Mars’a Gittik Diyelim, Peki Mars’tan Nasıl Dönülür?

Son zamanlarda NASA’nın “Mars’ta su bulundu” açıklaması, Andy Weir’in “Marslı” kitabı ve aynı kitaptan uyarlanan “Marslı” filmi derken gündemimiz Kızıl Gezegen ile doldu taştı.

National Geographic ise Mars hayallerimiz konusunda güzel bir araştırma yayınladı. Diyelim ki Mars’a gittik, peki oradan nasıl geri döneceğiz? Mark Watney döndü ama işin bilimsel kısmı neler söylüyor?

İşte National Geographic’te yayınlanan yazı;

Mars’a nasıl gidileceğini biliyoruz. Mars’a nasıl inileceğini de biliyoruz. Asıl soru şu: Mars’tan nasıl geri döneceğiz?

NASA mühendisleri Mars’a baktıklarında bir tuzak görüyorlar.

Bilimsel keşif vaadiyle bizi kendisine çekiyor ama oraya ayak bastığınız anda, yerçekimi ve zorlu iklimi bir araraya gelerek bizi bırakmamak için bir komplo kuracak.

Ama böyle bir ihtimal bizim için söz konusu değil. Marslı filminden gerçek hayattaki uzay araştırmaları konusunda çıkarılacak ders şu ki, halk astronotların bir başka gezegende tutsak kalması için milyarlarca dolar ödemek istemez. Kızıl Gezegen’e gitmeyi amaçlayan bir NASA projesinin en çok kafa yorulması gereken yönü belki de oranın nasıl terk edileceği konusu.

NASA’nın ayrılışı gerçekleştirmek için inşa edeceği Mars Ascent Vehicle (Mars’a İniş Aracı – MAV) adlı uzay aracı zorlu bir mühendislik becerisi gerektiriyor. Yakıt aldığında, Dünya’dan kalkıp Mars’a güvenli bir şekilde iniş yapmak için fazla ağır olacak.

Bu nedenle aracın önceden kurulup astronotlardan yıllar önce kızıl gezegene gönderilmesi ve burada Mars’ın ince atmosferinden kendi yakıtını üretmesi gerekiyor.

Peki sonra? MAV’ın dev toz bulutları ve yıpratıcı radyasyona maruz kalmasına rağmen kusursuz çalışacak kadar sağlam olması zorunlu. Kalkışı başardığında ise, kendilerini dünyaya geri götürmek üzere yörüngede dönen araçla buluşmaya giden astronotları günlerce içinde barındırması gerekiyor.

MAV misyon içinde bir misyon, tanımadığımız bir gezegenin yüzeyinden, çevresinde bir yörüngeye oturmuş diğer bir araca doğru kalkış yapan mürettebatlı bir uzay aracı olacak.

Ve bu görevi elimize yüzümüze bulaştırmadan tamamlamak için tek bir şansımız olacak.

Bu Kadar Eşyayı Ne Yapacağız?

Mars misyonu insanlığın uzayın derinliklerine yolladığı ilk kervan olacak. Astronotları ve yüklerini Kızıl Gezegen’e göndermek için beş ayrı uzay aracı gerekebilir.

Bu yükün bir kısmı, sonradan gelen astronotlar tarafından kurulmak üzere küçük parçalara ayrılabilir. Ancak MAV öyle değil. “Mars’ta üzerinizde uzay elbisesiyle tozlu bir ortamda tek parmak eldivenler takmış olarak motor vidası sıkıştırmak pek hoş bir şey değil,” diyor NASA’nın Johnson Uzay Merkezi’nde sistem mühendisi olarak çalışan Michelle Rucker.

Bu durum, 18 ton olacağı tahmin edilen MAV’ı, NASA’nın deyimiyle misyonun “en büyük bölünemez yükü” yapıyor. Şu ana kadar Mars’a gönderdiğimiz en büyük nesne, Curiosity adlı bir tonluk araç.

Mars’a bir nesne indirmek –özellikle de birkaç ton çekiyorsa– Dünya’ya indirmek kadar kolay değil. Çünkü Dünya’ya inişte aslında bir kapsül gökyüzünden düşüyor ve bu arada hızını azaltması için atmosfere güveniyor.

Havanın Dünya’dakinden yüz kat daha ince olduğu Mars’ta “size zorluk çıkarmaya yetecek ama herhangi faydalı bir şey yapmanıza izin vermeyecek bir atmosfer var,” diyor Rucker. Başka bir deyişle sizi yakıp yok edebiir ama hızınızı kesmek için parmağını oynatmaz.

