Bir yıldızlararası araç için çeşitli tasarımlar ve sevk sistemleri önerilmiştir.
-Güneş yelkeni
-Nükleer roket
-Ramjet füzyonu
-Nanogemiler
*Nükleer Roket
Bilim insanları bir uzay gemisini sevk etmek için nükleer enerji kullanmayı da düşündüler. 1953 yılından başlayarak, Amerika Birleşik Devletleri Atom Enerjisi Komisyonu, atom reaktörleri taşıyan roketleri ciddi olarak düşünmeye başladı; işe Rover Projesi ile başladılar. 1950'lerde ve 1960'larda, nükleer roketler ile deneyler çoğunlukla başarısızlıkla sonuçlandı. Bu roketler kararsız olma eğilimi gösteriyorlardı ve doğru bir şekilde başa çıkılamayacak kadar karmaşıktılar. Ayrıca, sıradan bir fisyon reaktörü bir yıldız gemisini sevk etmeye yetecek kadar enerji üretemez; bunun doğruluğu kolayca gösterilebilir. Tipik bir nükleer güç santrali bir milyar watt kadar bir enerji üretir, bu yıldızlara ulaşmak için yeterli değildir.
Ancak 1950'li yıllarda, bilim insanları bir uzay gemisini sevk etmek için, reaktör yerine, atom ve hidrojen bombaları kullanmayı önerdi. Bir yıldız gemisi, arka tarafından bir dizi atom bombası bırakacak, bunlar da bir dizi güçlü X-ışını patlaması yaratacaktı. Oluşan şok dalgası ise yıldız gemisini ileri itecekti.
1959'da, General Atomics'ten fizikçiler, Orion'un gelişmiş bir modelinin 8 milyon ton ağırlığında ve 400 metre çapında olacağını ve 1000 hidrojen bombası ile güçlendirileceğini tahmin ettiler.
Orion Projesi'nin ateşli savunucularından biri fizikçi Freeman Dyson'dı. "Benim için, Orion tüm Güneş Sistemi'ni hayata açmak anlamına geliyordu. Bu tarihin akışını değiştirebilirdi." diye konuşmuştu. Ayrıca, bu atom bombalarından kurtulmak için uygun bir yol olurdu. "Bir seyahat ile 2000 bombadan kurtulmuş olacaktık." diye eklemişti Dyson.
Orion Projesi'ni öldüren şey, nükleer silahların dünya üstündeki testlerini yasaklayan 1963'ün Nükleer Test Yasağı Anlaşması oldu. Fizikçiler testler olmadan Orion'un tasarımını geliştiremezlerdi ve fikir öldü.
*Ramjet Füzyonu
Bir diğer nükleer roket önerisi Robert W. Bussard tarafından 1960'ta yapıldı, sıradan bir jet motoruna benzeyen bir füzyon motoru tasavvur etti. Bir ramjet motoru, bir "kepçeyle" ön tarafından aldığı havayı içerdeki yakıt ile karıştırır. Hava ve yakıt karışımının ateşlenmesiyle, itme yaratan kimyasal bir patlama meydana gelir. Bussard, bir füzyon motoru için de aynı temel ilkeyi uygulamayı düşündü. Ramjet füzyon motoru, ön tarafından hava değil, yıldızlararası uzayın her yerinde bulunan hidrojjen gazını kepçeyle içeri alacaktı. Hidrojen gazı sıkıştırılacak ve elektrik ve manyetik alanlar ile ısıtılacaktı, ta ki hidrojenler helyuma dönüşmek için birleşene kadar. Bu süreçte muazzam miktarlarda enerji serbest kalacak, bu da gerekli itmeyi sağlayacak bir patlama yaratacaktı. Uzayda bitmez tükenmez bir hidrojen kaynağı bulunduğundan, böyle bir ramjet füzyon motoru muhtemelen sonsuza kadar çalışabilirdi.
Ramjet füzyon roketi tasarımları bir dondurma külahına benzerler. Kepçe hidrojen gazını toplar ve onu, ısıtılıp diğer hidrojen atomlarıyla birleştirileceği, motora gönderir. Bussard, 1000 tonluk bir ramjet motorunun saniye kare başına 9,8 metrelik bir ivme sağlayabilmesi halinde (ki bu Dünya'da hissedilen kütleçekim ivmesidir), onun yalnızca bir yıl içinde ışık hızının %77'sine yaklaşacağını hesapladı. Ramjet motoru sonsuza kadar çalışabileceğinden, onun galaksimizden ayrılması ve Dünya'dan 2 milyon ışık yılı uzakta olan Andromeda galaksisine ulaşması, roket gemisindeki astronotların, kuramsal olarak, yalnızca 23 yılını alacaktır. (Einstein'ın görelilik kuramına göre, zaman hızlanan bir rokette yavaşlar, böylece Dünyada milyonlarca yıl geçmiş olmasına karşın, astronotlar yalnızca 23 yıl yaşlanmış olacaklar.)
