Skip to content Skip to navigation

Uzayın Keşfi Enerji Gerektirir

Dr. Arif Sinan Alagöz
27/12/2018 - 15:41

NASA Jet İtki Laboratuvarı

Uzay araçları elektronik donanımlarını çalıştırmak, ısı kontrolü sağlamak, dünya ile iletişim kurmak, hareket etmek ve yön değiştirmek için elektrik enerjisine ihtiyaç duyar. Fırlatmanın hemen ardından uzay aracının ihtiyacı olan elektrik enerjisi bataryalarından ya da dâhili enerji kaynaklarından karşılanır. Uzay aracının enerji ihtiyacının az veya görev süresinin kısa olduğu durumlarda tek kullanımlık bataryalar tercih edilir. Tersi durumlarda ise uzay araçlarının kendi elektriğini üretmesi gerekir.

NASA Goddard Space Flight Center/ASU

Apollo 15, Apollo 16 ve Apollo 17 görevlerinde Ay’a ayak basan astronotlar yanlarında Ay’ın yüzeyinde hareket edebilecek tek kullanımlık bataryalara sahip keşif araçları götürmüşlerdi. Fotoğrafın sağ alt köşesinde Apollo 17 görevinde kullanılan Ay aracı (LRV) ve Ay yüzeyinde bıraktığı izler görülüyor.

Bu amaçla çeşitli yöntemler kullanılabilir. Bu yöntemlerden yakıt pilleri ve radyoizotop termoelektrik jeneratörlerde (RTG) uzay aracının taşıdığı enerji kaynakları (dâhili enerji kaynakları olarak isimlendirilir) kullanılarak elektrik üretilirken, fotovoltaik güneş paneli sistemlerinde haricî bir enerji kaynağı olan Güneş’ten faydalanılır. Dâhili enerji kaynaklarının kullanıldığı sistemlerde kesintisiz ve kararlı bir şekilde elektrik üretilebilir. Güneş panellerinin kullanıldığı sistemlerde ise elektrik üretme kapasitesi uzay aracının Güneş görme süresine ve yönüne bağlı olarak değişir. Örneğin Dünya’ya yakın yörüngede dolanan uydular Dünya etrafındaki bir turunu yaklaşık 90 dakikada tamamlar ve bu süreçte yaklaşık 60 dakika Güneş görürken 30 dakika Dünya’nın gölgesinde kalırlar.

Gezegenlerin ya da uyduların etrafında veya üzerinde görev yapan ve enerji ihtiyacını güneş panellerinden sağlayan uzay araçları Güneş gördükleri zamanlarda güneş panelleri ile ürettikleri elektriğin bir kısmını karanlıkta kalınan zamanlarda kullanılmak üzere bataryalarında depolar. Bu sebeple birçok uzay aracında güneş panelleri ile şarj edilebilir bataryalar beraber kullanılır.

Uzay aracının enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla kullanılacak yöntem aracın tasarımına, görevin kapsamına ve uzay aracının çalışma ortamından kaynaklanan gereksinimlere ve kısıtlamalara göre belirlenir. Ayrıca uzaya gönderilecek her bir kilogramın yüksek bir maliyeti ve günümüzde kullanılan fırlatma sistemlerinin belli bir kapasitesi vardır. Bu faktörler uzay aracının enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılacak sistemlerin seçiminde rol oynar. Eğer uzay araçlarının gereksinimlerini karşılayan ve karşı karşıya kalacağı zorlukların üstesinden gelmesini sağlayan teknoloji hâlihazırda bulunmuyorsa teknoloji geliştirilme süreci başlatılır.

Uzay çağının ilk üç uydusu Sovyetler Birliği tarafından 1957’de uzay gönderilen Sputnik 1 ve Sputnik 2 ile Amerika Birleşik Devletleri (ABD) tarafından 1958’de uzaya gönderilen Explorer 1’de sadece dâhili bataryalar kullanıldı. Explorer 1’in uzaya gönderilmesinin ardından aynı yıl ABD, Vanguard 1 uydusunda insansız uzay araçlarının haftalar seviyesinde olan çalışma süresinin güneş panelleri kullanılarak yıllara çıkarılabileceğini gösterdi.