NASA’nın, fren sistemi olarak da işlev görecek “Hipersonik Şişme Aerodinamik Hız Kesici” adlı koni biçimli şişme ısı kalkanı teknolojisi geliştirmesinin nedeni de bu.

Kalkan Mars atmosferine girince açılacak, iniş aracını hipersonik hızdan süpersonik hıza düşürecek. Bu noktada kontrollü bir iniş gerçekleştirmek için roket motoru devreye girecek.

Tüm bunların çalışması için astronot Mark Watney’in yapması gereken matematik hesabı şu: İniş beş ila yedi ton arasında yakıt gerektirecek. Mars yüzeyinden havalanmak gerektiğinde MAV’ın Kızıl Gezegen’in yerçekiminden kurtulması, atmosferinde ilerlemesi, astronotları ve bilimsel yükü Earth Return Vehicle (Dünya’ya Dönüş Aracı – ERV) ile buluşup kenetlenmek üzere yörüngeye güvenli bir şekilde taşıması için 33 ton yakıta ihtiyacı olacak.

Bu da önceden gönderilemeyecek kadar büyük bir miktar. Yakıtın Mars’ta üretilmesi gerekecek.

Mars’a Gitmek -ve Oradan Dönebilmek [Çizimler: Matthew Twombly, Chiqui Esteban]

Mars Atmosferine Giriş: Mars atmosferi sürtünme ısısı yaratacak kadar kalın ama MAV ve iniş takımı gibi dev bir aracın hızını azaltmak için paraşüt kullanılamayacak kadar ince.

Zemine İniş: Şişme bir kalkan MAV’ı ses hızının 2,5-3 katına kadar yavaşlatıyor ve sonra da ayrılıyor. Bundan sonra iniş modülündeki füze motorları inişi tamamlıyor.

Yakıt Üretimi: MAV, ilk gidişteki yük miktarını azaltmak için dönüşte ihtiyacı olacak yakıtı yanında götürmeyecek. Bunun yerine, Mars’ın % 95’i karbondioksitten oluşan atmosferinden sıvı oksijen yakıtı üretecek.

Kalkışa Hazırlık: Basınçlı bir uzay arabasında astronotlar uzay elbiselerini değiştirecekler ve Dünya’ya herhangi bir bulaşıcı hastalık gelmesi ihtimaline karşı bir önlem olarak Mars tozuyla kaplı olmayan elbiseler giyecekler. Ardından bir tünel yoluyla yüzey aracını terk ederek MAV’a binecekler.

Yörüngede Randevu: Mürettebat yüzeyden kalkarak küçük MAV’da 43 saat sürebilecek bir yolculuk yapacak ve Kızıl Gezegen’in yükseklerinde, gezegen çevresinde bir yörüngede park etmiş olan Dünya’ya Dönüş Aracı ile olan randevusuna gidecek.

Doğadan Yararlanma

Kızıl Gezegen’e yapılacak keşif gezilerinin başarı şansını yakalaması için doğadan yararlanması gerekecek.

NASA, yakıtı Mars’ta üreterek yükten birkaç tonluk bir tasarruf sağlayabilir. Ve misyon sona erdikten sonra da bu donanımı, sadece yakıt değil ileride buraya gelecek araştırmacılar için su ve hava da üretmek amacıyla kurulacak altyapının başlangıcı olarak Mars’te bırakabilir.

MAV’ın motorları metan ve sıvı oksijen ile çalışacak. Bu yakıtı üretmek için gerekli tüm malzemeler –karbon, hidrojen ve oksijen– aslında Kızıl Gezegen’de mevcut. Tabii nereye bakacağınızı biliyorsanız.

Teorik olarak oksijeni, Mars’ın yüzde 95 oranında karbondioksitten oluşan atmosferinden ve yüzeyinin hemen altında gömülü sıvı ve donmuş sudan çıkarmak mümkün. Geride kalan karbon ve hidrojen bir araya getirilerek sıvı metan yapılabilir.

Mars Kalkış Aracı Mars atmosferine girdiğinde şişme bir kalkan açılacak. [İllüstrasyon: NASA izniyle]

Su çıkarmak için kazı yapmak, zaten zor bir misyona pek de istenmeyen bir belirsizlik öğesi ekleyecek. Kazı ve üretim yapmak, Mars’ın atmosferinden bir şey almaktan çok daha karmaşık. “Yeraltı suyundan yakıt üretiminde bir başka sorun, sizi su bulunduğuna büyük oranda inandığınız bir yere inmeye itmesi,” diyor Rucker. Eğer kazı yapmak zorundaysanız ve “kendinizi bir ana kaya üzerine inmiş olarak bulursanız işte o zaman her şey bitmiş demektir,” diyor.

