AstroNotlar’dan, merhaba! Bu hafta size yerçekimini yenmenin yollarını anlatacağız. Suyun kaldırma kuvvetinden, tahterevalli benzeri düzeneklerden ve asıl konumuz olan ZeroG uçuşlarından bahsedeceğiz. Düşen bir asansörün içinde olursak başımıza neler gelebileceğini merak ediyor musunuz? Haydi vakit kaybetmeden başlayalım. Her zaman olduğu gibi konunun temeliyle başlamak istiyoruZ. Kütle çekimi ve yerçekimi nedir?
Newton’un Evrensel Kütle Çekim yasasına göre kütlesi olan iki cismi birbirine çeken bir kuvvet vardır. Ayrıca bir de yerçekimi kavramı vardır. O da Dünya’nın kütle çekimine denir. Aslında İngilizce’de her ikisine de gravity dense de dilimize geçerken biraz değişmiştir. Bu kuvvet, iki cismin kütlesi ile doğru, arasındaki mesafe ile ters orantılıdır.
Bu iki cismin biri devasa, diğeri küçücük olabilir. Verdiğimiz örnekte Dünya o kadar büyüktür ki, sanki üzerindeki insanları merkezine çekiyormuş gibi düşünülür. Çok da yanlış bir varsayım değil bu, çünkü Dünya ile bir insanı kıyasladığımızda hem kütle, hem de hacim olarak milyarlarca kat fark vardır.
Yani kısacası Dünya bizi çekiyormuş gibi düşüneceğiz ve bu bölümde bu çekimden kurtulmanın yollarını inceleyeceğiz.
İlk olarak Neutral Buoyancy Tank, yani nötr yüzdürme havuzu ile başlayalım. Nedir bu havuz?
Bu havuzlarda yerçekimi, suyun kaldırma kuvveti ile dengelenir. Böylece astronotlar uzay ortamını deneyimleyebilir. Örneğin Extravehicular Activity denilen uzay aracı dışındaki yürüyüşler burada simüle edilebiliyor. Genellikle bu havuzlar çok büyük oluyorlar. Örneğin NASA’nın kullandığı nötr yüzdürme havuzu, Dünya’daki en büyük havuzlardan biridir; yaklaşık 23.500 metreküp.
İlk başta söylediğimiz tahterevalli benzeri düzenek ise; ağırlığımız kadar karşıt ağırlık / bir makara sisteminde karşıya bağlanıyor ve böylece dikey düzlemde hareket etmek kolaylaşıyor. Örneğin Bursa’da yer alan, havacılık ve uzay alanında Avrupa’nın en büyük merkezi olan Gökmen Uzay Havacılık Eğitim Merkezi GUHEM’de buna benzer bir düzenek vardır. Yukarıdan bağlanan bir mekanizma ile Ay yüzeyinde yürüyormuş gibi 1/6 oranında ağırlıkla yürünebiliyor. Bir nevi Ay ortamı simüle ediliyor diyebiliriz.
Makara sistemi deyince aklıma asansörler geldi. Orada da bazen tabana basılıyormuş gibi, bazen de kuş gibi hafif hissediyoruz ve aynen de böyle oluyor. Çünkü asansör hızlanırken ve yavaşlarken ivmeli hareket ediyor. Bu ivmeden dolayı yerçekimini alıştığımızdan farklı şekilde algılıyoruz; bazen daha ağır, bazen de hafifmiş gibi hissediyoruz.
Peki diyelim ki asansörün halatları koptu. O zaman ne olur?
