Bu yıl Temmuz sonu ve Ağustos başında, Mars ile Dünya yörüngelerinin uygun konuma gelmelerinden dolayı Mars’a gidecek araçlar fırlatılıyor.
Eğer her şey yolunda giderse üç Mars misyonu Şubat 2021 civarlarında Mars’ta olacaklar. Araçlar hakkında Mars’a ulaştıklarında daha fazla bilgi verebiliriz diye bu ayki yazımda yörünge mekaniğinden ya da diğer adıyla astrodinamikten bahsetmek istiyorum.
Astrodinamik kelimesi sizi biraz ürkütebilir. Yazının devamından korkmayın demeyeceğim, çünkü yüksek derecede matematik, yüksek derecede fizik ve bu hesaplara güvenip de milyarlarca dolar bütçelerle uzaya gönderilen araçları düşününce siz de ürkmekte haksız sayılmazsınız.
Ama bedava Mars’a gitmek ne demektir, Dünya’dan fırlatılan bir araç ne kadar sürede Mars’a gider, neden yörüngelerin belli konumlarda olmalarını bekliyoruz ve Mars’taki lanet gibi soruların cevaplarını merak ediyorsanız okumaya devam edin, elimden geldiğince karmaşık formüllere başvurmadan anlatmaya çalışacağım.
Yörünge Mekaniği
Astrodinamik ya da diğer adıyla yörünge mekaniği, yapay uzay araçlarının hareketlerini inceleyen bir bilim dalıdır. Derin uzayda herhangi bir cisme veya gezegene bir araç göndermek istersek, o gezegenin ya da cismin yörüngesinin, Dünya yörüngesiyle belli bir açıya gelmesi beklenir. Böylece yörünge mekaniğinin nimetleri kullanılır ve çok az yakıt harcanarak hedefe ulaşılabilir. Buna “Hohmann transfer yörüngesi”, diğer bir deyişle bedava gezegenler arası ulaşım denir. Elbette yolculuğun bedava tarafının Dünya yörüngesinden kurtulduktan sonra Mars’a ulaşacağı yaklaşık 500 milyon km’lik yol olduğunu bu noktada belirtmem gerek. Yani Dünya’dan kurtulmak ve Mars yörüngesine girmek için yine de bir miktar yakıta ihtiyacınız var. Ama yolun uzun kısmını, bir nevi uzun yolda boşa takıp gitmek gibi düşünebilirsiniz.
Şöyle ki; şekilden görüleceği gibi Dünya ve Mars, Güneş etrafında eliptik yörüngelerde dolanırlar (görselde çember olarak gösterilmiş). Bizim herhangi bir gezegene göndereceğimiz araç da aynı şekilde yine Güneş çevresinde dolanmaya devam edecektir. Yani Ankara’dan İstanbul’a dümdüz bir yolda gider gibi gezegenler arası yolculuk yapamayız, araç da her an Güneş çevresinde dolanmaya devam eder.
Güneş’e olan mesafe önemli
Johannes Kepler’in 1609’da keşfettiği gibi, Güneş’e yakın gezegenler Güneş’in büyük kütle çekiminden dolayı Güneş çevresinde daha hızlı dolanırlar. Dolayısıyla Güneş’ten uzaklaştıkça da gezegenlerin dolanma hızları azalır. Örnek verecek olursak; Dünya, Güneş’in etrafında 365,25 günde bir kez dolanırken, Venüs 225 günde, Mars ise 687 günde bir dolanır. Hatta en uzaktaki gezegen Neptün, Güneş’in etrafında 165 yılda sadece bir kez dolanır. Dolayısıyla bir tekerlek üzerine konan küçük cisimler gibi hızların sabitliğinden bahsedemiyoruz. Güneş etrafındaki her cismin, Güneş’ten uzaklığına göre değişen farklı bir yörünge hızı ve bir dolanma süresi vardır.
