Uzayda Malzemelerin Ayak Sesleri
Ax-3 uzay misyonunda gerçekleştirilecek olan malzeme bilimi çalışmaları
Türkiye için tarihi olayların yaşandığı önemli bir haftadayız çünkü Alper Gezeravcı Cumhuriyetin 100. yılında Türkiye’nin insanlı ilk uzay görevinde yer alarak , Carl Sagan’ın soluk mavi nokta olarak adlandırdığı evimize; Dünya’ya uzaydan bakış atanlardan biri oldu.
Axiom Mission 3 (Ax-3) adı verilen ve Axiom Space tarafından gerçekleştirilen bu görev Alper Gezeravcı gibi askeri pilotluk tecrübesi olan mürettebat üyelerinden oluşuyor.
SpaceX Falcon 9 roketi Axiom-3 mürettebatını SpaceX Dragon uzay aracıyla NASA Kennedy Uzay Merkezi’nden Uluslararası Uzay İstasyonu’na fırlatırken herkes gibi bende ekranın başından ayrılamadım. Roketin havalanmasını izlerken heyecan ve korku birbirine karıştı, gözlerimi kısarak takip edebildim. :) Uzay aracının 1,5 gün süren yolculuğunun sonunda istasyona kenetlenmesi ile Alper Gezeravcı’nın 14 günlük uzay macerası da başlamış oldu.
Tüm bilim severler gibi benim de bu yolculuk boyunca en çok merak ettiğim şeylerden biri Alper Gezeravcı’nın uzayda gerçekleştirmesi planlanan 13 deney, özellikle malzeme bilimi deneyleri. Tabii yalnızca Türkiye’nin değil, mürettebatta ki diğer ülkelerinde uzay şartlarında gerçekleştirmeyi planladığı deneyleri var. NASA’nın paylaştığı son verilere bakınca 21 ülkeyi ve 5 Uluslararası Ortağı temsilen 273'ün üzerinde kişinin Uluslararası Uzay İstasyonunu ziyaret ettiği görülmekte. Ne mutlu ki Türkiye’de artık bu listede yer alabilecek.
Ziyaretçi sayılarından anlaşılacağı üzere Amerika 165, Rusya ise 59 kişi ile astronotları ile uzay istasyonunda en çok zaman geçiren ülkeler.
Peki bu ziyaretçiler ne için uzayda?
Uzay araştırmaları bir çok farklı alana yayılmış durumda. Hücre ve Moleküler Biyoloji, Hayvan Biyolojisi, Bitki Biyolojisi, Gelişim, Üreme ve Evrimsel Biyoloji, Mikrobiyoloji gibi alt dallara ayrılarak gerçekleştirilen araştırmaları içeren uzay biyolojisinin temel amacı uzay uçuşunun uzay aracındaki canlı sistemleri nasıl etkilediğinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olmak fakat bu keşifler Dünya’daki yaşam için de oldukça değerli sonuçları beraberinde getirme potansiyeline sahip. Örneğin uzayda yara iyileşmesini destekleyen ilaçların araştırılması Dünya’da çok sık karşılaşılan; genelde %80 kadın hastaların şikayeti olan kemik erimesi (osteoporoz) sorununa karşı tasarlanan tedavilerin geliştirilmesine öncülük edebilir!
Elbette yalnızca biyoloji değil , NASA bilimin bir diğer önemli dalı olan Fizik bilimi alanında da yaptığı araştırmalarını altı farklı kategoriye ayırarak yürütüyor; Temel Fizik, Biyofizik, Yanma Bilimi, Akışkan Fiziği, Yumuşak Madde Fiziği ve tabii ki Malzeme Bilimi !
NASA’nın malzeme alanında gerçekleştirmiş olduğu deneylerin teknik raporlarına bugün kolaylıkla ulaşabiliyoruz. Malzeme Bilimi araştırmaları da kendi içinde dallara ayrılarak yürütülüyor. Bu araştırmaların sürekli yörüngede hareket halinde olduğu için yer çekimi merkez kaç kuvveti dengelenmesi ile neredeyse ağırlıksızlığa yakın bir ortamda çalışma imkanı sunan Uluslararası Uzay İstasyonu’nda gerçekleştirilmesi malzemelerin özelliklerinin geliştirilmesi ve anlaşılabilmesi açısından çok önemli. Elde edilen bilimsel anlayış ve bilgiler daha sonra dünya pazarında endüstriyel süreçlerde daha iyi, daha ucuz; aranan özellikte malzemeler elde etmek için kullanılabilir! Mesela Alper Gezeravcı’nın gerçekleştireceği MİYOKA isimli deneyde Mikro yerçekimi ortamında kurşunsuz lehimleme araştırılacak.
Alper Gezeravcı’nın uzay ortamında elektronik devre kartı üzerine kurşunsuz bir bileşen lehimlemesi bekleniyor. Dünya’ya dönüş sonrası deney sonuçlarının TUBİTAK UZAY tarafından incelenerek yerçekimsiz ortamın kurşunsuz lehimleme üzerindeki etkilerinin raporlanması planlanmakta.
Genelde kalay, gümüş ve bakır içeren kurşunsuz lehim telleri kurşunlu tellere göre daha maliyetlidir. Çevre ve insan sağlığına zarar vermeden montaj imkanı sunuyor olsa da, kurşunsuz lehimleme yönteminin de lehim bölgesi çatlak oluşumu, fazla ısınma, kopma, vs. gibi olumsuz yönleri de var. Bu ve benzeri açılardan düşünülünce, deney sonuçlarının ne gibi yenilik sunacağı şimdiden merak konusu.
