Uzay Yolculuğu
Uzay yolculuğu dendiğinde birçoğumuzun aklına gürültülü ve şaşalı bir şekilde gökyüzüne doğru yükselen, dumanlarını etrafa saçan roketler gelir. Roketler, en azından şimdilik, Yeryüzü’nün çekim kuvvetinden kurtulabilmemiz için tek seçenek. Ancak Yer ile çekim kuvvetini bir kez yendikten sonra, uzay gemisine güç vermek için diğer seçenekler de konuşulabilir oluyor. İyon itici, uzun süredir bilim kurguda yeri olan teknoloji, şu anda uzay araçları ve sondaları uzayda uzun yolculuklara göndermek için kullanılıyor.
NASA iyon iticiler üzerine çalışmalarına ilk defa 1950’lerde başladı. 1998’de iyon iticileri ilk defa ana itici motor olarak DeepSpace 1 (DS1) üzerinde, 9969 Braille asteroidi ve Borrelly kuyruklu yıldızına uçuşunda kullanıldı. DS1 sadece bir asteroid ve kuyruklu yıldızı ziyaret etmesi için geliştirilmedi, amaçlar arasında aynı zamanda başta iyon iticileri olmak üzere yüksek riskli on iki yeni teknolojiyi de test etmek de vardı.
İyon İticiler
İyon itici sistemi çok küçük bir itme sağlar. 13 tane 25 kuruşluk tuttuğunuzu düşünün, yer çekiminin elinize uyguladığı çekim kuvveti ne kadarsa işte iyon iticilerinin kuvveti de o kadar. Çeki kuvveti büyük nesnelerin üzerinden kalkış yapmak için işe yaramazlar. Güçleri uzun süreler boyunca itme gücü sağlayabilmelerinde yatar. Bunun anlamı çok yüksek hılzara ulaşabilmeleri demektir. İyon iticileri uzay aracını 320.000 km/saat büyüklüğünde hızlara ulaştırabilirler ancak o hıza ulaşana kadar uzun süreler çalışmaya devam etmeleri gerekir.
Elektron kaybetmiş ya da fazladan elektronu olan atom veya moleküle iyon denmektedir ve bu nedenle yüklüdürler. Yani iyonizasyon atom ya da molekülün, elektron eklenerek veya çıkartılarak yüklenmesi işlemidir. Bir kere yüklendiklerinde iyonlar manyetik alanın durumuna göre hareket etmek isteyeceklerdir. İşte bu, iyon motorunun kalbinde yatan mekanizmadır. Fakat belli atomlar bu işlem için daha uygundur. NASA’nın iyon iticileri tipik olarak bir asal gaz olan ksenonu kullanırlar çünkü ksenonun patlama gibi bir riski yoktur.
Ksenon Yakıt Değildir
Bir iyon motoru içerisinde ksenon yakıt değildir. Yanmaz ve doğasında yakıt olarak kullanılmasını sağlayacak özellikler yoktur. İyon motorunun enerji kaynağı başka bir yerden gelmektedir. Bu kaynak, güneş panellerinden veya nükleer materyalin yarılanması sırasında ortaya çıkan ısı ile üretilen elektrik olabilir.
İyonlar ksenon gazının yüksek enerjili elektronlar ile bombardımana tutulması ile elde edilirler. Bir kere yüklendiklerinde, yüklerinin türüne göre lens denen bir çift elektrostatik ızgaradan geçer ve itmeyi sağlayan hazneden dışarı atılırlar. Bu tahliye işlemine iyon hüzmesi denir ve yükü nötrleştirmek için elektronla enjekte edilirler.
İyon motorunun nasıl çalıştığını gösteren kısa bir video:
Ne Kadar Gaz Gerekir
Taşıdığı yakıt miktarına bağımlı olarak itiş gücü limitli olan geleneksel ateşlemeli motorların aksine iyon itiş güçlü bir motorun tek limiti elektrik kaynağının gücüdür. Uzay aracının deposunda taşıyabileceği sıvı yakıt miktarı, ki bu durumda ksenon, ikinci dereceden öneme sahiptir. NASA’nın Dawn uzay aracı 27 saatlik kullanımda, bir teneke soda hacminden daha az harcamıştır.
Bir Sınır Var mı?
Teorik olarak motora güç veren elektrik gücünde herhangi bir sınır yok ve mevcut iticilerden çok daha güçlüleri geliştirilebilir. 2012’de NASA’nın Evrimsel ksenon İticileri, (NASA Evolutionary Xenon Thruster – NEXT), 2100w gücündeki DS1 ile karşılaştırmak gerekirse, 7000w güçte 43.000 saat süreyle çalıştırıldı. NEXT ve tasarımı gelecekte bunları da aşacak, uzay aracının daha da uzak görevleri başarmasına, birden fazla asteroide uğramasına, kuyruklu yıldıza gitmesine, dış gezegenlere ve onların uydularına ulaşmasına olanak sağlayacak.
İyon itici motorları, NASA’nın Dawn Görevi’nde, asteroid 25143 Itokawa’ya olan Japon Hayabusa görevi’nde ve 2017’de gerçekleştirilecek olan ESA’nın Merkür’e olan Bepicolombo görevinde, düşük frekanslı kütle çekimsel dalgaları araştıran LISA Pathfinder’da kullanılıyor.
İyon itici sistemlerindeki sabit gelişim ile bu liste sadece artacak.