Mars’taki sudan hidrojen elde etmek mümkün olmazsa, yedek plan metan yapımını başlatmak üzere Mars’a hidrojen stoğu yollamak. Ancak ilk misyon söz konusu olduğunda bu fikir de safdışı kalıyor. Hidrojen ağır olmayabilir ama depolamak için büyük tanklara ihtiyaç duyuyor ki bu da bol miktarda değerli alan kaybına yol açacak.

“Üstünde düz platform olan bir iniş aracı tasarlıyoruz,” diyor NASA’nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi’nden Tara Polsgrove. “Şu anda MAV bu patformda en büyük alanı kaplıyor. Hidrojen tankı için pek fazla yer yok.”

NASA mühendisleri hidrojen tanklarına yer açmak için MAV’ı daha dar ama yüksek yapabilirler. Ancak uzay aracının boyunu yükseltmek pek taraftar olmadıkları bir durum. Çünkü araç çok yüksek yapılırsa inişten sonra devrilme riskinin yüksek olduğunu düşünüyorlar.

Rucker, yüksek bir MAV’ın astronotlara fiziksel zorluk çıkarabileceğini söylüyor. Eğer içlerinden biri veya birkaçı misyon sırasında sakatlanırsa yüksek bir merdiven tırmanmak yapmak isteyecekleri en son şey olur. En büyük önceliğin kolay erişime verilmesi gerekiyor.

Yani şu andaki plan, sıvı metanla doldurulmuş ve Mars’ın atmosferinden sıvı oksijen üretecek kimyasal bir imalathane ile donatılmış bir iniş aracı göndermek.

Sürecin bir ila iki yıl alması bekleniyor. Mürettebat, MAV’ın tankları tam dolunca Mars’a gönderilecek ve böylece uzaya tekrar geri gelmelerini sağlayacak yakıt dolu bir aracın kendilerini bekliyor olması garanti altına alınmış olacak.

Ancak NASA mühendisleri henüz “Misyon Başarıya Ulaştı” açıklamasını yapmaya hazır değiller. “Zorluklardan biri kriyojenik (çok soğuk) bir yakıt kullanıyor olmamız,” diyor Rucker. “Yakıtı Mars’ta yaptıktan sonra ısınmasına olanak vermeden birkaç yıl boyunca soğuk tutmak gerekiyor.”

“Yakıt dışında bir de şu anda henüz sıfır sızıntılı valf yok elimizde,” diye ekliyor Polsgrove. “Bu konuyu da düşünmek gerekiyor. Az kaçak yapan valf alanında teknoloji geliştirmeye öncelik vermemizin nedeni de bu.”

Kısacası mühendisler zamanla yarışıyor olmaktan endişeliler. MAV’ın yakıtını üretmek için bir ila iki yıla ihtiyacı var. Sonra mürettebat Mars’a gitmek için yolda 200 ila 350 gün geçirecek. Ardından Kızıl Gezegen’i keşfetme çalışması var ki bu da bir 500 gün alabilir.

Tüm bunları bir araya getirince ortaya çıkan tabloya göre MAV’ın Mars’a indikten sonra dört yıl boyunca işler ve kalkışa hazır durumda beklemesi gerekiyor. “O süreyi Mars ortamında geçirecek,” diyor Rucker. “Toz içinde geçirecek. Yoğun bir ultraviyole radyasyon var. Bahçe mobilyanız bu kadar uzun süre dışarıda kalırsa neye döner? Oraya göre çok daha fazla koruması olan Dünya’da bile böyle oluyor.”

Giysi Seçimi

MAV’ı tasarlayan mühendislerin düşünmesi gereken sorular arasında en önemlilerden biri, “Astronotlar ne giyecek?”

“Uzay istasyonu fotoğraflarını görüyorsunuz,” diyor Rucker. “Şort ve tişört ile dolaşıyorlar. Büyük bir araçta güvenli bir yolculuk yapıyorsanız bundan zarar gelmez. Kalkış aracında ise gidecek yer yok. Bir yerinde delik açılması durumunda üstünüzde uzay giysisi olması hiç fena bir fikir değil.”

Ama ne tür bir uzay elbisesi? Mars’ın yüzeyini inceleyen astronotların giyeceği giysiler –araç dışı faaliyet giysileri– ağır ve hantal. Eğer astronotlar bunları MAV’da da giyeceklerse mühendislerin kabin boyutunu büyütmesi gerekecek.

