Japonya’da Açık Yenilikle Uzay Asansörü İnşa Etme Yarışı Başladı

Apollo programının başladığı 1960’lardan günümüze kadar uzaya, yani, yerden 100 kilometre yüksekliğe, sadece 500’den biraz fazla astronot çıkabilmiştir. Ancak, Virgin Galactic’in bu sene başlattığı ticari uzay turizmi dalgasıyla beraber, astronotların dışında pek çok insan Dünyayı uzaydan görme fırsatı bulabilecek. Üstelik, Amazon’u hayata geçiren Jeff Bezos’un kurduğu, havacılık alanında imalat yapan ve uzay uçuşu hizmetleri veren Blue Origin adlı şirketin, uzay yolculuğu biletlerini bu yıl içinde satışa çıkarmaya başlaması bekleniyor.

Dünyayı uzaydan seyretmenin bedeli hiç de ucuz olmayacak; üstelik, yerçekimsiz ortamda yaşanacak bu deneyim sadece birkaç dakika sürecek. Acaba bir gün herkes hiçbir eğitim almadan, saatler boyunca yerçekimsiz ortamı deneyimleyebilecek mi? Japonya’da araştırmacılar, muazzam miktarda yakıt tüketen geleneksel roketlerin aksine bu deneyimi, maliyeti ve çevresel etkiyi en aza indirecek şekilde mümkün kılabilecek bir “uzay asansörü” geliştiriyorlar.

Uzay asansörü, yer ile sabit yörüngedeki bir uydu arasında ince bir halat yardımıyla yukarı aşağı hareket eden ve “tırmanıcı” adı verilen elektrikli bir araçtır. Asansör, merkezkaç kuvvetiyle denge kurmak için, dıştaki başka bir halatı kullanır. Halatın toplam uzunluğu 100.000 kilometreye ulaşmaktadır.

Fizikçi Dr. Sumio Iijima’nın, halatın gerçekleştirmek için yeterli hafifliğe ve teorik mukavemete sahip bir malzeme olan karbon nanotüp mekanizmasını keşfettiği 1991 yılına kadar, halatı yapmaya yetecek kadar kuvvetli bir malzeme, yalnızca bilimkurgu romanlarında mevcuttu. 2012 yılında Obayashi Corporation, 2050’ye kadar Dünyayla uzayı birbirine bağlamayı hedefleyen Uzay Asansörü İnşaat Projesini duyurdu.

Deney Vakası: Hassas Raptor Geliştirmek

Genç biliminsanlarına ilham vermek ve uzay asansörü konseptini tanıtmak üzere 2011, 2012, 2016 ve 2018 yıllarında Almanya’daki Münih Teknik Üniversitesinde, EUSPEC (Avrupa Uzay Asansörü Yarışması) adı altında bir etkinlik düzenlendi. Nihon Üniversitesinin, dört yarışmaya da katılan Raptor Takımı, Kaishu Koike ve Naoki Arakawa’dan oluşuyor. Dördüncü sınıf öğrencileri olan Koike ve Arakawa, aynı zamanda Nihon Üniversitesi, Bilim ve Teknoloji Fakültesi, Hassas Makine Mühendisliği Departmanından Profesör Yohio Aoki’nin yönetimindeki Aoki Laboratuvarının üyeleri.

Ekip, mukavemet hesaplamaları, dayanıklılık ve mekanik yapıların inşaat güvenliği üzerinde çalışıyor ve aynı zamanda uzay asansörü araştırmasını proaktif olarak destekliyor. Raptor Takımı, 2018’de düzenlenen yarışmada İleri Düzey kategorisinde tam bir zafere ulaşırken, Emniyet, İnşaat Kalitesi ve Yenilik kategorilerinde ödül aldı. Yarışmaya katılan her bir ekip, hız, verimlilik ve hassasiyet açısından değerlendirilecek bir tırmanıcı geliştirdi.

Takım, tırmanıcıyı imal etmek için gereken parçaları modellemek üzere CAD yazılımı kullandı, daha sonra deneme yanılma yönetimini de kullanarak montajı tamamladı. Koike, “Tahrik motoru için bir çerçeve oluşturduk, gönderme yöntemini göz önünde bulundurarak motorun konumunu belirledik, ardından düz dişli çarkı ve konik dişliyi modelleyip yerine yerleştirdik,” diyor ve ekliyor, “Önce büyük parçaların montajını yapıp, aşama aşama daha ince parçalara geçerek, asansörün şekline karar verme yöntemini benimsedik.”