Ramjet motorunun karşı karşıya olduğu birkaç problem vardır. İlk olarak, yıldızlararası uzayda ağırlıklı olarak proton bulunduğundan, füzyon motorunun saf hidrojen yakması gerekir, ama bu yeterince enerji üretmez. (Hidrojenleri birleştirmenin birçok yolu vardır. Dünya'da tercih edilen yöntem, döteryum ve trityumu birleştirmektir. Ancak, dış uzayda hidrojen tek bir proton olarak bulunur, bu nedenle ramjet motorları yalnızca proton-proton birleştirmesi yapabilir, bu ise döteryum-trityum füzyonu kadar enerji üretmez.) Buna karşın, Bussard, yakıt karışımına eklenecek bir miktar karbonun katalizör gibi davranacağını, sonuçta muazzam miktarlarda enerji yaratacağını ve bunun da bir yıldız gemisini sevk etmeye yeteceğini gösterdi.
İkinci problem, yeterli miktarda hidrojeni toplaması gereken kepçenin devasa bir boyutta, 160 kilometre mertebesinde, olma zorunluluğudur; bu yüzden kepçenin uzayda monte edilmesi gerekmektedir.
Hala çözülmemiş bir başka problem daha var. Mühendisler Robert Zubrin ve Dana Andrews 1985'te, ramjet motorunun maruz kaldığı sürtünmenin nedeni, geminin hidrojen atomlarından oluşan bir ortamda hareket ederken karşılaştığı dirençtir. Yine de, bu iki mühendisin hesapları ciddi ölçüde, geleceğin ramjet tasarımları için geçerli olmayabilecek belirli varsayımlara dayanır.
Halihazırda, bizler füzyon sürecini ( ve uzaydaki iyotlardan kaynaklanan sürtünmenin etkilerini) daha iyi kavrayana kadar, ramjet füzyon motorları hakkında son söz söylenemez. Ancak bu mühendislik problemleri çözülebilirse ramjet füzyon roketi kesinlikle final listesinde yerini alacaktır.
*Antimadde Roketleri
Çok farklı diğer bir olasılık, uzay gemisine enerji sağlamak için evrenin en büyük enerji kaynağını, antimaddeyi, kullanmaktır. Antimadde, maddenin zıt yüklü karşıtıdır; örneğin, bir elektronun negatif yükü vardır, ama bir antimadde elektronun, yani pozitronun, pozitif yükü vardır. Antimadde, sıradan madde ile temas ederse yok olur. Aslına bakarsanız, bir çay kaşığı antimadde, tüm New York kentini yok edebilecek enerjiye sahiptir.
Antimadde o kadar güçlüdür ki Dan Brown, Melekler ve Şeytanlar adlı romanındaki kötü insanlara, İsviçre'nin Cenevre şehri dışındaki CERN'den çalınan antimaddeyi kullanarak bir bomba yaptırır; amaçları Vatikan'ı havaya uçurmaktır. Verimi yalnızca %1 olan bir hidrojen bombasının aksine, bir antimadde bomba, Einstein'ın E=mc2 denklemine uygun olarak , maddeyi tümüyle enerjiye dönüştürecek ve %100 verimli olacaktır.
Antimadde, prensip olarak, bir yıldız gemisi için ideal roket yakıtını sağlar. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden Gerald Smith, 4 miligram antimaddenin bizi Mars'a götürmeye yeteceğini tahmin ediyor. Antimadde, bire bir karşılaştırılırsa roket yakıtından bir milyar kat daha fazla enerji serbest bırakır. Bir antimadde motoru oldukça basit görünümlü olacaktır. Siz yalnızca roket haznesine ardı ardına antimadde parçacıkları bırakacaksınız, orada bunlar sıradan madde ile birleşecekler ve haznenin bir diğer ucundan itme oluşturarak dışarı atılacak.
Biz bu hayalden oldukça uzağız. Fizikçiler şimdiye kadar antielektronları ve antiprotonları ve bir antiproton etrafında dolaşan bir antielektrondan oluşan antihidrojenleri oluşturabildiler. Bu CERN'de ve aynı zamanda Chicago dışındaki Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvar'ndaki Tevatron yapıldı. (Tevatron, CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndan sonra gelen, dünyadaki en büyük ikinci atom çarpıştırıcısı, ya da parçacık hızlandırıcısıdır.) Her iki laboratuvardaki fizikçiler, belirli bir hedefe bir yüksek-enerjili parçacık ışını çarptırdılar ve sonuçta antiproton içeren bir birikinti sağanağı oluşturdular. Antimaddeyi sıradan maddeden ayırmak için güçlü mıknatıslar kullanıldı. Bu antiprotonlarla daha sonra yavaşlatıldı, bu antielektronların antiprotonlarla karışmalarına olanak sağladı ve sonuçta antihidrojen atomları yaratılmış oldu.
