Darüşşafaka Robot Kulübü Tarafından Hazırlanan Çalışma

 de Genel Yazarı:

Şu An İçin Küçük, Gelecek İçin Büyük Bir Adım

Özet
Uzay çöplerinin önümüzdeki yıllarda artması uzay çalışmalarını tehdit edeceğinden sorun geciktirilmeden çözümlenmelidir. Bu çalışmada uzay çöpleri hakkında genel bilgiler verildikten sonra çözüm önerisi detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Seçilmiş bir uyduyu korumak üzere 10 cm çapından küçük uzay çöplerini toplamak için kalkan tasarlanmıştır. Karbon elyaf ve reçinenin birleşiminden yapılmış yüzeye sahip olan kalkanın üstü özel iki yapıştırıcı ile kaplanmıştır. Kalkanın yapısı detaylı bir şekilde anlatıldıktan sonra sonuç bölümünde önerilerde bulunulmuştur.

Hipotez: 10cm çapından daha küçük olan uzay çöpleri, 3M’in 8641 ve 8069E yapıştırıcı bantlarının kullanılacağı, karbon elyaf ve reçine birleşiminden oluşan bir uydu kalkanıyla temizlenebilir.

Amaç: Kısa vadede, tasarlanan kalkanla sürati daha yüksek olan ve daha çok zarar veren 10 cm çapından küçük uzay çöplerini toplamak ve uyduyu bu çöplerden koruyarak, yürütülen uzay çalışmalarının güvenliğini sağlamak; uzun vadede, gelecekte kurulması amaçlanan kolonileri onların en büyük sorunu olacak uzay çöplerinden korumak.

Anahtar Kelimeler: Uzay çöpleri, karbon elyaf, kalkan, uydu, 8641 poliüretan koruyucu bant, 8069E yapıştırıcı bant.

Giriş
*“Çöp, işlevini yitirmiş ve kullanılamayan her türlü materyale verilen genel addır.”

Üretimde veya tüketimde kullanılan maddelerin işe yaramayan kısımları, kullanılmaz hale gelen eşyalar ve değerini yitiren maddeler olarak da tanımlanabilirler.
Uzay çöpleri, farklı boyutlarda yörüngede dolaşan, işlevsiz ve kullanılmayan parçacıklardır. Uzay çöpleri, organik ve insan yapımı olmak üzere ikiye ayrılır. Organik çöpler meteor parçalarını ve meteoritleri kapsarken, insan yapımı uzay çöpleri işlevini yitirmiş uydu ve roket parçacıklarını kapsamaktadır.
Dünya’dan 2000 km’ye kadar olan yükseklik içinde, toplamı yaklaşık 200 kg tutan bir meteorit topluluğu bulunmaktadır. Saniyede 20 km’yi aşan bu parçacıklar uydulara ve roketlere çeşitli zararlar verebilir. Dünya’nın 2000 km yukarısına kadar meteoritlerden farklı olarak 2000 tondan fazla çöp hareket ediyor. Bu çöpler insan yapımı olmakla birlikte uydu parçaları, astronotların uzayda unuttukları aletler, kaderlerine terk edilmiş uzay gemisi fırlatma parçalarını da içermektedir. Uzay çöpleri 3 ayrı grupta incelenir:

** “Alçak-irtifa yörüngelerinde çapı 10cm’den, yüksek-irtifa yörüngelerinde de 1 metreden büyük nesneler, düzenli olarak izlenip denetlenebilir ve bunlar “kayıtlı grup” olarak adlandırılır. 1-10cm arasındaki küçük nesneler “öldürücü grup” olarak adlandırılır, çünkü izleri sürülemez ve bir uyduya çarpmaları halinde bir felakete yol açabilirler. 1cm’den küçük nesnelerse bir uyduyu kullanılmaz hale getirebilirler ama fiziksel kalkanlarla etkili olmaları önlenebilir; bunlar da “risk grubu” olarak adlandırılırlar.”

Uzay çöplerinden kurtulmak için kullanılabilecek 3 yöntem vardır. Bunlar yörüngeden atmak, atmosferde yakmak ve dünyaya düşürmektir. Yalnızca alçak yörüngedeki çöpler belli bir süre sonra atmosfere düşerek yanmaktadır. Özellikle 36.000 km uzaklıktaki yörüngede bulunan çöpleri toplamak için gönderilen uydular görevleri tamamlanınca kendilerini uzak yörüngelere gönderirler. Fakat bu çok fazla yakıt ve enerjiye mal olur. Eğer uydu 9000 km kadar yükseklikteyse dünyaya gönderilmesi daha uygundur.