Yukarıdaki çizimde Yuri Gagarin’i taşıyan Vostok 1 uzay aracı yörüngede dolanırken resmedilmiş. İlk insanlı uçuş 1961 yılında Vostok 1 uzay aracı ile Rus kozmonot Yuri Gagarin’in tarafından gerçekleştirildi. Yuri Gagarin, Dünya çevresindeki yörüngede gerçekleştirdiği 108 dakikalık turun ardından Dünya’ya sağlıklı olarak geri döndü.

Sovyetler Birliği’nin uzaya ilk giden ülke olma ve ilk insanlı uzay görevini gerçekleştirme başarılarının ardından 1961 yılında ABD Başkanı John F. Kennedy 10 seneden kısa bir süre içinde Ay’a ilk insanın ayak basması hedefini koyarak yeni bir yarış başlattı.

NASA 

Ay’a ilk ayak basma yarışında galip gelebilmek için ihtiyaç duyulan birçok teknolojik gereksinim vardı. Bunların başında enerji ihtiyacının nasıl sağlanacağı yer alıyordu. ABD Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) çok ağır olan ve çok yer kaplayan bataryalar (kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemler) yerine yakıt hücrelerinin kullanılmasını gündemine aldı.

 

Yakıt Hücreleri

NASA

Uzay mekiklerinde kullanılan yakıt hücresi

1965 yılında ABD’nin Gemini 5 insanlı uzay aracında ilk kez yakıt hücreleri (hidrojen ve oksijenin kimyasal tepkimesi sonucu enerji elde edilen sistemler) kullanılarak iki astronotun sekiz gün boyunca uzayda görev yapabileceği gösterildi. 1969 yılında Ay’a ilk insanı taşıyan Apollo 11 uzay aracında da yakıt hücreleri kullanıldı. ABD, 1981-2011 yılları arasında gerçekleştirdiği uzay mekiği görevlerinde yakıt hücrelerini kullanmaya devam etti.

Yakıt hücrelerinde hidrojen ve oksijenin birleşmesi sonucu elektrik, ısı ve su ortaya çıkar. Üretilen elektrik cihazların çalıştırılmasında, oluşan ısı ortamın ısı dengesinin sağlanmasında ve elde edilen su da astronotlar tarafından kullanılmıştı. Ancak yakıt hücrelerinde kullanılan yakıtlar yenilenebilir enerji kaynakları olmadığından bu sistemlerin kullanıldığı uzay görevleri kısa ömürlüydü. Örneğin 12-15 kW güç üretebilen yakıt hücrelerine sahip uzay mekiklerinin görev süreleri birkaç hafta ile sınırlıydı.

NASA

Atlantis uzay mekiğinin fırlatılma anı

Ancak bu yöntem uzun süreli görevler için uygun değildir. Güneş panelleri ile yakıt hücrelerinin entegre edildiği teknolojilerin uzay ortamında kullanılmasına yönelik araştırmalar ise devam ediyor.

 

Radyoizotop Termoelektrik Jeneratörler

1950’lerin başında icat edilen radyoizotop termoelektrik jeneratörler (RTG) uzay araştırmalarının ilk dönemlerinden beri kullanılıyor. Radyoizotop termoelektrik jeneratör, plütonyum-238 izotopunun radyoaktif bozunması sırasında açıda çıkan ısıyı doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Görev süresi uzun, derin uzay görevlerinde de RTG teknolojisi kullanılır. Bu sebeple 1977’de fırlatılan ve 2012 yılında yıldızlararası ortama giren ilk insan yapımı cisim olan Voyager 1 uzay aracında da RTG kullanıldı.

NASA

Fotoğrafta Apollo 12 görevi kapsamında Ay’a giden astronot Alan Bean, radyoizotop termoelektrik jeneratörlerin (sağ ayağının yanında) yakıt bileşenini çıkarırken görülüyor.

 

Güneş Panelleri

Güneş panelleri uzay araçlarında enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla en sık kullanılan sistemlerdendir. Güneş panelleri ilk kez 1958’de Vanguard 1 uydusunda kullanıldı. Güneş’ten gelen enerji miktarı Güneş’ten uzaklığın karesi ile ters orantılı olarak azalır. Bu nedenle Güneş’ten bir metrekareye gelen enerji Dünya etrafında 1367 W iken, Satürn etrafında 15 W’tır. Bu sebeple güneş panelleri Güneş’le Satürn arasındaki uzay görevlerinde tercih edilir. Uydularda kullanılan güneş enerjisi sistemleri ile ilgili detaylı yazıya buradan ulaşabilirsiniz.