Antimaddenin pratik uygulanabilirliği hakkında uzun zamandır ve sıkı bir şekilde kafa patladan biri, Fermilab'da bir fizikçi olan Dave McGinnis'tir. Antimaddenin ürkütücü ekonomisi hakkındaki bilgileri, bana Tavatron'un yanında ayakta açıkladı. İstikrarlı miktarlarla antimadde üretmek için bilinen tek yolun, Tevatron gibi bir atom çarpıştırıcısı kullanmak olduğunun altını çizdi. Bu makineler son derece pahalıdırlar ve yalnızca küçük, ama çok küçük, miktarlarda antimadde üretirler. Örneğin, 2004'te, CERN'deki atom çarpıştırcısı 20 milyon dolarlık bir maliyetle, bir gramın birkaç trilyonda biri kadar antimadde üretti. Bu oranla giderse bir yıldız gemisine güç sağlamaya yetecek kadar antimadde üretmek, tüm dünyanın ekonomisini iflasa sürükleyecektir. McGinnis, antimadde motorlarının olasılık dışı bir kavram olmadığını vurguladı. Bunlar kesinlikle fizik yasaları bünyesindedir. Ancak, bir antimadde motorunun yakın gelecekte yapılabilme maliyeti çok fahiş olacaktır.
Antimaddenin yanına yaklaşılmaz derecede pahalı oluşunun bir nedeni, onu üretmek için gereken atom çarpıştırıcılarının o dillere düşmüş pahalılığıdır. Ancak, bu atom çarpıştırıcıları çok amaçlı makinelerdir, esas olarak egzotik atomaltı parçacıkları üretmek için tasarlanmışlardır, daha sıradan antimadde parçacıkları için değil. Bunlar ticari makineler değil, araştırma araçlarıdır. Bol miktarlarda antimadde üretecek yeni bir tür atom çarpıştırıcısı özel olarak tasarlanırsa maliyetlerin önemli ölçüde aşağı çekilebileceği akla yatkındır. Daha sonra, bu makineler seri olarak üretilirler ve böylece yüklü miktarlarda antimadde oluşturmak mümkün olabilir. NASA'dan Harold Gerrish, antimadde maliyetinin en sonunda miktogram başına 5000 dolara kadar inebileceğine inanıyor.
Bir diğer olasılık, dış uzayda bir antimadde göktaşı bulmaktır. Böyle bir nesne bulunabilseydi, bir yıldız gemisine güç sağlamaya yetecek enerjiyi sağlayabilirdi. İşin doğrusu, bir Avrupa uydusu PAMELA, özellikle dış uzayda doğal olarak oluşan antimaddeyi arayıp bulması için 2006'da fırlatıldı.
Uzayda büyük miktarlarda antimadde bulunursa onları toplamak için büyük elektromanyetik ağlar kullanılması düşünülebilir.
Sonuçta, yıldızlararası antimadde roketleri kesinlikle fizik yasaları içinde olmalarına karşın, maliyetleri aşağı çekmek yüzyılın sonunu bulabilir. Bu yapıldığında, antimadde roketi de herkesin yıldız gemisi final listesinde yerini alacaktır.
*Nanogemiler
Yıldız savaşları ya da Uzay Yolu dizileri özel efektleriyle gözlerimizi kamaştırdıkları zaman, aklımıza hemen devasa fütüristik, en son ileri-teknoloji ürünü aletlerle dolu bir yıldız gemisi gelir. Yine de bir diğer olasılık, muhtemelen bir dikiş yüksüğünden, bir iğneden daha büyük olmayan, hatta daha küçük olan, minik yıldız gemileri yapmak için nanoteknoloji kullanmaktır. Bir yıldız gemisi, Enterprise gibi devasa olmalı ve astronotlardan oluşan bir mürettebatın ağırlığını çekebilecek kapasitede olmalı diye önyargılara sahibiz. Ancak, bir yıldız gemisinin temel işlevleri nanoteknoloji ile küçültülerbilir, böylece yakın yıldızlara belki de milyonlarca nanogemi gönderilebilir ve muhtemelen bunların yalnızca bir kısmı başarılı olur. Bunlar yakındaki bir uyduya ulaştıklarında, kendilerinin limitsiz kopyalarını oluşturmak için bir fabrika yaratabilirler.
