Uzay Geminizin Gövdesi Delinirse Nasıl Tamir Edersiniz? Uzayda Kaynaklı Birleştirme Uygulamalarının Kısa Tarihi...

Uzay aracınızın gövdesinin görev esnasında delinmesi demek, hazırlıksız yakalanmanız durumunda hayattaki son 30 saniyeniz anlamına gelir.

• 1. saniye: Deriniz donarken, ciğerinizdeki tüm hava dışarı çekilir ve aynı anda kanınız baloncuklar çıkararak kaynamaya başlar.
• 5. saniye: Hücreleriniz tehlikeli mutasyonlar yaratan foton ve çeşitli parçacıklar tarafından her geçen saniye bombardımana tutulur.
• 10. saniye: Dış basıncın düşmesiyle vücudunuz aniden şişmeye başlar.
• 30. saniye: Dokularınızda hiç oksijen kalmadığı için dolaşım sisteminiz çöker.
• 31. saniye: Ölürsünüz.

Eğer şanslıysanız, uzayda korumasız ve oksijensiz şekilde geçirebileceğiniz süre 2 dakikayı bulabilir; ancak netice değişmez.

Uzay sadece son sınır değil, aynı zamanda en tehlikelisi. Bu yüzden, uzay aracı imalatlarında yapılan detaylı planlama, çok sıkı kontroller, en üst düzey güvenlik önlemleri ve en kaliteli malzeme kullanımına rağmen acil durumlar her zaman için yaşanabilir. İşte böyle bir acil durumda astronotlar (kozmonot, taykonot ve diğerleri) ile, bu çok da cazip olmayan 30 saniyelik son arasında duran bir tamir yöntemi var: Uzay Boşluğunda Kaynak Tekniği.

İlk Adımlar

Dış uzayda kaynak yapma fikri ilk olarak 1965 yılında Sovyet Uzay Programı'nın babası sayılan Sergey Pavlovich Korolev tarafından ortaya atıldı ve oldukça kuşkuyla karşılandı. O dönemde pek çok mühendis uzayda kaynaklı birleştirme uygulamasının imkansız olduğunu düşünüyordu - ki birleştirilecek metaller arasındaki sıcaklık değişimlerinin yüzlerce dereceyi bulduğu, gazların yayılma hızının olağanüstü yüksek olduğu derin vakum ve en önemlisi de yerçekimsiz (daha doğrusu "mikrokütleçekimli") ortam koşulları düşünüldüğünde bu endişeler pek de yersiz değildi.

Başlangıç olarak aynı yıl içinde Sovyet mühendisler, sıfır yerçekiminde kaynak yapmanın mümkün olup olmadığını test etmek için Tupolev TU-104 tipi bir yolcu uçağını laboratuvara dönüştürdüler. Bu şekilde serbest düşüş esnasında uçak içerisinde yerçekimsiz ortamı simule edebiliyorlardı. Her ne kadar bu süre 30 saniye kadar sürse de, deneyler için yeterliydi.

Sıradaki deney ise uzayda olacaktı. Fikrin ilk ortaya atıldığı tarihten sadece 4 yıl sonra, uzay yarışının altın yıllarından biri olan 1969'un 16 Ekim'inde Rus kozmonotlar Georgy Stepanovich Shonin ve Valery Nikolaevich Kubasov, Soyuz-6 (Союз-6) görevi sırasına mekiğin uçuş kontrol kapsülündeki havayı boşaltarak, vakum ortamında uzaktan kontrol edilebilen Vulkan isimli çok yönlü bir cihaz ile uzayda ilk kaynaklı birleştirme deneylerini yaptılar. Elektron Işın Kaynağı, Düşük Basınçlı Plazma Ark Kaynağı ve Elektrik Ark Kaynağı şeklinde 3 farklı yöntemi test eden Shonin ve Kubasov, bu sayede uzayda kaynak yapmanın ne kadar riskli olduğunu da ilk elden öğrenme şansı bulmuş oldular.

Space Rocket History

Kubasov test sırasında aşırı ısınan kapsül gövdesini neredeyse delecekti. Neyse ki gövde hasara dayandı ve bu ölümcül olabilecek hata da uzayda kaynak yapmanın karmaşıklığı ve acımasızlığı üzerine sadece bir uyarı olarak kaldı. Deneyler sonucunda titanyum, alüminyum ve paslanmaz çelik kaynakları, dünya üzerinde yapılanlarla kıyaslanabilecek sonuçlar verdi.

American Welding Society

Yapılan deneyler, bu yöntemler arasında Elektron Işın Kaynağı yönteminin yerçekimsiz ortamda en verimlisi olduğu gösterdi. Daha verimli inverterler (Solar paneller ve pillerden gelen doğru akımı alternatif akıma çeviren cihaz) üzerine çalışan Sovyet mühendisler, güneş panellerinin verimi üzerinde de önemli geliştirmeler yaptılar. Bu tür bir devre kullanmanın getirdiği en önemli dezavantaj olan voltaj düşüşünün önüne geçmek için devreye eklenmesi gereken transformatörler ile cihaz boyutları gittikçe büyüdü. Uzaya gönderilen her kilogram, fırlatma maliyetini ciddi şekilde artırdığından cihazın boyutları ve ağırlığının düşürülmesi için de ciddi çaba sarf edildi.

Soyuz-6, bize farklı kaynak yöntemlerinin uzay ortamında çalışabildiğini göstermiş olsa da, deneylerin gösterdiği bir başka gerçek de kaynaklı birleştirmelere etki eden parametrelerin uzayda kontrol edilmesinin çok daha zor olduğuydu. Mekiğin içinde veya dışında olması fark etmeksizin en ufak bir kaynak sıçrantısı bile yerçekimsiz ortamda büyük problem yaratmaktaydı.

