Mars’ın Mekanik Ağacı

8 Şubat’ta Mars’a inerek görevine başlayan Perseverance keşif aracı kendisinden beklenilen testleri yapıyor ve her gün yepyeni haberler veriyor. Örneğin en önemli testlerden birini MOXIE adlı araç yaptı ve bu “mekanik ağaç” başarıyla oksijen üretti!

Perseverance her ne kadar sıradan bir cip büyüklüğünde bir robot keşif aracı (rover) olsa da, içinde o kadar çok farklı deney düzeneği ve demo aracı var ki, birçok önemli bilgiyi Mars’a insan gönderilmeden öğrenmeye çalışıyoruz. Perseverance’ın ana amacı Mars’ta yaşama dair izler aramak. Bunun için bulunduğu bölgede taşları, kayaları inceliyor, aynı zamanda meteoroloji istasyonu ile sürekli hava durumu bilgisi alıyor. Bunlar rutin işleri. Bunların yanında ilk defa denenen ve sadece Mars’ta yapılabilecek testler de var. Örneğin, Dünya’dan başka bir gezegendeki ilk helikopter ve ilk mikrofon testleri, yüksek çözünürlüklü zoom yapabilen kamera, numune toplama tüpleri, yüzey altı radarı ile toprak altında su vb. tespit edebilecek araç ve daha birçok deney… Bunların en önemlilerinden biri ise Mars’ta ilk defa oksijen üreten araç olan MOXIE. Onu bir nevi mekanik bir ağaç olarak da düşünebilirsiniz.

MOXIE, Perseverance’ın (büyük fotoğraf) gövdesinde bulunuyor.

Mars’ın atmosferinde yüzde 95.9 karbondioksit (CO2) var. Yani bir karbon (C), iki de oksijen (O). Malum; bu bizim nefes verirken çıkarttığımız kirlenen gaz. Mars atmosferindeki diğer gazların oranları ise yüzde 2 argon, yüzde 1.9 nitrojen, yüzde 0.14 oksijen ve yüzde 0.06 karbonmonoksit (CO). Mars’ta bu kadar çok karbondioksit olunca, buradan oksijen üretmek aslında hiç de zor değil. Elbette kimyasal tepkimeyi gerçekleştirmenin zorlukları var, ama Mars atmosferinin yüzde 96’sı argon ya da başka bir gaz olsaydı, atmosferden oksijen üretmek imkânsızlaşırdı. Toprak altında bulduğumuz donmuş suyu sıvı hale getirip elektroliz ile de oksijen üretebilirdik, ancak şimdilik çokça su kaynağına erişimimiz yok. Kısacası atmosferde bolca karbondioksit olduğu ve bu molekülde iki tane oksijen bulunduğu için aşırı derecede şanslıyız. Tek yapmamız gereken bu molekülden oksijeni ayırmak!

Mars Atmosferi Nasıl Etkileniyor?

İşte bu amaçla Perseverance’a, Mars Oksijen Yerinde Kaynak Kullanımı Deneyi (MOXIE) isminde bir araç eklendi. Mars’ın atmosferinden bizim kullanabileceğimiz oksijen üretilip üretilmeyeceğini anlamak istiyorduk. Kimyasal tepkime aşağıdaki gibi çok basit görünse de, işlem aslında pek de kolay değil: 2CO2 –> 2CO + O2

MOXIE’nin yaptığı işlem, bir elektrokimyasal tepkime ile oksijeni ayırıp, dışarı karbonmonoksit (CO) salınımı yapmak. İnsanlık Mars’a gider gitmez kendi ihtiyaçları için atmosfere karbonmonoksit mi salacak diye düşünebilirsiniz. Evet, aslında Dünya’da fabrikalar, otomobiller ve uçaklarla yaptığımızın aynısını burada da gerçekleştirdiğimiz söylenebilir, ama burada teknik olarak Mars atmosferini oksijen üretmek için kirletiyoruz. Şimdilik MOXIE’nin ürettiği oksijen miktarı çok az bir oranda olduğu için, bu fark edilecek bir durum değil. Öte yandan deney bittikten sonra üretilen bütün gazlar şimdilik yeniden atmosfere salınıyor.