İnternet'in özgün yaratıcılarından biri olan Vint Cerf, yalnızca Güneş Sistemi'ni değil, en sonunda yıldızların kendilerini de keşfedebilecek küçük nanogemiler tasavvuf ediyor. "Güneş Sistemi'nin keşfi, küçük ama güçlü, nano-ölçekte araçların yapılmasıyla daha etkili bir şekilde yapılabilir; bunların komşu gezegenlere ve haberleşme uydularına ulaştırılması ve onların yüzeyleri üzerine, yüzey altlarına ve atmosferlerine bırakılmaları kolay olacak. ... Bu olasılıklar yıldızlararası keşiflere de genişletilebilir." diye konuşuyor Vint Cerf. Doğada, memeliler yalnızca birkaç yavru yaparlar ve hayatta kalmalarını temin ederler. Böcekler ise büyük miktarlarda yavru üretirler, bunların yalnızca çok küçük bir kısmı hayatta kalır. Her iki strateji de bu türleri milyonlarca yıl hayatta tutabilir. Benzer şekilde, yıldızlara tek bir pahalı uzay gemisi göndermek yerine, her biri iki kuruşa mal olan ve çok az roket yakıtı gerektiren, milyonlarca küçük yıldız gemisi gönderilebilir.
Bu kavram, doğada bulunan çok başarılı bir stratejiden sonra şekillendi: Sürüler halinde hareket etmek. Kuşlar, arılar ve diğer uçan hayvanlar sürüler ya da kümeler halinde uçarlar. Sürünün emniyeti yalnızca çok sayıda olmalarından kaynaklanmaz, sürünün kendisi bir erken uyarı sistemi görevi de yapar. Eğer sürünün bir bölümünde tehlikeli bir kargaşa oluşursa bir yırtıcı hayvan saldırısı olursa örneğin, mesaj hızla sürünün geri kalanına iletilir. Sürü halinde hareket etmek enerji açısından da oldukça verimlidir. Kuşlar karakteristik bir V deseninde uçarlar, bu tertibin oluşturduğu hava akımı ve türbülans, her kuşun uçması için gerekli olan enerjiyi azaltır.
Bilim insanları bir sürüyü, tek bir bireyin yeteneklerinden bağımsız, kendine ait bir zekaya sahip olduğu görünen bir "süper organizma olarak sınıflandırırlar. Örneğin, karıncaların çok basit bir sinir sistemi ve minik bir beyinleri vardır, ama hep beraber karmaşık karınca yuvaları yapabilirler. Bilim insanları, doğadan alınan bu derslerin bazılarını bir araya getirmeyi, bir gün öteki gezegen ve yıldızlara yolculuk yapabilecek robot sürücüleri tasarlamayı umut ediyorlar.
Bu Pentagon tarafından yürütülen varsayımsal akıllı toz kavramına benzer: Minik bir alıcıya sahip milyarlarca parçacığın keşif amacıyla havaya gönderilmesi. Tek bir alıcı çok da zeki değildir, ama toplu halde dağ gibi bilgi aktarabilirler. Pentagon'un DARPA'sı, savaş alanında düşmanın konumunu izlemek gibi, olası askeri uygulamalar için bu araştırmayı finanse etti. 2007 ve 2009'da, Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri, önümüzdeki onyılları detaylandıran, (bugün her biri 4,5milyon dolara mal olan ) Predator insansız hava araçlarının gelişmiş sürümlerinden , bir güvenden daha küçük olan ve birkaç kuruşa mal olan minik alıcı sürülerine kadar her şeyin ana hatlarının belirlendiği, görüş belgesini yayınladı.
Dünya'dan Göç Etmek
2100 yılına geldiğimizde, büyük olasılıkla Mars' ve göktaşı kuşağına astronotlar göndermiş, Jüpiter'in uydularını keşfetmiş ve yıldızlara bir keşif aracı göndermek için ilk adımları başlatmış olacağız.
Ama insanlık ne olacak? Dış uzayda yeni bir yurt edinecek, Dünya nüfusunu rahatlatmak için uzay kolonilerine mi sahip olacağız? İnsan ırkı 2100 yılında Dünya'dan ayrılmaya mı başlayacak?
Hayır. Maliyetler göz önüne alındığında, 2100 yılında ve sonrasında bile, insan ırkını çoğunluğu diğer gezegenleri ziyaret etmek amacıyla bir uzay gemisine binmeyecek. Bir avuç astronot gezegenler arasında küçük karakollar yaratmış olsa da, insanlığın kendisi Dünya üzerinde sıkışıp kalmış olacak.
Dünya'nın önümüzdeki yüzyıllar içinde hala insanlığın yurdu olacağının göz önüne alınması, bir diğer soruyu akla getiriyor: Uygarlığın kendisi nasıl evrilecek? Bilim, yaşam tarzımız, mesleklerimizi ve toplumumuzu nasıl etkileyecek? Bilim refahın motorudur, öyleyse bilim, uygarlık ve zenginliği gelecekte nasıl şekillendirecek acaba?
[1]
Kaynaklar
- M. Kaku. (2014). Geleceğin Fiziği. ISBN: 9786055164676. Yayınevi: ODTÜ.
