Uzaydaki En Modern Sorun: Uzay Çöpleri Nasıl Temizlenir?
Uzay çöpleri, görevini yerine getirmiş olan ve herhangi bir işlevi kalmayan fakat yörüngede dolaşmaya devam eden nesneler olarak tanımlanır. Kaderine terk edilmiş olan bir uydu, roket parçası, uzay cisimlerine ait cıvata, somun, vida, boya parçası ve hatta donmuş idrar birikintisi bile uzay çöpü olabilmektedir.
Günümüzde dünyanın yörüngesinde dolaşmaya devam eden ve takip edilebilen yaklaşık 40.000 cisim bulunuyor. Tüm fırlatma işlemleri de bu durum dikkate alınarak gerçekleştirilmektedir. Ayrıca takip edilemeyecek kadar küçük boyutta olan milyonlarca nesnenin de olduğu tahmin ediliyor. Bu cisimlerin hızları ise yaklaşık 28.000 km/sa. Bu hızda hareket eden çok küçük bir parçanın bile bir uyduya veya bir uzay aracına çarpması sonucu ne olacağını tahmin edebiliyor musunuz? Dünyanın yörüngesinde bulunan uydular hava durumu, iletişim, navigasyon ve GPS gibi birçok konuda bilgi sağlar. Bu uydulara çok küçük boyutlardaki uzay çöplerinin çarpmasıyla küresel teknoloji ağının yok olmasını istemeyiz elbette. O halde ne yapıyoruz? Çöplerimizi uzaya bırakmıyoruz.
Uzay Çöplerinin Yörüngedeki Yoğunluğu ve Kessler Sendromu
NASA’da görev yapan bilim insanı Donald Kessler, 1978 yılında çok önemli bir senaryo tanımlamıştır. Bu senaryoya göre uzayda gerçekleşen bir çarpışma sonucu dağılan parçalar, başka çarpışmalara sebebiyet verecektir. Bu durum, bir domino etkisi yaratarak yörüngede yer alan her şeyi yok edecektir. İşte bu senaryo literatürde Kessler Sendromu olarak tanımlanmıştır. Kessler’e göre uzay çöpleri arttıkça çarpışma ihtimali artacak ve dünyanın yörüngesi tamamen uzay çöplüğüne dönecektir.
Elon Musk’ın dünyanın yörüngesine 10 yıl içinde 100 bin uydu yerleştirmeyi planladığı Starlink Projesi‘ni uzayda artan araç yoğunluğu konusuna en önemli örnek olarak gösterebiliriz. Son olarak Google’ın yerel sansürün önüne geçmek amacıyla geliştirdiği uzay interneti Outernet için saksı büyüklüğünde iletişim uyduları göndereceği gündeme gelmişti. Ayrıca telekom şirketleri de uyduların boyutunu ve ağırlığını düşürmeyi hedefliyor. Bu da daha fazla uzay çöpü demek.
Peki Kessler Sendromu’nda belirtilen çarpışma ihtimalini göze alarak bilimsel çalışmalar gerçekleştirmek amacıyla uzaya çıkabilecek miyiz? Böyle bir çarpışma sonucunda iletişim, GPS, TV gibi teknolojilerden de mahrum kalabileceğimizi belirtelim. Sizin için tavsiye edebileceğimiz 2013 yılında gösterime giren Gravity filmi bu konu üzerine kurgulanmıştır.
Uydu Sistemlerinin Dünya Yörüngesinde Konumlanması
Dünyanın yörüngesi alçak, orta ve yer-sabit olarak sınıflandırılmaktadır. Alçak dünya yörüngesi, 160 km’den 2000 km yüksekliğe kadar olan bölgedir. Yapay uyduların çoğu ve Uluslararası Uzay İstasyonu burada yer alır. Orta dünya yörüngesi, 2000 km’den 35786 km yüksekliğe kadar olan bölgeyi kapsar. İletişim uyduları genel olarak bu bölgededir. ABD’nin GPS, AB’nin Galileo, Rusya’nın GLONASS, Çin’in BeiDou uydu sistemleri burada konumlanmıştır. Sürekli faydalandığımız navigasyon desteğini bu uydulardan alıyoruz. Yer-sabit dünya yörüngesi ise 35786 km’nin üstünde kalan bölgedir. TV uyduları bu bölgededir.