Bu kadar mıydı?
Tabii ki hayır !
Metallerin özelliklerinin iyileştirilmesi denince akla gelen en yaygın yöntemlerden biri alaşımlamadır. Uzayda gerçekleştirilmesi planlanan deneylerden bir diğeri de tam bununla ilgili. UYNA yani uzun adı ile Uzay için Yeni Nesil Alaşımlar.
Araştırılacak olan alaşımlar geleneksel iki metalin homojen karışımı ile elde edilen alaşımlardan oldukça farklı. Yüksek entropili alaşımlar (YEA) olarak bilinen malzemeler en az beş temel elementin %5 ile %35 arasında atomik kontrasyonundan oluşmakta. YEA’lar metaller arası bileşiklerle kıyaslandığında yüksek karışım entropisi etkisine sahiptir. Bu etki yapısında bulunan basit katı çözelti fazdan kaynaklanır . Bir malzemenin yapısında yüksek entropiye sahip düzensiz faz olması, düşük entropiye sahip düzenli fazların olmasına göre, malzeme yüksek sıcaklıklara maruz kalınca yapısında bulunan bazı düzenli fazların bastırılmasına yardımcı olacağından daha avantajlı bir durumdur. Bu özel durum bize malzemelerin kompozisyonları, mikro ve makro yapılarının istenilen şekilde kontrol altına alınabilme olanağı sunar ve hali ile YEA’ları bilimsel araştırmalarda ve endüstriyel uygulamalarda ilgi çeken bir malzeme haline getirir. Savunma sanayi uygulamaları özellikle havacılık ve uzay teknolojileri alanında kullanılması hedeflenen yeni nesil malzemelerin ekstrem sıcaklık ve basınç değişimlerine ayak uydurması, yüksek dayanımlı olması istenmekte. Bu amaçla üretilmiş olan yüksek entropili yeni nesil uzay alaşımlarının ergitme ve katılaşma süreçlerinde yer çekimsiz ortamın etkisi araştırmak yeni bilimsel kazanımlar elde edilmesi açısından oldukça önemli.
Alaşımlama ,özellikle uzay koşullarına dayanabilecek metallerin üretimi ve geliştirilmesi NASA’nın 50 yılı aşkın süredir Marshall’s Malzeme ve Proses Laboratuvarı’nda devam etmekte. Bu konularda Tubitak MAM’ın da araştırmalar yapması ve de uzay koşullarında gerçekleştirilecek deney planlaması oldukça heyecan verici bir gelişme.
Dünya’da bizi heyecanlandıran şeyleri uzayda bulabilir miyiz?
Uzay İstasyonu malzemeleri incelemek için Dünya’da bulunması pek de kolay olmayan imkanlar sunar. Mesela günlük yaşantımızda kaldırma kuvvetinin etkilerini deneyimliyoruz. Güzelim İstanbul boğazında süzülen teknelerin yüzmesini, Kapadokya’da gün doğuşu ile yükselen sıcak hava balonların uçmasını sağlayan şey kaldırma kuvvetidir. İlk okulda zeytinyağı ve suyu karıştırıp yoğunluğun ne demek olduğunu faklı sıvıların farklı yoğunluğa sahip olduğunu hep gözlemleyerek öğrendik. Etrafta hareket eden; birbirleriyle ya da çevredeki bir nesneyle çarpışan tüm sıvı molekülleri kinetik enerjisi bir basınç oluşturur. Kaldırma kuvveti olarak adlandırdığımız bu kinetik enerji her yöne doğru itme eğilimindeyken buna karşı çıkan bir de yer çekimi vardır! Bu çekişmelerin varlığı deneyin gidişatını etkileyebilir. Fakat Uzay İstasyonu deney gözlemlerini etkileyen çökelme ya da kaldırma kuvvetinin neden olduğu konveksiyon etkisini ihmal edilebilir seviyelere getirir.
Oh be şöyle rahat rahat bir gözlem yapmak varmış ! :)
Hal böyle olunca da araştırmacılar malzeme süreçleri üzerindeki farklı etkilerin rolünü daha iyi kavrayabilir, netleştirebilirler. Bu durumdan yararlanarak gerçekleştirmek istediğimiz bir deney var!
Yani Katı Fazdaki Parçacıkların Bir Akışkan İçindeki Dinamiğine Yerçekimsiz Ortam Etkisini konu alan deney. Hedef uzay araçlarının itki sistemleri daha verimli hale getirmek. Gözlem yapmanın sorunsuz olduğu yerçekimi etkisi ve kimyasal tepkime olmayan koşullarda, malzemelerin davranışları, şekilleri ve özellikleri değişebilir. Bunun için katı parçacıklar ile oluşturulan akışkan bir ortam arasında homojen bir karışım oluşturulması durumunda yerçekiminin etkisi araştırılacak. Malzeme bilimine ulusal ve uluslararası araştırmalarda katkı sağlayacak olan bu ve diğer iki deneyin sonuçlarını öğrenmek için birazcık beklememiz gerekecek.
Bu süre boyunca tek yapmamız gereken şey ise bizi daha iyi bir geleceğe hazırlayan malzemelerin ayak seslerine kulak vererek ilerlemeye, sorgulayarak öğrenmeye devam etmek.
