) sürücü, itici yakıt olmadan itme kuvveti üretmek için tasarlanmış bir itki sistemidir. İtici yakıt kullanmak yerine, uzayda Güneş panellerinden veya bir nükleer reaktörden elde edilecek elektrikle çalışmaktadır.

Bu yöntemde, itme kuvvetini oluşturmak için bir dizi piezoelektrik kristal kullanılması hedeflenmektedir. Küçük miktarlarda enerji depolayan kristal yığını, elektrik akımı ile sıkıştırıldığında, saniyede on binlerce kez titreşir. Titreşim frekanslarının birkaçı, cihazda geçerken senkronize olur ve salınımlar tam olarak doğru şekilde senkronize edildiğinde, küçük sürücü ileri doğru bir atım yapar.

Bu mekanizma sayesinde elde edilen ufacık bir atım, ilk etapta yıldızlararası yolculuğu mümkün kılacak sihirli bir anahtar gibi görünmeyebilir; ancak bu ufacık sarsıntı kendini tekrar edecek biçimde sürdürülebilirse, bir uzay aracı, elektrik gücüne sahip olduğu sürece, itme kuvveti üretebilir (teorik olarak). Bu hızlanma, hidrojen veya oksijen yakan bir roketin çabucak hızlanması gibi gerçekleşmeyecektir; ancak uzun bir süre içerisinde, istikrarlı bir şekilde ve neredeyse durmaksızın hızlanmaya devam edebilir. Uzayın sürtünmesiz şartlarında bu tür bir hızlanma, son derece düşük masraflı ve Dünya yüzeyinde olandan çok daha kolay olacaktır. Öyle ki, uzay aracının bünyesine eklenecek bir nükleer reaktör, bir dizi MEGA sürücüye, uzay aracı ışık hızına yakın hızlara ulaşana dek elektrik enerjisi sağlayabilir.

Rozette Rago / Wired

Bu çalışma, fizik profesörü Jim Woodward'un 1997'de Lockheed Martin'deki çalışmaları hakkında bir sunum yapmasıyla adını duyurdu. Woodward'un geliştirdiği MEGA sürücü, kısa sürede hükümetin ve sektördeki araştırmacıların dikkatini çekti. Birkaç ay sonra Enerji Bakanlığı ve Sandia Ulusal Laboratuvarları'ndan yetkililer, Woodward'un laboratuvarını ziyaret ettiler ve çalışmanın durumunu incelediler. Ancak ne yazık ki maddi destekte bulunmayı tercih etmediler. Bu yüzden Woodward, lisansüstü öğrencisi Tom Mahood ve diğer birkaç iş arkadaşının yardımıyla, kendi başına ilerlemek zorunda kaldı.

Rozette Rago / Wired

2016 yılının eylül ayında Uzay Çalışmaları Enstitüsü tarafından düzenlenen konferansta Woodward ve çalışmaya sonradan katılan yakın meslektaşı Fearn, elde ettikleri heyecan verici sonuçları paylaştı.

Rozette Rago / Wired

MEGA sürücü, cihaz için bir rekor olan birkaç mikronewton itiş kuvveti üretiyor gibi görünüyordu. Daha da iyisi, kendi laboratuvarlarında bir MEGA sürücü deneyen diğer üç araştırmacı, Woodward ve Fearn'ün gördüğü kadar olmasa da, itme kuvveti ürettiğini doğruladılar.

Her ne kadar birkaç mikronewton, modern bir roketin Dünya yüzeyinden fırlatılırken yere uyguladığı milyonlarca newton kuvvetin yanında bir hiç olsa da, umut vaat eden sonuçlara sahip olan bu çalışma, Woodward ve Fearn'e, NASA'nın Yenilikçi Geliştirilmiş Konseptler programında yer kazandırmak için yeterliydi. İkili, bu sonuçları sayesinde 2017 yılında NASA'dan 125.000$ hibe aldı. Bu, Woodward'un cihazı üzerinde çalışması için aldığı ilk fondu.

MEGA Sürücülü Bir Konsept Uzay Aracı Olan SSI Lambda Tasarlandı!