Einstein’e göre düşen bir asansörde bulunan biri, yere mi düşüyor yoksa uzayda mı hareket ediyor, bunu anlayamaz. Taa ki asansör yere çarpana kadar. Tabii ki asansördeyken birden boşluktaymış gibi hissedince uzayda olduğunu düşünmez hiç kimse. Bu sadece bir düşünce deneyidir. Gerçek hayatta test etmek isteyenlere şöyle bir düzenek öneriyoruz: bir pet şişenin içine bir kalem koyun ve yüksekten yere bırakın. Bıraktığınız andan itibaren kalemin şişenin dibi ile bağlantısının kesildiğini göreceksiniz. Örneğin Almanya’da Bremen Drop Tower adında 146 metre uzunluğunda bir kule var. Şişenin düşmesine benzer şekilde serbest düşme etkisi yaratıyor. Bu kulede 2,5 metre uzunluk ve 80 santimetre genişliğinde bir kapsül bulunur. Bu kapsülün içine deney düzeneği yerleştirilir ve kulenin tepesinden serbest bırakılır. Böylece deney düzeneği yaklaşık 5 saniye boyunca serbestçe düşerek yerçekimi yokmuş gibi bir ortam yaratılır. Aslında şimdi düzenek biraz daha değiştirilmiş. Kapsül tepeden bırakılmak yerine aşağıdan fırlatılıyor ve bu süre boyunca da serbest düşme durumunda olduğu için 5 saniyelik süre 10 saniyeye kadar uzatılmış. Yani iki kat uzun bir tepeden bırakılıyormuş gibi bir durum var diyebiliriz. Hava sürtünmesini en aza indirmek için ise kulenin içindeki hava boşaltılıyor. Bu işlem yaklaşık 1 buçuk saat sürüyor!
Zero-G uçakları da bir nevi serbest düşme ile yerçekimsiz bir ortam yaratıyor.
Peki bu fikir de nereden çıkmış?
2. Dünya savaşı sonrası NASA böyle bir ortamı oluşturmak için uçakları kullanmayı düşündü ve bu ortamı sağlamak için uçakların paraboller çizmesi gerektiğini buldu. O dönemdeki Mercury ve Apollo görevleri için astronotlar bu uçaklar ile eğitildi.
NASA’dan sonra pek çok ülke benzer deneyler için farklı uçaklar kullandı. Örneğin Ekvator, CONDOR adını verdiği küçük bir jet kullandı ve bu uçakla bir Dünya rekoru kırıldı. 19 Haziran 2008’de yapılan uçuşta, bu uçağa 7 yaşındaki Jules Nader bindi. Böylece yerçekimsiz ortamı deneyimleyen en genç insan olarak Dünya rekorunu elde etmiş oldu. Nader daha sonra uçuş sırasındaki hislerini “örümcek adam gibiydi” diyerek tarif etmiş.
Rusya’ya baktığımızda çok daha büyük, Sovyetler Birliği kökenli Ilyushin Il-76 adındaki 4 motorlu nakliye uçağını görüyoruz. Avrupa’ya dönersek, Avrupa Uzay Ajansı, Fransa Ulusal Uzay Araştırmaları Merkezi ve Alman Havacılık ve Uzay Merkezi ortaklığıyla Amerika’nın KC-135 ve Sovyetler’in IL-76 uçaklarını kullanmışlar. Sonra Airbus A300 kullanılmış ancak 2014 yılından itibaren A310’a geçilmiş ve hala uçuşlar devam ediyor. Amerika ise Convair C-131 ve KC-135 Stratotanker gibi uçaklar kullandı. Bunun yanında başka ülkeler ve başka uçaklar da var ama daha fazla detaya girmeyelim.
KC-135 uçağını Türk Hava Kuvvetleri’nde görenler olmuştur. Ülkemizin hava kuvvetlerinde havadan yakıt ikmali için uçan tanker olarak görev yapıyorlar. Bunlara ek olarak, uçaklardan başka, uzay mekiklerinde de yerçekimsiz ortamda deneyler yapıldı. Örneğin STS-107 görevine giden Columbia mekiği.
Her ne kadar bize yardımcı olduysa da inişte ne yazık ki patlamıştı. Bunu ‘Uzayda Ölen Astronotlar’ bölümümüzde anlatmıştık. Peki bu uçuşlar tam olarak nasıl yapılıyor? Süreç nasıl işliyor? Biraz da bunlara bakalım.
Öncelikle az önce saydığımız gibi pek çok uçak vardır ama biz sizlere ESA’nın ZeroG uçağından bahsedeceğiz. Airbus A310 uçağını modifiye etmişler ve genel olarak bütün mürettebat bilim insanlarından oluşuyor.
Uçak içinde bu deneyimi yaşayacak insanlar uçağın tabanına yatıyorlar. Burada yatay durmaları önemli çünkü uçağın içindekiler 0 g durumuna geçmeden önce uçak, 50 dereceye ulaşan hücüm açısıyla tam gaz tırmanmaya başlıyor ve yerçekimi 1,8 g’ye kadar artıyor.