Yapılan çalışmalar
Önce çözüm üretilecek çöp boyutuna karar verildi; 10 cm çapından küçük çöpler daha tehlikeli olduğundan ve de şu ana kadar onları temizlemeye yönelik bir proje yürütülmediğinden projenin onlar üzerinden sürdürülmesine kanaat getirildi. Çözüm önerilerini kontrol ettirmek için İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Mühendisliği Fakültesi Yard. Doç. Dr. Cuma Yarım ve Prof. Dr. Alim Rüstem Aslan ile görüşüldü. Bu görüşmenin ardından 10 cm çapından küçük çöpleri toplamak için kurumayan, dayanıklı, çarpışma sonucunda parçacık bırakmayacak ve çöpü içinde tutacak bir yapıştırıcının etkili olabileceği düşünüldü. Bu niteliklere sahip bir yapıştırıcı bulabilmek için hayatın günlük ihtiyaçlarınıza yenilikçi çözümler bulan uluslararası teknoloji şirketi olan 3M ile görüşmeye karar verildi. 3M yetkilileri tarafından 8641 ve 8069E yapıştırıcı bantları önerildi. Prof. Dr. Alim Rüstem Aslan’la ikinci kez görüşüldükten sonra bu yapıştırıcı bantları uydu ve uçak kanadı yapımında kullanılan karbon elyaf ve reçinenin birleşmesinden oluşan bir malzemenin yüzeyine uygulamaya karar verildi.

Yapıştırıcılar
8641, poliüretan koruyucu bant, yüzeyi darbelere karşı korur. Saniyede 20 kilometreden fazla yol kat eden uzay çöplerinin enerjisini çarpma anında emecektir.
8069E, gelen uzay çöplerini tutacak, çarpma sonucunda parçacık bırakmayacak ve herhangi bir delinme olayında kendini onaracaktır.

10 cm Çapından Küçük Uzay Çöplerinin Yapıştırıcıyla Temizlenmesi
Çözümümüz:

  1. Karbon elyaf ve reçine birleşiminden oluşan dayanıklı bir malzemeden, kullanılacak uydunun boyutlarına göre ve uydunun güneşten korunması gereken tarafına bir kalkan hazırlanır.
  2. Bu kalkanın yüzeyine 3M’in 8641 ve 8069E yapıştırıcı bantları uygulanır.
    • 8641, poliüretan koruyucu bant, yüzeyi darbelere karşı korur. Saniyede 20 kilometreden fazla yol kat eden uzay çöplerinin enerjisini çarpma anında emecektir.
    • 8069E, gelen uzay çöplerini tutacak, çarpma sonucunda parçacık bırakmayacak ve herhangi bir delinme olayında kendini onaracaktır.
  3. Kalkan uzay çöplerini tutacağı için kütlesi artacak, bu sebeple de yörünge ömrü uzayacaktır.

Sonuç ve Öneriler
Sonuç olarak:

  • 10 cm çapından küçük uzay çöpleri, herhangi bir görev sebebiyle uzaya gönderilen ve kalkanı taşıyabilecek şartları barındıran bir uydu tarafından temizlenecek.
  • Uydunun güneşten korunması gereken tarafında karbon elyaf ve reçine birleşimi bir malzemeden yapılmış kalkan bulunacaktır.
  • Bu kalkanın yüzeyinde ise sırasıyla 8641 ve 8069E yapıştırıcı bantları bulunacaktır.

Öneriler
Önümüzdeki 10 yıl boyunca uzay çöpleri hızla artmaya devam edeceğinden uzay ile ilgili çalışmaların tehlikede olduğu öngörülmektedir. Bugün bulunmuş küçük bir fikir geliştirildiğinde ilerisi için önemli bir çözüm olabilir. Gelecekte kurulması hedeflenen kolonilerin en büyük sorunlarından biri olacak uzay çöplerine çok geç olmadan çözüm bulunmalıdır. Çözümümüz geliştirilmeye açık ve birçok uydu tarafından kullanılmaya uygundur. UV ışınları yapıştırıcı bantları 6 aydan sonra aşındırmaya başlayacağından kalkana düzenli olarak yapıştırıcı bantlarını değiştirme özelliği kazandırılabilir ya da bantlar geliştirilebilir.

Referanslar:

    3M