 

Yazar Hakkında:
Dr. Arif Sinan Alagöz
Başuzman Araştırmacı
TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Malzeme Enstitüsü

İlgili İçerikler

Gökbilim ve Uzay

Erboğa Takımyıldızı’nın bir üyesi olan Proxima Centauri, Güneş Sistemi’ne en yakın yıldızdır. 2016 yılında gökbilim alanında yaşanan en önemli gelişmelerden biri, yıldızın etrafında dolanan bir gezegen keşfedilmesi olmuştu. Üstelik Proxima b adı verilen gezenin yaşama elverişli koşullara sahip olma ihtimali de var.

Gökbilim ve Uzay

Antik Çağ’ın Yunan filozoflarından ünlü matematikçi Pisagor, “Tellerin kıpırtısında geometri vardır, küreler arasındaki boşlukların hesaplanmasında da müzik” demiştir. Bundan dolayı, müzik aletlerindeki tellerin uzunluğu ile çıkardıkları sesler arasında bağlantı olduğunu öne süren ilk kişinin de MÖ 6. yüzyılda yaşayan Pisagor olduğu düşünülür.

Gökbilim ve Uzay

2020 yılı Dörtlük (Quadrantid) göktaşı yağmuruyla açılış yapıyor. Yılın ilk göktaşı yağmuru 3-4 Ocak’ta en yüksek etkinliğe ulaşıyor. Dörtlük göktaşı yağmurunun en yüksek etkinliğe ulaştığı tarihte Ay ilkdördün evresinde. Bu tarihte berrak bir gökyüzünde ve şehir ışıklarından uzakta saatte maksimum 120 göktaşı görülebilir.

Gökbilim ve Uzay

Gökbilimci Tycho Brahe’nin ani ölümü özellikle, gökyüzündeki hareketine kimsenin akıl sır erdiremediği Mars’la ilgili gözlemlerine bir süredir devam eden 30 yaşındaki asistanı Johannes Kepler için büyük bir fırsat demekti.

Gökbilim ve Uzay

Kırımlı amatör gökbilimci Gennady Borisov, 30 Ağustos’ta bir kuyrukluyıldız keşfetmişti. Daha sonraları yapılan gözlemler kuyrukluyıldızın yıldızlararası uzaydan gelen bir “ziyaretçi” olduğunu gösterdi.

Gökbilim ve Uzay

Prof. Dr. Berahitdin Albayrak hocamız geçen yıl 13 Aralık’ta gerçekleşen tren kazası sonucu aramızdan ayrılalı tam bir yıl oldu. Bir insanın hayatını kaybetmesi sevenleri ve ailesi için büyük bir üzüntü kaynağı olmasının yanı sıra bilim dünyası için de büyük bir kayıptır.

Gökbilim ve Uzay

Ay’a giden astronotların Ay’a ulaşması yaklaşık üç gün sürmüştü. İnsanların uzaydaki bir sonraki hedefi Mars. Mars’ın ötesindeki gökcisimlerine örneğin Güneş Sistemi’ndeki diğer gezegenlere ya da Güneş Sistemi’nin dışındaki yıldızlara ulaşmak ise çok daha uzun sürecek.

Gökbilim ve Uzay

Hulk çizgi romanında bilim insanı Dr. Bruce Banner laboratuvarda deneyler yaparken bir kaza geçirir ve gama ışınlarına maruz kalan DNA’ları mutasyona uğrar. Bu yüzden Dr. Banner artık her sinirlendiğinde Hulk adı verilen yeşil bir deve dönüşür.

Gökbilim ve Uzay

Türkiye'nin ilk uzay radyasyonu test altyapısı olma özelliği taşıyan ODTÜ Saçılmalı Demet Hattı’nın açılışı yapıldı. Test merkezi Türkiye Atom Enerjisi Kurumunun Sarayköy Nükleer Araştırma Merkezinde kuruldu.

Gökbilim ve Uzay

Yılın son ayında gökyüzünde çıplak gözle gözleyebileceğiniz beş gezegeni de görme fırsatı bulabilirsiniz. Mars ve Merkür aralık ayında Güneş’in doğuşundan önce gökyüzünde. Ayın ilk yarısında Merkür ve Mars'ı Başak Takımyıldızı’nın en parlak yıldızı Spika ile birlikte doğu-güneydoğu ufkunun üzerinde görebilirsiniz.