MOXIE’nin enerji tüketimi çok yüksek. Çalıştırıldığında Perseverance’ın elektriğinin üçte birini kullanıyor. Çünkü bu kimyasal tepkimeyi yapabilmesi için aracın 800 santigrat dereceye kadar ısınması gerekiyor (MOXIE’nin çevresi çok iyi yalıtkan malzemelerle kaplandığından Perseverance’a zarar vermiyor). 20 Nisan 20121’de, yani Perseverance’ın Mars’taki 60’ıncı gününde MOXIE ilk defa çalıştırıldı ve başarılı bir şekilde oksijen ürettiği bildirildi. Gelelim MOXIE’nin ne kadar oksijen ürettiğine…

MOXIE bir test aracı olduğu için saatte en fazla 10 gram oksijen üretme kapasitesine sahip. Bir astronot 10 gram oksijeni 20 dakikada bitiriyor. Yani araç bu bakımdan şimdilik oldukça verimsiz. Bir astronotun günde ortalama 840 gram oksijene ihtiyacı var. Şimdi havuz problemi gibi yukarıda verdiğim sayıdan 840 gramı çıkartmaya çalışıyor olabilirsiniz, fakat şöyle düşünmek gerekir: İnsanın kullandığı oksijen miktarı hareketsizken daha az, koşup nefes nefese kaldığındaysa daha fazladır, gündüz ile uyku hali arasındaki oksijen kullanımı da fark eder. Kısacası bir astronotun yaşaması için en az 3.5 MOXIE aracının 24 saat çalışması gerekiyor.

Oksijen Olmazsa Giden Geri Gelemez

Mars’a gidecek ilk astronotları -ki şimdilik dört kişi olacaklarını tahmin ediyoruz- Dünya’ya geri getirebilmek için, onları uzaya geri fırlatacak roketlere ihtiyacımız olacak. Bu roketleri çalıştırmak, yani roket yakıtını yakabilmek için yine oksijen gazına ihtiyacımız var. Hesaplara göre, dört kişiyi Mars yüzeyinden uzaya kaldıracak roketin yaklaşık 7 tonluk roket yakıtına, bunu yakabilmek için de 25 ton oksijene ihtiyaç var! Tonlarca yakıtı ve yanında oksijeni Dünya’dan Mars’a taşımamız inanılmaz pahalıya patlar. Şöyle örnek verelim: Bugün SpaceX ile uzaya 1 kg göndermenin maliyeti 2 bin 700 dolar iken, eskiden uzay mekikleri ile 1 kg en az 50 bin dolara uzaya çıkıyordu. SpaceX’in Starship roketlerinin testleri henüz başarılı olamadı, ama bu başarıldığında maliyeti kilogram başına 10 dolara düşürmeyi umuyoruz. Ne olursa olsun, Dünya’dan 25 tonluk oksijen tankını Mars’tan geri dönmek için taşımak akıl kârı değil. Akla yatkın olanı, oksijenin orada üretilmesi olacaktır.

Mars’a ilk insanları göndermeden önce lojistik roketler gönderilecek ve insanların ihtiyacı olacak malzemeler önceden oraya varacak. Geri dönüş roketinde kullanılmak üzere oksijen üretmek istersek MOXIE’nin en az 200 katı daha büyük versiyonuna ihtiyacımız olacak, ki bu da yaklaşık 1 tonluk bir araca tekabül ediyor.

MOXIE, planlara göre 9-10 kez daha çalıştırılacak ve özellikle farklı ortamlarda test edilmeye devam edecek. Örneğin, Mars’ta gece, gündüzden en az 60 santigrat derece daha soğuk oluyor. Peki, MOXIE’den gece de verim alınabilecek mi? Mars’ta bir yıl 687 gün sürüyor ve eksen eğikliğinden dolayı Dünya’daki gibi mevsimler yaşanıyor. Acaba mevsim değişimleri oksijen üretimini nasıl etkileyecek? Hava kalitesi değiştiğinde, örneğin rüzgârlar vb. çıktığında üretim yapılabilecek mi? Tüm bunları anlamak için MOXIE farklı zamanlarda ve ortamlarda çalıştırılacak. Gelecekte insanlar Mars’a ulaştıklarında umuyoruz ki en temel ihtiyaçları olan oksijen hazır olacak.

Bu yazı Atlas Dergisi için yazılmıştır. İlk olarak 30 Haziran 2021 tarihinde yayınlanmıştır.