Proje Orion'un düşük itme gücü devasa bir gemiyle çözülebilir mi?

1958 civarında General Atomics'te çalışan ekip, uzaya kimyasal yakıtla değil, arka arkaya patlayan nükleer birimlerle çıkmayı tasarladı. Geminin altına kalın bir itici plaka konuyor, plakanın arkasında küçük bir patlama oluyor, plaka darbeyi alıyor, şok emiciler darbeyi mürettebata yumuşak bir itişe çeviriyordu. Projenin adı Orion'du. Kulağa uçuk geliyor; oysa dönemin mühendisliği bunu ciddiye aldı ve birkaç yıl boyunca çizim, model ve hesap üretti.¹

Bugün aynı fikre dönen soru çoğu zaman şöyle kuruluyor: egzoz yeterince hızlı değilse, yani her patlamanın verdiği hız artışı yıldızlar arası yolculuk için cılız kalıyorsa, gemiyi çok büyütmek işe yarar mı? Cevabı netleştirmek için önce iki şeyi ayırmak gerekiyor. Biri motorun ne kadar verimli hız ürettiği. Öteki, insan bedeninin o hızı hangi ivmeyle kaldırabileceği.

Orion aslında «cılız» değildi

Kimyasal bir ana motorun özgül itkisi, kabaca birkaç yüz saniye mertebesindedir. Orion referans tasarımlarında bu sayı binlerce saniyeye çıkıyordu; geliştirilmiş senaryolarda daha da yükseltiliyordu. Yani sorun, «kimyasal roketten kötü» olmak değildi. Sorun, en yakın yıldızlara insan ömrü ölçeğinde gitmek istediğinde gereken hız farkının (delta-v) hâlâ çok yüksek kalmasıydı. Egzoz ne kadar yavaşsa, aynı hız farkı için yakıt kütlesinin gemi kütlesine oranı o kadar şişer. Buna Tsiolkovsky roket denklemi denir ve oran üstel büyür.²

1957'deki Pascal-B denemesinde, yeraltı nükleer testinin çelik kapağına dair kabaca bir hız hesabı yapılmıştı. Hesap, plakanın atmosferden çıkış hızının çok üstüne çıkabileceğini ima ediyordu; plaka bulunamadı ve büyük olasılıkla havada buharlaştı. Bu anekdot Orion'un sezgisini besledi: nükleer bir darbe, ağır bir yüzeye muazzam hız verebilir. Ama tek bir plakanın bir karede kaybolması, yıldızlar arası bir geminin yakıt hesabını çözmez. Motorun sürekli, tekrarlanabilir ve kontrollü olması gerekir.¹

Bombayı «jeneratör» yapmak işi değiştirir

Bazen önerilen çözüm şöyle: patlamanın enerjisini topla, sonra o enerjiyle hidrojeni çok yüksek hıza çıkar, egzozu yükselt. Bu cümle kulağa Orion gibi gelir ama aslında başka bir motor sınıfına kayar. Sürekli ve kararlı güç istiyorsan, nükleer reaktör daha doğal bir kaynaktır; bombadan elektrik çekmek ise enerjiyi düzgün toplamak, ısıyı yönetmek ve her patlamada sistemi yeniden kurmak demektir. Ortaya çıkan şey, yüksek özgül itkili bir plazma iticisine yaklaşır. O sınıfta egzoz hızı yüz kilometre/saniye mertebesine çıkabilir; bu kimyasaldan iyidir, ama Proxima ölçeğinde «birkaç nesilde varış» hedefi için hâlâ yetmez.³

Kabaca bir örnek: egzoz yüz kilometre/saniye iken hedef hız bin kilometre/saniye civarına çekilirse kütle oranı on binler mertebesine tırmanır. Hedefi on bin kilometre/saniyeye çıkarırsan oran pratikte imkânsızlaşır. Gemiyi bir şehir kadar büyütmek bu oranı küçültmez; çünkü yakıt da, yapı da, yük de birlikte ölçeklenir. Oran, boyuta değil egzoza bağlıdır.

Büyüyen gövde bedeni kurtarır, fiziği değil

Freeman Dyson'ın Orion analizinde sınır çoğu zaman enerjiden önce momentumdadır. İtici plaka bir anda hızlanır; şok emiciler o darbeyi gemiye yumuşak ivmeye çevirmek zorundadır. Malzemenin birim kütlede depolayabileceği esnek enerji sınırlıdır. Bu yüzden her patlamada gemiye eklenebilecek hız artışı da sınırlanır. Daha ağır bir gemi, aynı darbede daha küçük ivme üretir. İşte burada tıp masaya oturur.⁴

İnsan omurgası, damar duvarı ve iç kulak, ani yüksek g darbelerine kimyasal roketin yumuşak itişinden farklı tepki verir. Kısa süreli yüksek g'ye eğitimli vücut dayanabilir; ama tekrarlayan şoklar, omurga yükü, göz içi basınç ve bilinç kaybı eşiği ayrı bir risk paketidir. Gemiyi büyütüp ivmeyi düşürmek, mürettebatı bu paketten kısmen uzaklaştırır. Kalın yapı ve yakıt kütlesi aynı zamanda radyasyon kalkanı gibi de iş görür. Yani «devasa gemi» fikri boş değildir: yaşanabilirlik ve güvenlik tarafında anlamlıdır. Ama yıldızlar arası delta-v hesabındaki egzoz açığını kapatmaz.

Ne çözülür, ne çözülmez?

Kısa cevap: düşük egzoz hızının yıldızlar arası yükünü, gövdeyi şişirerek çözemezsin. Oranı düzelten şey daha hızlı egzozdur; Dyson'ın geç dönem füzyon darbesi senaryoları veya sonraki atalet hapsi füzyon kavramları bu yüzden konuşulur. Buna karşılık, insanı darbe itkisinde hayatta ve ayakta tutmak istiyorsan kütle, şok emici ve kalkan gerçekten işe yarar. Orion'un yarım kalan hikâyesi de burada düğümlenir: fizik «imkânsız» demiyordu; siyaset, deneme yasağı ve risk, projeyi 1960'ların ortasında kapattı.¹

Senin için taşınacak tek net fikir şu olabilir. Büyüklük, uzayda bazen can kurtarır. Ama roket matematiğinde büyüklük, yavaş egzozun günahını affetmez. Hız istiyorsan egzozu yükseltmen gerekir; insan istiyorsan ivmeyi ve radyasyonu yönetmen gerekir. İkisi aynı cümle değildir.

Dr. Sinan

Hekim-araştırmacı. Abartısız anlatıyor; kanıt ile iddiayı ayırıyor.