1,8 g normal bir insana göre baya büyük bir etki! İnsanın kendini olduğundan neredeyse 2 kat ağır gibi hissetmesi demek bu!
İnsan vücudu yatay konumdayken g kuvvetinden daha az etkilendiği için böyle yatmaları önemli demiştik. Hatta Astronotlar uzaya gönderilirken de genellikle yatay veya yataya yakın bir pozisyonda oturup beklerler.
Yerçekimini yenmek için uçağın yere dik bir parabol şeklinde gitmesi gerekir. Uçak burnunu 50 derece dikip tam gaz giderken gazı neredeyse tamamıyla kesiyor ve 20-25 saniyelik zero g başlıyor. Burada gazı tam kesmemesinin nedeni, hava sürtünmesinden dolayı uçağın yavaşlamasını içeridekilere hissettirmemek. Bu sırada uçağı serbestçe yere düşüyormuş gibi düşünebiliriz. Bu etkinin başlamasıyla içerdekiler yüzeyden ayrılmaya ve uçmaya başlıyor.
Bir yerlere çarpmamaları için yanlarında onlara yardımcı olacak görevliler bulunur. Hatta uçağın bazı kısımlarında fileler vardır. Bu sırada uçak yukarı doğru çıkıp güç kestikten sonra 50 derecelik açısı önce sıfırlanıp yeryüzü ile paralel duruma gelir, sonra yaklaşık 50 derece burnu aşağı doğru düşer. Tıpkı balistik bir füzenin zirve noktasındaki hareketi gibi. Tam bu noktada motorlar yeniden tam gaz çalışmaya ve açısını düzeltmeye başlar ve içerdekiler yine 1,8 g’ye maruz kalır. Bunun gibi yaklaşık 10-15 parabol yaptıktan sonra uçak inişe geçer. Buradaki parabollerin hepsinde 0 g etkisi yapılmaz. Örneğin Mars veya Ay parabolü de yapabiliyorlar. Mars parabolünde Dünya’daki çekim kuvvetinin neredeyse 3’te 1’i simüle edilir. Bu parabolde insanlar kolayca barfiks veya şınav çekebiliyor.
Peki bu sırada deney yapacak bilim insanları ne yapıyor?
Bu süreç sırasında deney yapmak isteyen bilim insanlarının 0 g etkisinde yaklaşık 20 saniyesi var. Etki bitince sonraki parabole kadar bir kaç dakika süreleri var. Bu sırada da deneylerini sıfırlıyor veya değiştiriyorlar. Deneyler arasında temel fizik, nöroloji, psikoloji, 0 g’de olmanın insan üzerinde etkisi, alzheimer ve demans gibi hastalıklarla ilgili deneyler bulunur.
Uçakta böyle bir etkinin oluşmasıyla pek çok deney yapılmasına fırsat sağlanır. Bu sayede bazı deneyler Uluslararası Uzay İstasyonu’nda veya uzayda yapılmadan önce burada denenebiliyor.
Benim yıllardır en çok ilgimi çeken deneylerden biri olan alevin yerçekimsiz ortamda hareketini örnek verebilirim sizlere. Elimize bir çakmak alıp ZeroG uçağında denersek, 1 g’deyken normal yanar. 1,8 g durumundayken olduğundan 1,8 kat uzar alevin boyu. 0 g’ye geçtiğinde ise alev neredeyse akışkan gibi olur. Çakmağın hareketine göre de kayar.
ZeroG uçakları, bilim insanlarının yerçekimi etkisi olmadan kendi deneylerini yapabildikleri tek yerdir. Uluslararası Uzay İstasyonu gibi yerlerde bir bilim insanının deneyleri, bir robot veya bir astronot tarafından yapılıyor. Ayrıca sadece Uluslararası Uzay İstasyonu için değil Mars’a gidecek araçlar için de deneyler yapılıyor. Hatta Apollo 13 filminin bazı sahneleri de bu uçaklarda çekilmiş.
Bildiğimiz kadarıyla bu uçaklara Vomit comet yani kusan kuyruklıyıldız da deniyor ve aslında bunun arkasında trajikomik diyebileceğimiz bir neden var: Uçağa binenlerin ancak 3’te 1’i kusmadan inebiliyormuş.