Her biri 1,1 kilogram ağırlığında maksimum sekiz yük taşınırken hızı koruyabilmek üzere, talaşlı imalat için üç eksenli CNC tezgahı kullanarak, tırmanıcının ağırlığını mümkün olduğunca düşük tutmak gerekiyordu. “Petek yaklaşımını kullanarak ana gövdeyi oyabildiğimiz kadar oyduk; ve yeterli esnemezliği ve görünümü korurken, ağırlığı yaklaşık %60 oranında azaltmayı başardık,” diyor Koike.

Bu yarışmada dört değerlendirme kriteri bulunuyordu; taşıma kapasitesi, hız, önceden belirlenmiş bir yüksekliğe doğru şekilde çıkabilme (ve yükseklikten güvenli şekilde inebilme) ve mümkün olduğunca az enerji harcama. Aoki şunları söylüyor: “Aracın gövdesinin henüz yarısı tamamlanmıştı ve yukarıdaki kriterleri karşılayabilecek bir tasarım ortaya çıkarmak hiç de kolay değildi.

Ekip bir yandan simülasyonları yürütürken, diğer yandan Raptor’ı epey yüksek bir tempoda çalışarak tasarladı.” Raptor, saatte 110 kilometrelik azami hıza ulaştı ve en ağır yükleri taşırken bile hızını ve etkili fren mekanizmasını koruyabildi. “Hepsinden öte, kontrol teknolojisiyle tam olarak 100 metrede durabilme görevini yerine getirmek görülmeye değerdi,” diyor Aoki.

Raptor Takımı bu çalışma testini yaparken, ilk tasarımın hız azaltım oranı yeterli düzeyde olmadığı için, asansörün sekiz yükü de kaldırması mümkün olmamış. Takım yarışmadan hemen önce, çerçeveyi kırparak ve dişliyi yenileyerek araç üzerinde değişiklikler yapmış. Tasarım ve CAM, Autodesk Fusion 360 ile bir araya getirildi. Model üzerinde şekil değişiklikleri yapıldı ve ekip, yeni bölmeyi hızlıca kırparak zaman kazanmış oldu.

Hibrit Bir Yaklaşım

Japonya Bilim Konseyi, “hibrit uzay asansörü” yaklaşımını öneriyor. Bu, hem yerde hem de uzayda yapılacak bir konseptin aynı anda geliştirileceği anlamına geliyor. Hassas Makine Mühendisliği Departmanı, tırmanıcıyı yerde geliştirmeye devam ederken, uzayda gerçekleşecek uzay asansörü inşaatına yönelik araştırmalara destek veriyor.

Bunun yanı sıra, Shizuoka Üniversitesi ve Obayashi Corporation arasındaki STARS-Me (Uzayda Bağlı Otonom Robot Uydu-Mini Asansör) adlı ortak geliştirme projesi, iki CubeSats’ı (küçük uydular) birbirlerine bağlayan bir halat üzerinde gidip gelen küçük bir tırmanıcıdan oluşuyor. Aoki Laboratuvarı, halat yerleştirme mekanizmasını ve tırmanıcı tasarımını geliştirme görevlerini üstlenmiş bulunuyor.

Henüz yepyeni bir alan olduğu için, uzay asansörü teknolojisinin yanında, çok da uzak olmayan bir gelecekte gerçekleşebilecek fırlatmadan önce çözülmesi gereken başka sorunlar da var.

Aoki şöyle diyor: “Terörizm gibi tehditlerle nasıl başa çıkmamız gerektiğiyle ilgili yasal ve güvenlik sorunlarına yönelik herhangi bir önlemimiz hâlâ bulunmuyor. İşin bu gibi zor yönlerine, yol aldıkça çare bulmamız gerekecek. Buna benzer sorunları aşabilirsek ve daha fazla sayıda şirket bizi desteklerse, 2030’larda uzay asansörlerinin uzaya kargo taşımacılığında kullanılması hiç de hayal değil.”