Alman mühendis Walter Hohmann 1925’de aynı merkez etrafında dolanan birbirinden farklı yarıçaplarda yörüngelere sahip (örn. Dünya ve Mars) iki cisim arasında yakıt harcamadan seyahati mümkün kılan bir yöntem yayınladı. Bu yönteme göre, Güneş’e yakın olan gezegen (örneğimizde Dünya), yörüngesinde bir yarım tur yaptığında, Güneş’e uzak gezegenin (Mars) aynı mesafeyi yapması için gereken süre ve yörüngelerin özel konumu hesaplanır. Yörüngelerde bir nokta vardır ki, Dünya ile Mars’ın yörüngelerinin bu özel karşılaşması her 26 ayda bir gerçekleşir ve Mars aracı sadece bu özel zamanda Dünya’dan fırlatılır. Bu özel zamana “fırlatma penceresi” denir.
Milyonlarca kilometre bedava yolculuk
Uzaya fırlatılan araç, ilk olarak Dünya’nın yörüngesine sokularak hızlanması için Dünya çevresinde bir tur attırılır. Aslında bu durumda hiçbir şey yapılmazsa Dünya ile beraber, Güneş çevresinde dolanan bir yörüngeye girer. Ancak biz Mars’a gitmek istediğimiz için, Dünya etrafında dolanırken, tam Mars yönüne doğru yaklaştığında, itici roketler kısa bir süre ateşlenerek araç, Dünya-Güneş yörüngesinden kurtulur ve Hohmann Transfer Yörüngesi adı verilen Dünya’dan Mars’a transfer sağlayan yörüngeye girerek Mars’a doğru yola çıkar. Yani aslında daha geniş, elips bir yörüngeye girmiş olur. 500 milyon km boyunca belki sadece küçük yörünge düzeltmeleri haricinde hiç yakıt harcamadan Mars’a kadar ulaşır (hiç fena değil!). 6,5 ay sonra Mars’ı yakalar. Ancak Mars’a ulaştığında Mars yörüngesine girebilmesi için roketlerini yeniden ateşlemesi gerekir ve Hohmann transfer yörüngesinden kurtulur.
Bu sırada Mars ile Dünya arasındaki uzaklık yaklaşık 105 milyon km olduğundan dolayı iletişim yaklaşık 10,5 dakika sürer. Özellikle NASA’nın Perseverance roverı gibi yüzeye inecek olan araçlar Mars atmosferine ulaştıklarında hala saatte 20 bin km hıza sahip olduklarından, Mars yüzeyine 7 dakikalık iniş sırasında Dünya’dan anlık komut beklemezler. Her şey otonom olarak gerçekleşir. Başarılı iniş yaptıktan sonra hem aracın bacağını hem de Mars toprağını gösteren bir fotoğraf gönderir. Biz de misyon kontroldeki mühendislerin “yihhuu” seslerinin ardından sevince ortak oluruz.
2020’nin Mars misyonları
Bu yıl üç Mars misyonu Mars’a gitmek üzere yola çıkıyor. (1) Birleşik Arap Emirlikleri’nin “Al-Amal” ya da “Umut” misyonu, Arap dünyasının ilk büyük uzay projesi olacak. Mars’ın çevresinde dolanarak Mars atmosferini inceleyerek yepyeni araştırmalar yapacak. (2) Diğeri, Çin’in bir anda piyangodan çıkar gibi ortaya çıkan çok gizli Tianwen-1 misyonu. Açıklanan bilgilere göre, misyonda bir yörünge aracı, bir kondu ve bir rover robota sahip olan üçlü araç var. Amacı Mars’ta yaşam araştırmasına katılmak. (3) Ve son olarak da NASA’nın “Mars 2020” misyonu. Proje, “Perseverance” (Azim) rover robotu ve “Ingenuity” (Hüner) isimli helikopter projelerinden oluşuyor. Azim üzerindeki bilim enstrümanlarının en büyük amacı, Mars’ta şu anda yaşam var mı ya da önceden var mıydı gibi soruları cevaplamak olacak.