Yayınımızı bitirmeden önce AstroNotların aylık takvimine ücretsiz olarak erişebileceğinizi hatırlatmak istiyorum. Emre Erkunt’un astrofotoğrafını işlediği Hilal Bulutsusu’na ev sahipliği yapan Ağustos ayı takvimimiz ile telefon veya masaüstü arka planlarınızı şenlendirmek isterseniz sitemizi ziyaret edebilirsiniz. Poster şeklinde tasarladığımız bu takvimleri çıktı da alabilirsiniz. Her gün farklı bir içerikle astronomi ve uzay bilimlerine dair gündemi yakalamak için sosyal medyadan bizi takip etmeyi unutmayın!
astronotlar.org@gmail.com e-posta adresimize konuştuğumuz içeriklere dair düşüncelerinizi ve değinmemizi istediğiniz konuları yazabilir, bir kitap, link veya bilgi paylaşımında bulunabilirsiniz. Sosyal medya hesaplarımızı Instagram ve Twitter’dan “astro_notlar” olarak takibe almayı unutmayın! Facebook’tan vazgeçmem diyenler ise bizi AstroNotlar sayfasında bulabilirler. Gelecek hafta görüşünceye dek, gökyüzüne iyi bakın, hoşçakalın!
E-posta: astronotlar.org@gmail.com
Facebook: facebook.com/astronotlar.org
Instagram: instagram.com/astro_notlar
Twitter: twitter.com/astro_notlar
Anchor: anchor.fm/astronotlar
KAYNAKLAR:
https://twitter.com/halitmir/status/1332984626588110849?s=19
https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_law_of_universal_gravitation
https://youtu.be/xdJwG_9kF8s
https://youtu.be/q1_AJWZajEk
https://youtu.be/jPFdZDuEGnA
https://youtu.be/SAQ-iIJkLzA
https://youtu.be/FO_Ox_dH0M8
https://spaceadventures.com/experiences/zero-gravity-flight
https://www.gozerog.com/
https://www.wired.com/2016/02/the-physics-of-ok-gos-epic-new-zero-g-video/
https://youtu.be/AVq-E8n5QcI
https://www.airzerog.com/zero-g-flights-how-it-works/
https://en.wikipedia.org/wiki/Reduced-gravity_aircraft
https://en.wikipedia.org/wiki/Dassault_Falcon_20
https://en.wikipedia.org/wiki/Ilyushin_Il-76
https://en.wikipedia.org/wiki/North_American_Sabreliner
https://web.archive.org/web/20060310204522/http://www.space.com/peopleinterviews/yaniec_991020.html
https://www.livescience.com/29182-what-is-the-vomit-comet.html
https://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/shuttlemissions/archives/sts-107.html
https://ntrs.nasa.gov/citations/20190033064
https://en.wikipedia.org/wiki/Micro-g_environment
https://en.wikipedia.org/wiki/Astronaut_training
https://www.worldrecordacademy.com/youngest/youngest_passenger_on_wheightless_flight-world_record_set_by_Jules_Nader_80264.htm
https://www.sciencefocus.com/science/how-does-the-vomit-comet-work/
https://microgravityuniversity.jsc.nasa.gov/
https://www.space.com/37942-vomit-comet.html
https://space.nss.org/settlement/nasa/teacher/lessons/bryan/microgravity/gravback.html
https://www.nasa.gov/vision/space/preparingtravel/kc135onfinal.html
https://www.nasa.gov/audience/foreducators/postsecondary/features/F_Reduced_Gravity_Student_Flight_Opportunities.html
https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Research/Experience_weightlessness_on_board_the_Zero-G_Airbus
https://stringfixer.com/tr/Neutral_buoyancy_pool
https://www.esa.int/Education/Drop_Your_Thesis/The_ZARM_drop_tower_in_Bremen
https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-microgravity-58.html
https://www.space.com/23017-weightlessness.html
https://www.zarm.uni-bremen.de/en/drop-tower/general-information/how-does-the-drop-tower-work.html
https://youtu.be/e9n_FHcf7Hs
https://history.nasa.gov/SP-4201/ch2-3.htm