Yeni Nesil Roket Teknolojisi Plazma ile Sınırları Aşan Yolculuk!

ABD ve SSCB arasında uzay yarışının başlamasının üzerinden elli yıldan fazla bir süre geçmiş olmasına rağmen kimyasal roket motorlarında bir gelişme olmadı. Popüler adıyla plazma roket– genel adı ile elektrikli iticiler- ise sağladıkları avantaj ile uzayın keşfinde giderek daha etkin bir rol oynamaya ve kimyasal roket motorlarının yerini almaya başlamış bulunuyor. Bunun sebebi bir uzay aracının aynı hızlara kimyasal roket motorlarında kullanılan yakıtın neredeyse onda biri ile çıkabilmeleri.
Örneğin NASA’nın asteroit Vesta ve cüce gezegen Ceres’i gözlemleyen Dawn adlı uzay aracında elektrikli itici yerine geleneksel kimyasal roket motoru tercih edilseydi yaktı yetmeyeceği için Dawn iki gök cisminden sadece birine gidebilecekti.

Plazma Roket Motor Özellikleri

elektrikli itkide amaç güneş panelleri veya bir nükleer reaktör vasıtası ile elde edilen elektrik enerjisini kullanarak maddenin dördüncü hali olan plazmayi elektrik ve manyetik alan altında aşırı derece yüksek hızlarda fırlatmak ve böylelikle hareket elde etmektir.
Bu atış (çıkış) hızı egzoz hızı diye de ifade edilir. Böylelikle bir uzay aracının görevini yerine getirebilmesi için depolaması gereken yakıt miktarı kimyasal yakıt kullanan geleneksel roket motorlarına kıyasla önemli ölçüde azaltılabilir. Mesela bir çeşit elektrikli itici olan Hall iticileri kimyasal roket motorlarının 10 katı hatta daha yüksek egzoz hızına (-50 km/s) ulaşabilir. Bu da ihtiyaç duyulan yakıt miktarının elektrikli iticiler sayesinde yüzde doksandan fazla azaltılabileceği anlamına geliyor.

Rusya Bilimler Akademisi Sibirya Nükleer Fizik Enstitüsü’nden bilim insanları roket motorlarında kullanımı için termonükleer plazmanın enerjisinden yararlanmaya yönelik deneyler gerçekleştiriyor. Bilim insanları, Mars ve uzayın başka bölgelerine daha hızlı seyahat için plazma roket teknolojisinin çok önemli olduğu görüşünde.
Gazetecilere konuşan Rusya Bilimler Akademisi Sibirya Nükleer Fizik Enstitüsü Başkan Yardımcısı Aleksandr İvanov, plazma enerjisiyle çalışan roket motoru inşa etmeye yönelik yeni deneyler gerçekleştireceklerini söyledi.
Termonükleer plazmanın enerjisinden yararlanmaya yönelik ilk deneylerin başarılı geçtiğini belirten İvanov “İlk deneyler bir etkinin olduğunu, plazma kayıplarının nasıl azaltılması gerektiğini, bu enerji ile kozmik motorun çalıştığını gösterdi. Şimdi standart donanım kurulu durumda” dedi.
Donanım üzerindeki yeni deneylerin bu ay başlayacağını belirten İvanov, bu sayede tam olarak neler yapabileceklerini görebileceklerini söyledi.
İvanov, kurdukları donanımla plazma ısısının 100 bin dereceye kadar çıkartılabildiğini ve roket motoru üretimi için gerekli yoğunluğa, yani parametrelere ulaşabildiklerini ifade etti.
Fransa’daki fizikçiler, uzay aracını ileri itmek için saatte 72.420 km hızda giden, plazma akışını kullanan, gelişmiş bir tür elektrik roket iticisini nasıl en iyi hale getireceklerini ve böylelikle geleneksel kimyasal roketlerden 100 milyon kat daha az yakıt harcanacağını buldu.
Hall itici roketi olarak bilinen bu motorlar, 1971’den beri uzayda kullanılıyor ve iletişim uyduları ile uzay araştırma araçlarını uçurarak ihtiyaç anında yörüngelerini ayarlayabiliyorlar. Bu şeyler harika! Bilim insanları onları kullanarak insanları Mars’a götürmeyi düşünüyor, fakat ortada (oldukça büyük) bir sorun var: Bir “Hall” iticisinin mevcut kullanım süresi yaklaşık 10.000 çalışma saatiyle sınırlı ve 50.000 saatten daha fazla süre gerektiren çoğu uzay araştırma görevi için bu süre oldukça kısa durumda.
Hall iticileri tıpkı sıradan iyon iticileri gibi çalışıyorlar, yüklü bir iyon akışını bir anottan bir katoda (pozitif ve negatif yüklü elektrotlar) doğru patlatıp elektron ışını tarafından nötralize ediliyorlar. Bu durum elektronların bir yönde ve bağlı roketin diğer yönde fırlatılmasına neden olarak onu ileri itiyor.
Hall iticilerinin farkı, fiziksel bir katod içermek yerine manyetik alan ile kaplı bir elektron bulutunu birleştirip tamamen boş bir “sanal katod” oluşturmaları. Küçük miktarda bir itici gaz (genelde zenon) iticinin kanalına verilerek yüklenmiş bir iyon akışı üretiliyor ve sanal katodun manyetik alanında bu iyonlar yakalanamayacak kadar ağır oldukları için, engellenemeyen bir şekilde fırlayıp nötralize edilebiliyorlar. Bu sayede düşük basınçlı bir plazma boşalması oluşuyor ve iyon akışının zıt yönünde itiş üretiliyor.
Bütün bunlar hoş ve harika çalışıyor fakat Hall iticisinin anot içeren kısmı, sanal katot ve elektron bulutu onu geride tutuyor. Boşaltım hattı duvarı olarak adlandırılan bu kap, yüksek enerjili iyonlar ile sürekli dövülüyor ve bu yüzden çok fazla yıpranarak sonunda duvarın tamir edilmesi veya değiştirilmesi için bütün motorun geri çağrılmasına neden oluyor.

Bu sebeplerden ötürü Fransa Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nden bilim insanları, boşaltım hattı duvarını hepten kaldırmaya karar verdiler. Baş araştırmacı Julien Vaudolon konu hakkında şunları söylüyor: “Plazma ve boşaltım hattı duvarı arasındaki etkileşimden kaçınmak için etkili bir yaklaşım, iyonlaşma ve hızlanma bölgelerini boşluğun dışına taşımaktır. Bu, Duvarsız Hall İticisi adı verilen alışılmadık bir tasarımdır.”
Maalesef bilim insanlarının yaptıkları ilk örnek tamamen başarısız oldu. Ancak projenin sitesinde yayımlanan açıklamada şunlar söyleniyor: “Kırmızı anotun zenon yayan duvarda sıralanması gerekiyor. Bunun yerine manyetik alanda sıralanıyor ve elektronların onu ele geçirmesine neden olarak verimi düşürüyor. Yeni tasarım anotun alanı temiz tutmasını sağlayan küçük değişimi yapıyor ve çalışıyor gibi görünüyor.”
Motorun geleneksel kimyasal roketlerden çok daha az yakıt kullanması yüzünden, uzay aracında geniş miktarda kargo ve ,belki de, daha fazla insan göndermek için yer açılıyor. Bu da Mars’a düzenli ikmalleri ve insanları taşımak gibi ihtiyaç duyacağımız uzun süreli, derin uzay görevleri için potansiyel taşıdığı anlamına geliyor.