Mars Laneti
Uzay ajansları on yıllardır birçok gezegene gittiler. Ancak bize yakınlığından dolayı daha çok bilgi öğrenmek istediğimiz Mars, ne yazık ki bize pek de yakınlık göstermedi. Bugüne kadar Mars’a giden araçların sadece yarısından biraz fazlası başarılı olmuş durumda. Mars’a giden ülkelerin araçlarının çok defa başarısızlığa uğramalarından dolayı “Mars Laneti” (Mars Curse) diye bir terim bile oluşturulmuş. William Burrows’un “This New Ocean” kitabında anlattığına göre, 1969 civarlarında Sovyetlerin ve Amerikalıların Mars misyonları bir türlü başarılı olamayınca gazeteciler, Mariner misyonlarının proje mühendisi John Casani’ye Mars’a giden araçlara etki eden fiziksel bir tehlike bölgesinin olup olmadığını sormuşlar. Casani de böyle tehlike yaratan fiziksel bir bölgenin olmadığını söylemiş. Aslında hataların sebebini mühendislik hataları ve eksikleri olduğunu gayet açık seçik anlatmış olsa da Time dergisi yazarlarından Donald Neff, bir fiziksel engel yoksa demek ki, Mars’a giden Dünya araçlarını yiyen bir “Dev Galaktik Canavar” (Great Galactic Ghoul) olmalı demiş.
Gazetecilerin bazı sorularda, benim verdiğim cevap ile, ertesi gün gazetede çıkan yazı arasındaki farkı birçok defa yaşayan birisi olarak, Casani’nin orada bu cevap karşısında hafifçe gülümsemesini gözümde canlandırabiliyorum, ama eminim bu senaryonun ertesi gün dergide yazılacağını tahmin etmemiştir (ben ne dedim, siz ne yazmışsınız durumu). Tabii o zamanlar en çok okunan Time dergisi böyle bir canavardan bahsedince olay büyüyor ve bugün hala devam edegelen Mars laneti kavramına dönüşüyor. Hatta uzun yıllar bu canavarın temsili resmi JPL’de asılıymış. Ben herhangi bir yerde denk gelmedim ama belki bir binanın bir duvarında hala duruyordur. Mars laneti, özellikle bu zamanlarda da hala uzay ajanslarının cesaretini kırabiliyor. Örneğin Avrupa Uzay Ajansının Rosalind Franklin ExoMars 2020 rover robotu bu sene fırlatılacaktı ancak açıklanan sebebe göre testlerin bu fırlatma dönemine yetişememesinden dolayı 2022’ye (Ağustos-Ekim) ertelendi. 19 Ekim 2016’da ESA’nın Mars yüzeyine çarpan Schiaparelli modülü, ajansın yoğurdu üfleyerek yemesine sebep olmuş oldu. Dolayısıyla bütün testler defalarca yapılmadan ve inişin başarılı olacağına emin olmadan göndermek istemiyorlar.
NASA da birçok defa başarısız olsa da bugüne kadar Mars yüzeyine sorunsuz iniş yapabilen araçlar hep NASA/JPL’in araçları oldu. O nedenle Mars ile ilgili neredeyse her projeyi JPL’in kazanma oranı daha yüksek oluyor.
Mars lanetine takılmadan ilk seferde başaran tek ülke şimdilik Hindistan gibi görünüyor. 24 Eylül 2014’de Mars Orbiter Mission (MOM), Mars çevresinde aracını yörüngeye soktu ve halen çalışıyor. Fakat burada yine de küçük bir övünme olmadan geçemeyiz. Mars’a bir aracı götüren matematik ve fizik denklemleri artık ders kitaplarının konusu olsa da JPL, Hindistan’a büyük oranda navigasyon konusunda yardım etmiş ve ilk seferde başarmalarını sağlamış. Bundan sonraki ümidimiz, Mars’a giden her aracın yerine başarıyla ulaşması. Şubat 2021’de nefesleri bu üç araç için tutacağız.
Bu yazı Popular Science Turkiye Dergisi için yazılmıştır, dergi sayfalarını indirmek için pdf’i tıklayınız.