NASA hibesinin bir parçası olarak Woodward ve Fearn, hem iticilerinin performansını artırmak hem de onları pratik kullanıma sokmanın bir yolunu bulmakla görevlendirildiler. Bu nedenle yıldızlararası görev kavramları konusunda uzman olan fizikçi Marshall Eubanks ile yakın bir yıldız sistemine ulaşabilecek mürettabatsız bir uzay aracı tasarlamak için işbirliği yaptılar.

Uzay Çalışmaları Enstitüsü'ne (SSI) saygı duruşunda bulunan SSI Lambda adı verilen tasarımları, vücudundan bir ok üzerindeki tüyler gibi çıkıntı yapan üç ısı radyatörü ile çevrili uzun üçgen bir kirişten oluşan, yabancı görünümlü bir araç. Aracın ortasına yerleştirilen yaklaşık 1.500 ölçeklendirilmiş MEGA sürücü dizisi itme kuvveti sağlarken, küçük bir modüler nükleer reaktör ise iticilere güç sağlıyor. Ekip, NASA'ya sunduğu raporda tasarım hakkında şöyle yazıyor:

MEGA sürücü kullanan SSI Lambda uzay aracı, gerçekten itici kuvvet sağlayan bir uzay aracıdır. Sadece elektrik enerjisi tüketimi ile bir vakumda ışık hızına varan hızlarda hareket edebilir. Bugüne kadar yıldızlara seyahat etmek ve hedef sisteme fren yapmak için başka hiçbir başarılı yöntem ileri sürülmedi. Bizim sistemimizin fiziği, bunu mümkün kılmaya yetecektir.

NASA, MEGA Sürücü Çalışmasını İkinci Kez Ödüllendirdi!

2018'de ise NASA, Woodward ve Fearn'e 500.000$ değerinde büyük bir hibe verdi. Böylece çalışmalarını hızlandıran Woodward ve Fearn, 2019 yazından sonraki 6 ay cihazlarını daha fazla itme kuvveti sağlamak için zorlayarak geçirdiler.

Rozette Rago / Wired

Tüm bunlara rağmen, yıldızlararası yolculuk yapmak halen imkansız mı görünüyor? Birçok teorik fizikçi de sizinle aynı fikirde; ancak 2020 ilkbaharında Woodward, iticiyi monte etme şeklinin itme kuvveti üretmenin anahtarı olan senkronize titreşimleri azaltmak olduğunu fark etti ve yeni bir montaj yaptı. Sonuçlar hemen belli oldu: MEGA sürücü, düzenli olarak onlarca mikronewton itme kuvveti üretmeye başladı ve çok geçmeden 100 mikronewtondan daha fazla itme kuvveti üretiyor hale geldi. Bu, Woodward'un daha önce gözlemlediklerinden çok daha büyük bir kuvvetti! Woodward şöyle diyor:

Bunu birine söyleyeceğim günü göreceğimi hiç düşünmemiştim. 1-5 mikronewton aralığında mücadele ediyor olacağımızı düşünüyordum.

İkili, ilk kez MEGA sürücünün öne doğru savrulduğunu çıplak gözleriyle görebiliyordu! Elbette, sadece yarım milimetre kayıyordu; ama en azından görünürdü. "Ölçülen kuvvetteki muazzam artış karşısında şok oldum." diyen Fearn, başlangıçta hareketin cihazın dengesinin yeniden kalibre edilmesinden kaynaklanabileceğini düşündü ancak bu, cihazın ileriye doğru hareket edebilmesi için bilyeli yataklardaki sürtünmeyi aşacak yeterli gücü nasıl ürettiğini açıklamıyordu. Yani cihaz, gerçekten bir cismi ileri itmeyi başarabilir gibi gözüküyor!

MEGA sürücünün itme miktarı, bugün yörüngedeki en büyük uydu iticileriyle karşılaştırıldığında bile çok küçük. Ancak diğer mühendisler sonuçlarını doğrulayabilirse bu, yıldızlara insanlı bir görev için şimdiye kadarki en iyi bahsimiz olabilir.

Ama Salgın, Kaliforniya'yı Vurdu...

Şimdilik işler biraz aksamış gözüküyor. COVID-19 için yüksek risk kategorisinde olan Woodward, Kaliforniya'daki vakalar artmaya başladığında isteksizce Fullerton'daki laboratuarından ayrıldı ve eve döndü. Ancak salgının, kaydettikleri ilerlemeyi engellemesine izin vermeyecekti. Woodward, bir düzine kadar cihaz yaptı ve bunların bir kısmını Fullerton'daki ortak laboratuvarlarında test eden Fearn'e teslim etti.