Çarpışma tehlikesinin yaşandığı durumlarda Uluslararası Uzay İstasyonu gibi bazı uzay araçlarının yörüngesi değiştirilebilmektedir. Fakat birçok nesnenin bu manevrayı yapabilecek kabiliyeti yok. Milyonlarca dolar harcanan uzay araçlarının küçücük bir nesne ile paramparça olması çok üzücü olurdu mutlaka.
Uzay Çöpleri Sebebiyle Meydana Gelen Kazalar
Dünyanın yörüngesine gönderilen ilk uydu olan Sputnik’ten bu yana yaklaşık 10.000 adet daha uydu gönderilmiştir. Bunların yarısı görevini tamamlamış olmasına rağmen hala yörüngede süzülmeye devam ediyor. Uzay çöplüğünde en çok Rus yapımı uzay araçlarına ait parçaların olduğunu da söyleyebiliriz. İlk uzay çöpü olan Sputnik-1 uydusu, yörüngeden çıktıktan sonra dünya atmosferine girerek yanmıştır.
Uzaydaki ilk kaza, 1996 yılında Cerise adlı Fransız uydusunun bir başka Fransız uydusundan kopan bir parça ile çarpışması sonucu gerçekleşmiştir. Çarpışma sonrası Cerise uydusunun anteni kopmuş fakat çalışmaya devam etmiştir. 2009 yılında, aktif haldeki Iridium 33 adlı haberleşme uydusu, 42.000 km/sa hızla pasif haldeki Kosmos 2251 adlı uydu ile çarpışmıştır. Çarpışma sonrası iki uydu da parçalanmış ve binlerce parça uzay çöplüğüne dahil olmuştur. 2007’de Çin, 2008’de ABD ve 2009’da Hindistan uydularını füzeyle yok etmiştir. Bu durum uzay enkazı miktarını daha da artırmıştır.
Halen yörüngede dolaşmaya devam eden tarihteki en eski uzay çöpü, 1958 yılında uzaya gönderilen ve ABD’nin 2. uydusu olan 16.5 cm çapında ve 1.5 kg ağırlığındaki Vanguard I uydusudur. Mir istasyonu, uzaya gönderildikten sonra 10 yıl içinde 200 parçanın üzerinde uzay çöpü meydana getirmiştir. 1966 yılında Pegasus roketinin üst kademesinin patlamasıyla 4 mm’den büyük yaklaşık 300.000 parça ortaya çıkmıştır. Bu parçaların 700 adedinin diğer uzay araçları için tehlike yaratabileceği düşünülmektedir.
10 cm çapındaki bir uzay çöpü, uyduda geri dönülemez hasara sebep olabilirken, 1 cm çapındaki bir cisim uyduyu çalışamaz hale getirebilmektedir. 0.2 mm çapındaki bir boya parçacığı, 1983 yılında Challenger Uzay Mekiği‘nin kabin camını delmiştir.
Uzay Çöplerini Temizlemek İçin Geliştirilen Yöntemler
Şu anda gerçekleştirilecek en etkin çözüm, uzaya gönderilecek araçların en az atık oluşturacak şekilde tasarlanmasıdır. Mevcut uygulamada, takibi mümkün olan uzay çöpleri takip ediliyor. Bu sayede faydalı uzay araçlarının bir çarpışma yaşamasının önüne geçmek için çalışılıyor. Halihazırda yörüngede dolaşmaya devam eden uzay çöplerini yok etmek için birçok yöntem geliştirme aşamasında. Şirketler açısından baktığınız zaman en az maliyetli ve en kolay çözüm ne ise o uygulanır. Daha etkin bir çözüm için karlı bir iş olmalıdır.
Günümüzde en çok kullanılan yöntem, ömrünün sonuna gelen uyduların yörüngelerini değiştirerek yeryüzüne düşmelerini sağlamaktır. Bu sayede uydu, atmosferde çok küçük parçalara ayrılarak yerleşimin olmadığı alanlara düşer. Fakat bu yöntem çok maliyetli olduğundan şirketler tarafından benimsenmiyor. Bu sorunun çözümü için Birleşmiş Milletler uyduların en geç 25 yıl içerisinde üretici şirketler tarafından atmosfere düşürülmesini şart koşuyor.
