Nanoteknoloji maddenin atomik ve moleküler ölçeğinde kontrol edilmesine dayanan bir bilim ve teknoloji alanıdır. 100 nanometre ve daha küçük büyüklükteki malzemeleri, yapıları ve aygıtları geliştirmekle ilgilidir. Nanoteknoloji fikrini ilk defa ortaya atan kişi “Aşağıda daha çok yer var” adlı konuşmasıyla Richard Feynman olmuştur. Feynman bu konuşmasında atomları ve molekülleri kontrol etmeyi becerebileceğimizden ve bunu yapabilmek için de yeni aletlere ihtiyacımız olduğundan bahsetmiştir.
Son yıllarda rağbet gören nanoteknolojiyi ilginç kılan unsur ise malzemelerin nanoboyutta makro dünyadan farklı davranmalarıdır. Kuantum etkileri yüzünden maddeler nanoboyutta farklı özellikler göstermektedir.
Nanoteknolojinin en önemli uygulama alanlarından birisi de uzay araştırmaları olacağı öngörülüyor. Havacılık ve uzay araştırmaları çok maliyetli teknolojiler üzerine kuruludur. Bu araçların imalatı sırasında kullanılan malzemelerin ağırlığı, araçların uzaya gönderilmesinde maliyetlerin yüksekliğinde ve yakıt tüketiminde çok önemli bir yer tutar. Nanoteknoloji ile bu malzemelerin ağırlığının önemli ölçüde azaltılması sayesinde maliyetlerinin düşürülmesi sağlanabilir ve aynı zamanda daha az yakıt tüketimine de olanak tanıyabilir. Ayrıca dayanıklılığı çelikten kat kat yüksek (200 kattan daha fazla) olan nanotüpler sayesinde Dünya yüzeyinden üst atmosfere kadar yükselebilecek yapılar inşa edilmesi, potansiyel uygulama alanları içinde yer almaktadır. Böylece uzay araştırma maliyetlerinin büyük bir kısmını meydana getiren fırlatma maliyetleri de düşürülmüş olunur.
Nanoteknoloji gelecek uzay araştırmalarında önemli bir rol oynayacaktır. Nanoteknolojinin uygulamalarından nanosensörler, önemli ölçüde geliştirilmiş yüksek performanslı malzemeler veya yüksek verimli itme sistemleri birkaç örnektir.
İtme Sistemleri: Günümüzün roket sistemleri kimyasal itme gücüne dayanmaktadır. Roketin fırlatılışından görev sırasındaki kontrolüne kadar birçok sistemde bu güçten faydalanılır. Bununla beraber bilim insanları daha az maliyetli ve pratik itme sistemleri üzerinde çalışmaktadır. Ağırlıklı olarak elektriksel itme kuvvetinin kullanıldığı bu yeni roket sistemlerinde, alışılmış sistemlerin aksine kütle ikinci plana atılabilir. Böylece çok büyük kütleli roketler daha az enerjiyle uzaya fırlatılabiliyor. NASA’nın DEEP SPACE 1, Japonya’da HAYABUSA ve Avrupa Uzay Ajansı’ndan SMART 1 özel sistemleri elektriksel itme gücünü esas almaktadır. Bir nanoteknoloji elektriksel itme sistemi, uzay gemisi yakıtı olarak elektriksel yüklü ve hızlandırılmış nanoparçacıklardan yararlanmaktadır. Bu sayede milyonlarca nanoparçacığın hareketiyle yüksek, kesintisiz güce erişilmektedir.
Oldukça uzak, yıldızlar arası mesafelerde çalışan sistemlerde ise Casimir Etkisi ve Zero-Point Enerjisi’nden yararlanılması önerilmektedir. Casimir Etkisi, Hendrik Casimir tarafından keşfedilen teoriye göre, çok sağlam bir kutu içerisinde tek bir atom kalmayıncaya kadar boşaltılıp sıcaklığı mutlak sıfır olan -273,15 dereceye düşürürsek fiziksel anlamda hiçlik elde etmiş oluruz. Ancak iki aynayı hiçlikle karşı karşıya yerleştirirsek, hiçlikle aynaları çeken bir kuvvet oluşur. Bu kuvvete Casimir Kuvveti denir. Sıfır Nokta Enerjisi ise kuantum mekaniksel bir sistemin sahip olabileceği en düşük enerjidir. Casimir etkisi ve sıfır nokta enerjisi üzerine temellendirilen bu temel fikir vakumun bir enerji deposu olduğu üzerinedir ve böylelikle gelecek uzay yolculuklar sınırsız bir enerji kaynağına sıfır nokta enerjisi sayesinde erişilebilir olacak. Araştırmacıların ihtiyaç duyduğu tek şey, elbette ki vakumdan gerekli olan enerjiyi toplayabilen bir tür itme sistemidir. Bu da 1984 yılında yayınlanan bir makale ile gösterildi ki tamamen çılgınca bir durum değildir. Hatta ciddi araştırma çabaları vakum enerji dönüşümü ile ilgili etkiler ve Casimir etkisinden yararlanmak amacıyla çeşitli laboratuvarlarda gerçekleştirilmektedir [2].
