CEVHERİ ÇOK UZAKLARDA ARAMAK: UZAY MADENCİLİĞİ

1979 yapımı Ridley Scott tarafından yönetilen Alien (Yaratık) Nostromo uzay gemisi mürettabatının bir asteroitten topladığı 20 milyon ton mineralin Dünya’ya geri getirilmesi sırasında başlarından geçen maceraları anlatır. Moon (Ay) isimli filmde, bir maden şirketi çalışanının aydan Helyum-3 hasat ettiği ve periyodik bir şekilde uzay araçları vasıtasıyla Dünya’ya gönderdiği resmedilmiştir. Oblivion (Unutulma) isimli 2013 yapımı Hollywood filmi ise, bu kez Dünya kaynaklarının dünya dışı varlıklar tarafından bir enerji kaynağı olarak sömürülmesine sahne olmuştur. Yakınımızdaki kaynakların azalmasından dolayı uzaklardakine göz dikmemiz, atmosfer sınırını aştığı anda şimdilik bilim kurgunun oyun sahasına giriyor. Ancak, “bilim kurgu, bugünümüzü görmeyi sağlayan gelecekteki aynadır” denir. Bu yazıda uzay madenciliğinin bugününe ve yarınına bakacağız.

Uzay madenciliği, asteroit veya gezegenlerdeki değerli ham maddelerin veya jeolojik materyallerin elde edilmesi anlamını taşıyor. Günümüzde, gezegenlere fiziksel olarak ulaşmanın zorluklarından dolayı çoğunlukla daha yakın ve küçük olan asteroitler ve tükenmiş kuyruklu yıldızlar madenciliğin hedefi olarak gösteriliyor. Temel olarak amaç, madenlerden elde edilecek cevherlerin Dünya’ya getirilip kıt kaynak varsayımı üzerini kurulmuş Dünya ekonomisine bir kazanç sağlamak veya gelecekte insanın uzaya yayılımına vesile olacak bu asteroit veya gezegenlerde kurulacak olan yeni binaların yapım aşamasında malzeme olarak kullanmak. Şu an için demir, nikel, titanyum gibi madenler inşaat işlerinde, su ve oksijen gibi maddeler de astronotların yaşamlarını idame ettirmelerinde, hidrojen de özellikle roket yakıtı üretiminde kullanılacak değerli madenler olarak anılıyor [1,2].

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=SxftCZ7Ik3g&w=360&h=270]

Dünya’daki madenlerin suyu mu çıktı?

Dünya’daki madenlerin beğenilmeyecek bir yönü olduğundan, veya uzayda bir yerlerde daha etkin kullanılabilecek maddeleri aradığımızdan değil; yakında Dünya üzerindeki bir çok cevherin tükenmesinden korktuğumuz için gözümüzü uzaya diktik. Örnek vermek gerekirse, ileri teknolojik cihazlarda kullanılan değerli metaller sınıfında gösterilen gümüş, indiyum, altın, bakır, çinko, rutenyum, rodyum, palladyum, osmiyum, iridyum, tungsten ve platin gibi madenlerin 60 yıl içerisinde tükenecek olması konusunda spekülasyonlar mevcut [3].

Zaten bu metallerin çoğu asteroit yağmurları sayesinde Dünya’ya ulaştıkları için bugün yeryüzüne yakın konumlardan görece az efor harcayarak çıkarılabiliyor [4, 5]. Dünya’nın 4 milyar yıl öncesindeki oluşumu sırasında, korkunç büyüklükteki çekim kuvveti sebebiyle demir ve benzeri demir-seven atom ve molekülleri merkezine doğru çekti. Bu da Dünya’nın çekirdeğinden en uzakta, kurumuş kabuk olan yeryüzünde demir ve benzeri metal madenlerinin kalmamasına sebep oldu. Her ne kadar magmadan yerküreye doğru bazı damarlar vasıtasıyla yeryüzüne yakın katmanlarda bu metaller yollarını yaratıyor olsalar da, insanoğlunun amacı bu madenleri gani gani olduğu kaynağından, yani asteroitlerden, toplamak. Örneğin, küçük ebatlı, metal cevheri ile bezenmiş, 1.6 km çapındaki bir asteroidin 20 trilyon dolar değerinde endüstriyel ve değerli metal ihtiva edebileceği iddia ediliyor [6].