Ayrıca bir de elbiselere yapışacan Mars tozu sorunu var. Bu toz astronotların kurallara uygun bir gezegen koruma protokolu uygulanmaksızın Dünya’ya geri getirebilecekleri bir şey değil.

Rucker en iyi çözümün hantal elbiseleri Mars’ta bırakmak olduğunu düşünüyor. Böylece gelecekteki misyonlar bunların parçalarından faydalanabilir. Mars’tan ayrılan astronotlar bunun yerine iniş ve dönüş sırasında uzay mekiği mürettebatlarının da giydiği “araç içi faaliyet” (IVA) giysilerine bürünecekler.

IVA giysiler daha hafif ve biraz daha esnek. Ayrıca “dış” Mars ortamına maruz bırakılmayarak üzerlerine toz bulaşması engellenecek. Astronotlar yaşam alanlarından yüzey aracına geçmek için bir kenetlenme kapısı kullanacak. Araca geçtiklerinde tertemiz IVA giysilerini giyerek MAV’a doğru yola çıkacak ve özel olarak tasarlanmış basınçlı bir tünelden içeri girecekler.

NASA mühendisleri Mars Kalkış Aracını (MAV) Kızıl Gezegen’e güvenli bir şekilde indirmek gibi zorlu bir görevle karşı karşıyalar. Araç burada kendi yakıtını üretecek ve astronotları dünyaya geri getirecek. [Fotoğraf: Robert Markowitz, NASA/JPC]

Mars’a tünel götürmenin sakıncası tek bir kez kullanılacak bir donanımın ağırlığı artırması. Ancak Rucker tünelin başka türlü de kullanılabileceğini düşünüyor.

“Ben tüneli elde bulunması faydalı bir şey olarak görüyorum,” diyor. “Tek bir büyük yaşam alanı yerine belki de ufak yaşam alanları kurabilir ve bunları birbirine bağlamak için tüneli kullanabilirsiniz. Yeni bir öğe eklemek hiç bir zaman iyi bir şey değil ama eğer bir sürü sorunu çözen bir öğeyse o zaman avantaj olabilir.”

Eve Dönüş

Ve nihayet gitme vakti.

MAV’ın iç mekanı yükü azaltmak için çok sade olacak. Bu tek yön bir uzay taksisi sadece, bir yaşam alanı değil. Hatta mühendisler koltuk bile koymayabilir, ki bu durumda astronotların tüm yolculuk sırasında ayakta durması gerekecek.

Füzeyle fırlatarak kalkma işlemi yedi dakika sürecek. Ama yolculuk burada bitmiyor. Astronotlar ERV ile buluşup kenetlenmek için yörüngeye oturma manevraları yapacaklarından daha fazla yakıt harcayacaklar.

ERV, Mars yüzeyinden 250 ila 34 bin kilometre yukarıdaki elips biçimli “bir günlük yörüngede” park ederse, astronotlar kalkış aracında en fazla 43 saat geçirecekler. Ancak Rucker bu durumun Mars misyonunu planlayanlar tarafından henüz çözülmemiş bir konu olduğunu söylüyor.

“Uzay nakil işiyle uğraşanlar bu büyük nakil ortamını ellerinden geldiğince yüksekte tutmak istiyorlar,” diyor. “Mars’ın kütle çekim çukuruna yuvarlanmak istemiyorlar. Aslında beş ya da on günlük bir yükseklikte kalmayı ve kalkış aracının kendilerine ulaşmasını istiyorlar.”

“Buradaki sorun,” diyor Rucker, “MAV’ın içinde uzun süre kalmak ek donanım gerektirecek.”

“Uzay elbisesini çıkarmayabilir, sıcak çorba ve tuvalet olmadan kırk üç saat idare edebilirsiniz muhtemelen,” diyor. “Ama üç gün, beş gün veya yedi güne çıktığınızda kalkış aracının büyütülmesine yol açacak bir sürü şey eklemeniz gerekiyor.”

Ve nihayet kenetlenme gerçekleştiğinde –mürettebat ve kargo kendilerini Dünya’ya geri götürecek uzay aracına geçtiklerinde– MAV kendini ayırıp, son bir manevra yaparak gelecekteki Mars misyonlarına engel oluşturmayacak bir yörüngeye oturacak; insanlık tarihinde önemli rol oynayan küçük uzay aracı hüzünlü bir şekilde inzivaya çekilecek.