Koruyucu Uzay Giysileri: Astronotların mevcut uzay giysileriyle daha öteye gidebilmesi imkansız. Ancak insanoğlu evreni gezip keşfetmek ve daha fazlasını öğrenmek istiyor. Derin uzayda yer almalarına, yabancı yüzeylerde kolayca hareket etmelerine ve ölüm riski içeren tehlikelerden sağ çıkmalarına izin verecek koruyucu bir giysi gerekmektedir. NASA’nın nanoteknolojinin nimetlerinden yararlanarak hazırlayacağı bu yeni kıyafetlerin her açıdan daha güvenilir ve kullanışlı olacağı kuşkusuz. Mekanik karşı basınç için geliştirilen dokunmuş Nitinol telleri, bellek sahibi alaşımlar, ısı kontrolünü sağlayacak, elektrik verildiğinde ısı yayan ve önceden belirlenmiş bir şekil almasını sağlayan nanofiberler, havadan oluşan silika aerojeller, sıcağı emerken güç ve elektrik sağlayan termoelektrik nanokristallerle kaplanmış fiberglas malzemeler kendi kendini tamir eden eldivenler geleceğin uzay giysilerinin sadece birkaç temel özelliği olacak gibi görünüyor. Astronotların güneş sistemini gerçekten keşfetmeleri malzeme mühendislerinin becerisine bağlı. Maliyeti ne olursa olsun elde edilecek sonuçlar için böylesine güvenilir ve kullanışlı derin uzay giysilerine ihtiyaç olacak.
Anti-Uydu Silah Sistemleri: “Katil Uydular” olarak da bilinen bu uyduların amaçları düşman uyduları yok etmektir. Düşman uyduları vurmak için kinetik mermiler ya da enerji veya parçacık silah sistemleri kullanılır. Günümüzde Çin, ABD ve Rusya bu teknolojiyi kullanmaktadır. 2007 yılında Çin’in geliştirmiş olduğu ve adına ASAT dediği teknoloji sayesinde uzay servetlerini her türlü tehlikeden koruyabilecek, uyduları vurabilecek yer ya da füze sistemleri sayesinde de herhangi bir uzay silahlanmasına karşı tedbir alınmış olacak.
Bir karşı önlem sisteminin şematiği: Anti-uydu silah hedef uydunun yerine kuantum noktalardan oluşan bir buluta karşı olası saldırıyı yönlendirir.
Uzay Asansörü: Başınızın üzerinde bir kurdelenin ucuna bağlanmış bir kaya parçasının döndüğünü varsayın. Merkezkaç kuvveti etkisiyle kaya parçası dönme ekseni etrafında düzenli bir şekilde dönecektir. Şimdi aynı kurdelenin 62 000 mil uzakta, ekvatora yakın demirlenmiş ve diğer ucunda bir ağırlık olduğunu hayal edin. Dünya’nın merkezkaç kuvveti de aynı etkiyi yapacaktır. Bunu uzayda devasa bir asansöre benzetebiliriz. Bir uzay asansörünün karbon nanotüpler ile oluşturulabileceği fikri ilk kez 1950’li yıllarda öne sürüldü. Şimdi ise yıllık Uzay Asansörü Konferansı’nda bir Japon firması 2050 yılında bir uzay asansörü inşa etmeyi planladığını duyurdu.
Nanobotlar Uzayda
NASA’nın Curiosity keşif aracından sonra az yakıt tüketimi hedefleyen nanobotlar üzerinde çalışılıyor. Mars’a giden kum tanesi boyutundaki ilk nanobotlar itki için Mars rüzgarını kullanarak kum fırtınası şeklinde bir akıllı toz bulutu halinde yol alabilir. Gezegen yörüngesindeki bir uzay aracı içinde toz zerreciklerini taşıyan bir kapsülü gezegene fırlatacak. Her robotun bir nanoişlemcisi, komşu taneciklerle iletişimini sağlayacak anteni, veri toplamak için algılayıcısı ve elektrot kontrollü biçim değiştiren polimer kabuğu bulunacak. Tanecikler Mars’ın hava akımları ve kimyasal bileşimi konusunda algılayıcılarıyla veri biriktirip bunu Mars yörüngesindeki araca iletirken, yörüngedeki uzay aracı ise bilgileri Dünya’ya aktaracak.
NASA’nın Jet İtme Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar Venüs’ün 480 derecelik yüzey sıcaklığına dayanabilecek karbon nanotüpler geliştiriyor. Başka araştırmacılar ise nanobotları yıldızlar arası uzayda hareket ettirmenin yollarını arıyor. Ne olursa olsun, önümüzdeki yıllarda uzayla ilgili en nefes kesici keşifler, oyuncak arabadan küçük robotlar tarafından yapılacak.
Tuğba Yaşar
Marmara Üniversitesi Fizik Bölümü
KBT Popüler Bilim Yayın Grubu
Kaynaklar:
- http://www.nanowerk.com/nanotechnology-in-space.php
- http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=7337.php
- Popular Science Türkiye/ sayı 4, sayı 7