Kısaca, bir yöntemin çalışıyor olması, ideal çözüm olduğu anlamına gelmiyordu.

Tekniğin Gelişimi

25 Temmuz 1984'e gelindiğinde, bir diğer Sovyet kozmonot Svetlana Savitskaya, Sovyet uzay üssü Salyut-7'ye (Салют-7) yapılan 7. insanlı uçuş olan Soyuz-T12 görevinde mekiğin dışına çıkarak, Kiev Paton Elektrik Kaynak Ensitüsü tarafından üretilen ve URI (Universal Hand Tool - универсальный ручной инструмент) olarak adlandırılan Elektron Işın Kaynak makinasıyla uzay boşluğunda çeşitli kaynaklı birleştirmeler yaparken, aynı zamanda uzay boşluğunda yürüyen ilk kadın olarak da tarihe geçti.

Promtehgaz

Burada bir parantez açarak ilgi çekici bir noktanın da altını çizmek isteriz: Rusların dünyaya kazandırdığı ve daha önceden detaylıca işlediğimiz kaynaklı birleştirme yöntemi, henüz icadının üzerinden bir yüz yıl dahi geçmeden yine bir başka Rus, üstelik kadın bir kozmonot tarafından oldukça başarılı bir uygulamayla dış uzaya taşınmış oldu.

URI, yapılan geliştirmeler neticesinde 750 watt'a kadar düşürülen enerji gereksinimi ile 2 kilogram ağırlığındaki tabancası ve toplamda sadece 30 kilogramlık ekipmanıyla o tarihten sonra uzay uçuşlarının vazgeçilmezi haline geldi. Cihaz MIR-2 (Мир-2) tipi büyük uzay istasyonlarında kullanılmak üzere düşünülmüş olsa da, Sovyetler Birliği'nin dağılmasıyla program askıya alındı ve planlar hiç bir zaman hayata geçemedi.

Yeni Uygulamalar

Günümüzde NASA ve Space X gibi organizasyonlar, uzayda kaynak yapmanın zorluklarından dolayı tamir bakım işlerinin çoğunu yeryüzünde gerçekleştiriyor ve uzay araçlarını alüminyum alaşımları, titanyum ve seramik gibi uzay yolculuklarına dayanabilecek malzemelerden üretiyor.

Yine de kaçınılmaz tamir işleri için Sürtünme Karşıtırma Kaynağı, Ultrasonik Karıştırma Kaynağı ve El Lazeri gibi NASA'nın üzerinde çalıştığı bir takım yeni nesil kaynak yöntemleri var.

Ancak bu yöntemler içerisinde El Lazeri, özellikle dar alanlarda ufak kaynak işleri için yüksek manevra kabiliyeti sunması, kaynak sıcaklığının kontrolü, temiz ve güçlü kaynaklı bağlantılar oluşturabilme kapasitesi ve uygulama hassasiyeti ile ön plana çıkıyor.

Acil durum tamir kitlerinde lazer kullanımının ilk önerildiği tarih 1989 yılına kadar uzanırken, TIG (Tungsten Inert Gas) kaynağının ihtiyaç duyuduğu koruyucu gaz ortamına gerek duymayan lazer, aynı zamanda Elektron Işın Kaynağı gibi vakum ortamı da gerektirmediğinden bu iki yönteme göre daha pratik bir çözüm sunuyor. NASA'nın Marshall Uçuş Merkezi'nde (Marshall Space Flight Center) mekik motorlarının tamiri için ürettiği bu cihazın tıbbı ekipman imalatı, plastik kalıp tamiri, mücevher imalatı, gözlük çerçevesi kaynağı gibi farklı amaçlar için geliştirilmiş versiyonlarının ticari satışı da mevcut.

NASA

Lazer ekipmanı 60x38x75 cm boyutlarında ve El Lazeri kalemi ise sadece 2 cm çapında oldukça kompakt bir cihaz. Mevcut lazer NASA'nın geliştirdiği 3. nesil El Lazeri. Kaynak hassasiyeti, taşınabilirliği ve kullanıcı güvenliği iyileştirilirken, ısıdan etikenmiş bölgesi (İng: "Heat-Affected Zone") azaltılan cihaz yapılan geliştirmeler sayesinde 150 cm boyundaki bir önceki modele göre çok daha az yer kaplıyor olmasının yanında, ilk üretilen cihazın 700 bin $'lık fiyatına kıyasla sadece 70 bin $'lık maliyetle üretilebiliyor.

NASA

Ve son bir not olarak: Uzayda kaynağı hissetmek için aslında yanınızda kaynak makinası götürmenize gerek yok. Her ne kadar astronot giysileri içinde uzayın kokusunu alamasanız da, Uluslararası Uzay İstasyonu'nunda (ISS - International Space Station) bilim subayı olarak görevli Don Petit'e göre astronotlara ait kıyafetler, kasklar, eldivenler ve aletlerden uzay istasyonuna geri döndüklerinde her seferinde aynı belirgin koku yayılıyor. Don Petit bunu şöyle tanımlıyor:

Söyleyebileceğim en benzer şey metalik bir koku olduğu. Bana üniversitedeyken yaz tatillerinde kaynakçı olarak çalıştığım atölyeyi hatırlatıyor. Kaynak dumanının o tatlı metalik kokusunu. İşte bu uzayın kokusu.