RemoveDebris Misyonu
RemoveDEBRIS, uzay çöplerinin bertarafı için geliştirilen teknolojileri test etmek amacıyla gerçekleştirilen öncü bir görevdir. Surrey Üniversitesi’ne bağlı Surrey Space Centre liderliğinde yürütülen bu proje, Avrupa Birliği’nin 7. Çerçeve Programı (FP7) kapsamında finanse edilmiştir. Proje ortakları arasında Airbus, ArianeGroup, CSEM, Inria, Innovative Solutions In Space ve Stellenbosch Üniversitesi gibi kuruluşlar bulunmaktadır. Proje sayesinde uzay çöplerinin bertarafı konusunda pratik deneyimler kazanılmış, gelecekteki aktif enkaz temizleme görevleri için değerli veriler sağlanmıştır.
RemoveDebris platformu 2018 yılında SpaceX Falcon 9 roketi ile Uluslararası Uzay İstasyonu’na fırlatıldı. Ardından 100 kg ağırlğındaki bu platform NanoRacks Kaber sistemi tarafından yörüngeye yerleştirildi.
RemoveDebris Projesi ile uzay çöplerinin bir ağ veya zıpkın ile yakalanması amaçlanmıştır. Ayrıca sürükleme yelkeni (dragsail) sayesinde uzay çöpünün yörüngeden kontrollü ve daha hızlı bir şekilde çıkarılması hedeflenmiştir.
Sürükleme yelkeni, atmosferin üst katmanlarındaki ince hava molekülleriyle etkileşime girerek sürtünmeyi artırır ve uydunun hızını düşürerek yörüngesini alçaltır. Bu sayede uydu, atmosfere girerek yanar ve uzay çöpleri oluşturmaz. Bu tür yöntemler etkinliğini kanıtlamış olsa da, nispeten küçük nesneler için uygun olan ve çok hassas nişan almayı gerektiren tek kullanımlık araçlardır.
ClearSpace Misyonu
ClearSpace-1, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ile İsviçre merkezli ClearSpace SA şirketi tarafından yürütülen, yörüngedeki uzay çöplerini aktif olarak temizlemeyi amaçlayan bir misyondur. Yörüngedeki kullanılmayan bir ESA uydusunu yakalayıp kontrollü şekilde atmosfere yönlendirerek yok etmek hedeflenmiştir. 2028 yılında hayata geçirilmesi planlanan bu misyon, uzayda sürdürülebilirliği sağlamak ve gelecekteki uzay görevleri için güvenli bir ortam oluşturmak adına önemli bir adımdır. ClearSpace-1, sadece uzay temizliği için değil, aynı zamanda gelecekteki uzay görevleri için yörüngede hizmet verme ve onarım gibi yeteneklerin geliştirilmesi adına da bir test platformu olacak.
ClearSpace-1’in ilk hedefi, 2013 yılında fırlatılan Vega roketinin ikincil yük adaptörü (VESPA) idi. Ancak bu adaptörün uzay çöpleri ile çarpışma riski artınca, 2023’te hedef PROBA-1 uydusu olarak değiştirilmiştir. PROBA-1, 2001 yılında fırlatılan ve hala kontrol edilebilen 95 kg’lık bir ESA teknoloji gösterim uydusudur.
ClearSpace-1, dört kollu bir robotik sistem kullanarak hedef uydunun etrafını sarıp yakalayacak. Bu işlem, hedefin dönme hareketi ve yörüngedeki diğer nesnelerle çarpışma riskleri göz önünde bulundurularak hassas manevralarla gerçekleştirilecek. Yakaladıktan sonra, uydu yörüngesi düşürülerek atmosfere yönlendirilecek ve burada her iki araç da yanarak yok olacak.
ELSA-M Misyonu
2021 yılında Soyuz roketi ile Kazakistan’dan fırlatılan ELSA-d, yörüngedeki atıl uyduların güvenli bir şekilde yakalanıp yörüngeden çıkarılmasını test etmek amacıyla tasarlanmıştır. Misyon, manyetik yakalama ve yakın yörünge manevraları gibi teknolojileri başarıyla denemiştir.
