Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Bilim insanları uzayda daha hızlı seyahat etmek için farklı teknolojileri ve tasarımları araştırıyor. En popüler fikirlerden biri de "ışık yelkenlileri". Bu uzay aracı konsepti bilimkurguda geniş yer bulsa da henüz gerçekte kullanılmasının önünde büyük engeller var. Öte yandan Nano Letters adlı hakemli bilimsel dergide yayımlanan iki yeni makalede, bu konseptin en önemli sorunlarından bazılarına çözüm önerileri sunuldu. Araştırmacılar bilimkurguyu andıran yelkenlileri gerçeğe dönüştürmede önemli adımlar atmayı başardı.

Campbell gram ölçekli faydalı yükler için optimal tasarımlarda dairesel bir hafif yelkenin çapının ve eğrilik yarıçapının büyüklük olarak, her ikisi de birkaç metre mertebesinde, karşılaştırılabilir olması gerektiğini göstermektedir. Kaynak: Campbell

Işık yelkenlisi nedir? 

Işık yelkenlisi, denizde rüzgâr gücünden yararlanan klasik yelkenliler gibi düşünülebilir. Ancak uzayda yelkeni rüzgâr yerine, yüzeyinden yansıyan ışığın itmesi gerekiyor. Işık, foton adı verilen parçacıklardan oluşuyor. Bu parçacıkların yelkenliyi, tıpkı bir duvardan seken bilardo topları gibi itebileceği belirtiliyor. Bu konsept sayesinde uzayda daha hızlı seyahat etmek de mümkün hale gelecek. Örneğin, ortalama 40 trilyon kilometre mesafedeki Alpha Centauri yıldız sistemine yolculuk sadece 20 yılda mümkün olabilir.

Yelkenliyi itecek ve ışık hızının yüzde 20'sine ulaşmasını sağlayacak bu fotonların oluşturulması için de büyük ihtimalle yer tabanlı, bir dizi güçlü lazer kullanılması öngörülüyor.

Sorunlar neler?

Işık yelkenlisi fikrinin şu anda yalnızca minik uzay araçları ölçeğinde hayata geçirilebileceği düşünülüyor. Yani tasarım henüz insan taşımaktan epey uzak.

Örneğin, 2016'da başlatılan 100 milyon dolarlık Breakthrough Starshot girişimi, Alpha Centauri'ye, şimdiye kadar yapılmış en güçlü lazerler tarafından itilen, son derece ince ve yansıtıcı yelkenlere sahip mikroçip boyutunda uzay aracı sürüsü göndermeyi planlıyor.

Araştırmacılar, saatte 180 bin kilometre hızla hareket edecek, yaklaşık 10 santimetrelik minik yelkenlilerin Mars'a 20 günde varabileceğini tahmin ediyor. Karşılaştırmak gerekirse, NASA'nın Perseverance aracının Kızıl Gezegen'e varması 200 gün sürmüştü. Ancak gökbilimcilere göre, bu tasarımı hayata geçirmek için bazı önemli sorunların üstesinden gelmek gerekiyor. Örneğin, ışık parçacıkları hızlı olsa da çok fazla itiş gücü sağlamıyor. Bu nedenle yelkeni son derece hafif üretmek gerekiyor. Ama bu durumda da foton yağmuru malzemeye zarar verebilir.

Şimdiye dek bu soruna odaklanan araştırmalar, işlevli bir çözüm önerisi sunamamıştı. ABD'deki Pensilvanya Üniversitesi ve Kaliforniya Üniversitesi'nden araştırmacılarsa soruna iki yönlü bir çözüm önerdi.

Farklı bir yelken tasarımı

İlk makalede, önceki araştırmalar doğrultusunda, yelkenin ultra ince alüminyum oksit ve molibden disülfür tabakalarından yapılması önerildi. Ancak bir fark vardı: Yelkenlerin düz kalmaması, bir paraşüt gibi kabarması gerekiyordu. Pennsylvania Üniversitesi'nden makine mühendisi Dr. Igor Bargatin, "Sıkı bir yelken, ister uzayda isterse denizde olsun, yırtılmaya çok daha yatkındır" dedi. 

Anlaması nispeten kolay bir durum. Ancak saydığımız malzemelerin bu ölçekte nasıl davranacağını göstermek için çok karmaşık bir matematik gerekti. Makalenin yazarlarına göre genişliği kadar derinliği de olan kavisli, küresel bir yapı, yelkenlinin aşırı hızlanmasının yaratacağı, yerçekiminin binlerce katına çıkan gerilime dayanabilecek en iyi tasarım olabilir.

Pennsylvania Üniversitesi'nden Dr. Matthew Campbell, "Lazer fotonları, havanın bir plaj topunu şişirmesi gibi yelkeni dolduracak" diye konuştu.

İkinci makalede ise yelken içindeki nano ölçekli desenlerin, Güneş'ten milyonlarca kat güçlü bir lazer ışınının neden olacağı ısıyı en verimli şekilde dağıtabileceğine dair veriler sıralandı.

Kalifornia Üniversitesi, Los Angeles'tan araştırmacı Dr. Aaswath Raman, "Yelkenler, gelen lazer ışığının küçük bir kısmını bile emse, çok yüksek sıcaklıklara maruz kalır" ifadelerini kullandı:

Bu yüzden, parçalanmayacaklarından emin olmak için, ısılarını yayma yeteneklerini en üst düzeye çıkarmamız gerekiyor. Bu, uzayda mevcut olan tek ısı transferi yöntemi.

Makaleler:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03272

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03273