Ellerinde bol miktarda yeni veri varken, artık sonuçlarını bağımsız olarak tekrarlayabilmeleri için cihazlarını diğer araştırmacılara vermeye odaklanmış durumdalar. 2020 sonbaharında, Toronto'daki bağımsız bir araştırmacı ve NASA ile bağlantılı bir deneyci olan George Hathaway'e bir cihaz gönderecekler.

Aynı zamanda Woodward, ABD Donanma Araştırma Laboratuvarı için ikilinin sonuçlarını tekrarlamaya çalışacak başka bir itici hazırladı. Maryland'deki Deniz Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı'ndan havacılık mühendisi Mike McDonald da bunu ilk deneyenler arasında olacak. McDonald, gelişmiş itki sistemlerini bağımsız olarak test etmek için kurulan dahili bir programın da yöneticisi. Her iyi deneyci gibi şüpheci -ama bu bir tür iyimser şüphecilik- olan McDonald, şöyle diyor:

Bunun (itme) gerçek olma ihtimalinin 10'da 1 ile 10.000.000'da 1 arasında olduğunu söyleyebilirim ve muhtemelen bu, yelpazenin en üst noktasına doğru. Ama bir şans, bunun çalıştığını bir hayal edin; bu harika olurdu. İşte bundan dolayı yüksek riskli, yüksek getirili işler yapıyoruz. Bilim yapmamızın nedeni budur.

McDonald, salgın hafifledikten sonra teste başlamak için laboratuvarının normal çalışmasına devam edeceği günü bekliyor. İlk adımın, Woodward'un deneylerini tekrarlamayı ve aynı sinyali gözlemleyip gözlemlemediğini görmeyi içereceğini söylüyor. Ardından, titreşim veya bileşenlerin termal genleşmesi gibi olası yanlış pozitif kaynaklarını ayıklamaya başlayacak. Bir test, cihazın bir seferde dakikalar veya saatler boyunca rezonans titreşim frekansında çalışmasına izin vermek olacaktır. Sinyal devam ederse, çalışıyor olma ihtimali yüksektir.

Yine de bir sorun var: Cihaz için doğru titreşim frekansının ne olduğundan kimse emin değil. Woodward ve Fearn, testlerini gerçekleştirdiklerinde geniş bir frekans yelpazesi arasında sadece bir rezonans frekansını geçtiklerinde itmeyi algılıyor. Ancak bu rezonans frekansı, cihaz ısındıkça sürekli değişiyor. Ayrıca deneysel düzene göre de değişiyor. Araştırmacılardan biri olan mühendis Chip Akins, rezonans frekansını değiştikçe izleyecek özel bir amplifikatör üzerinde çalışıyor. Böylece, Woodward ve Fearn frekanslar arasında geçerken anlık itme kuvveti üretmek yerine MEGA sürücü, teorik olarak sürdürülebilir bir itme kuvveti üretebilecek. En azından umut, bu yönde...

McDonald ve diğer araştırmacılar, Woodward ve Fearn'ün sonuçlarını tekrarlayabilirse bir sonraki büyük adım, cihazın uzayda gösterimi olacaktır. Woodward ve Fearn, iticinin uçuşa hazır bir versiyonunun bir yıl içinde bitirilmesini umuyor. Dünya etrafındaki küçük bir uydunun uzay gösterisi iyi giderse, bilim insanlarını daha iddialı görevler bekleyebilir.

Woodward'un cihazı çalışırsa bu, muhtemelen bir astronotun ömrü içinde başka bir yıldız sistemine ulaşabileceği ilk itki sistemi olacak.

Daha uzak bir gelecekte, ışıktan hızlı bir şekilde yıldızlararası yolculuğa imkan verebilecek bir diğer gelişmiş itki sistemi hakkında bilgi edinmek için şu yazımızı okuyabilirsiniz: "Işıktan Hızlı Yıldızlararası Yolculuk, Alcubierre Büküm (Warp) Sürüşü ile Mümkün Olabilir!"