Bu teknolojide uzay çöpleri üzerine ferromanyetik bir plaka yerleştirilir. Elektromıknatıs donatılmış platform uzay çöpünü atmosferde yanması için aşağı doğru çeker. Japon Astroscale firması tarafından 2021 yılında test edilen bu teknoloji sayesinde, 2026 yılında gerçekleştirilmesi planlanan ELSA-M misyonunda ilk kez gerçek bir çalışmayan uydunun bertaraf edilmesi hedefleniyor. Bu teknoloji ile tek bir görevde birden fazla uzay çöpünün bertaraf edilmesi mümkün.
Lazer Teknolojisi
Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı (JAXA) uzay çöplerini temizlemek için lazer teknolojisinden faydalanmayı planladıklarını açıklamıştır. Lazer ışını sayesinde uzay çöplerinin buharlaştırılması ve yörüngesini değiştirmek amacıyla enerji darbesi uygulanması planlanmıştır. Bu sayede uzay çöpünün atmosfere girerek yanması hedefleniyor. Projenin 2025 yılında test edilmesi bekleniyor.
Lazer yöntemi, diğer yollarla yakalanması zor olan 1-10 cm boyutundaki küçük parçalar için en uygunudur. Ayrıca uzaya herhangi bir araç fırlatma gerektirmediğinden oldukça caziptir.
İyon Işınları Teknolojisi
Başlangıçta asteroit savunması için tasarlanan Ion Beam Shepherd (IBS) sistemi, uzay çöplerini temassız bir şekilde yörüngeden çıkarmayı hedefleyen yenilikçi bir teknolojidir. Bu yöntem, bir uzay aracının iyon motorları aracılığıyla oluşturduğu plazma demetini, hedef uzay çöpüne yönlendirerek yörüngesini değiştirmeyi amaçlar. Bu sayede cisme momentum aktarımı sağlanarak cismin yörüngesinin düşürülmesi sağlanır. Bu süreçte uzay aracı, kendi pozisyonunu korumak için ters yönde itki uygulayarak denge sağlar.
Elektromıknatıs Teknolojisi
Bir başka projede ise Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı (JAXA) uzay çöplerini temizlemek için yörüngede elektromıknatıslı dev metal ağlar kullanmayı planlamıştır. Projede ağ üretme işi balık ağı üreten bir firmaya verilmiştir. 700 metrelik bu ağ çelik ve alüminyum kablolardan oluşmaktadır. Bu ağın bir uzay aracı tarafından yörüngede sarkıtılması hedeflenmiştir.
Işık sensörleriyle donatılacak olan ağ, uzay çöpünden yansıyan güneş ışığı sayesinde hedefinin konumunu tespit edebilecektir. Mıknatıslı sensörler de bu uzay çöpünü kendine doğru çekecektir. Ağ yeterince çöpü topladıktan sonra bağlı olduğu uzay aracı sayesinde atmosfere girecek ve yanacaktır. Ağ yaklaşık 10 km uzunluğunda olacak ve yörüngedeyken açılacak şekilde tasarlanmıştır. Fakat burada önemli bir sorun var. Ağ birkaç günde açılmalı ki uzay çöpleri ağa çarpıp zarar vermesin. Ayrıca bu ağın görevine devam eden uydulara zarar verme ihtimali de mevcut.
Her keşiften sonra insanoğlu bir iz bırakmıştır. Uzaya bıraktığımız en önemli izimiz de şu an için çöplerimiz olacak gibi duruyor. Uzaya fırlatılan her araç için yörünge kullanım ücreti uygulanması da araştırmacılar tarafından önerilmektedir. Bu girişimlerin sebebi, uzay çöplerini temizlemek için kabul edilen bir teknolojinin henüz gelişmiş olmamasından kaynaklanıyor. Bu sebeple uzay çöpünü daha fazla artırmamak, uygulanabilecek en akıllıca çözüm gibi duruyor.
Geri bildirim: SpaceX Projesi : Starlink Nedir? | Mechtekno