Fiziksel ve ekonomik sürdürülebilirliği sağlamak için de uzayda buz avcılığı yapmak, insanın Güneş Sistemi’ne yayılmasını sağlayacak önemli etkenlerden biri olacak. Uzayda buz toplama konusuna gelince, 2006 yılında Keck Gözlemevi, ikili Truva asteroitleri olan 617 Patroclus’ta ve daha birçok Jüpiter Truva asteroitlerinde buz olduğu iddiasında bulundu [7]. Buzdan su elde edilmesi sayesinde buzun bulunduğu yere tesisler ve üsler inşa edilmesinin yolu açılmış olacak. Ancak günümüzde insanoğlunun fizyolojik ve teknolojik yetersizlikleri ışığında daha kısa vadeli bir çözüm öneriliyor. Bu da dünyanın yakınından geçen asteroitleri yakalayıp onlardaki kaynaklardan istifade etmek. Aynı, sahile yakın yüzen balıkları iskeleden tutmak gibi.

Uzay madenciliği için hangi yöntemler kullanılabilir?

Yüzey madenciliği yapılacaksa, kabaca toplama işlevini gerçekleyecek ekipmanla donanmış araçlara ihtiyaç vardır. Birçok asteroid yapısı gereği moloz yığınları şeklinde cevherlerle doludur[8]. Elektromanyetik sistemler kullanılarak, değerli metallerin toplanması kolayca mümkün olabilir. Kum içerisine karışmış demir tozlarına mıknatıs yaklaştırıldığında, sadece demir partiküllerinin mıknatısa yapışması sonucu kolayca bir ayrıştırma ve toplama yaptığımız deneyleri hatırlarsınız. Bu prensibe dayalı sistemler tasarlanabilir. Buna karşın, maden kuyusu açılarak yapılacak madencilik faaliyetleri madenin yer altındaki konumunun tespitini gerektirecek, ve araçların yol yataklarının inşasını gerekli kılacaktır. Aynı kömür madenlerinden aşina olduğumuz tasarım söz konusudur.

Genellikle madencilikte kullanılacak ekipman hazırlandıktan sonra, çıkarılan cevher yerçekiminin azlığı sebebiyle aynı gökcismi üzerinde bir noktadan başka noktaya kolayca nakledilebilir. Gidilecek asteroitin Dünya’dan uzakta olması durumunda asteroit ile haberleşmek standart yöntemler kullanılarak birkaç dakika sürebileceği için, kullanılacak maden aracı/ekipmanı otonom olmalı (bkz. Sürücüsüz Araçlar) veya son derece yüksek bir otomasyon seviyesine sahip olmalıdır. Örneğin, Mars’a gönderilmiş keşif araçları komutlarını düzenli olarak Dünya’daki operatörlerden alsa da, bu araçların da anlık şartlara uyum gösterebilmeleri için karar alma mekanizmalarındaki otonomluk seviyesi oldukça yüksektir (bkz. Yörünge Dışı Robotlar). Ancak madenciliğin doğası gereği her koşul altında, insan desteği özellikle bakım ve onarım tarzı işlerde elzem olacaktır.

Elde edilen maddelerin Dünya’ya nakliyesi ise üç farklı şekilde gerçekleşebilir. Birinci yöntem asteroitten maddelerin Dünya’ya ham şekilde getirilmesidir. İkincisi hammedelerin bulunulan asteroitte/gezegende işlenmesi ve sadece işlenmiş ürünlerin Dünya’ya getirilmesidir. Bu yöntemde işlemi uygulayan tesislerin inşasının önceden yapılmış olması, düzenli olarak enerji ve bakımının sağlanması gerektiği için, oldukça maliyetli bir yöntemdir. Son yöntem ise, asteroitin kendisinin Dünya, Ay veya ISS (bkz. Uluslararası Uzay İstasyonu)’nin yakınlarındaki güvenli bir yörüngeye getirilmesi. Bu sayede materyallerin çoğunun kullanılması ve kayıpların minimuma indirgenmesi sağlanabilir.

Uzay madenciliğinde hangi aşamadayız ve gelecekte bizi neler bekliyor?

2012 yılında Keck Institute for Space Studies (KISS, Keck Uzay Çalışmaları Enstitüsü) tarafından yapılan araştırma gelecek on yıl içerisinde bir Yakın Dünya Asteroiti (YDA)’nin keşfi, yakalanması ve Dünya’ya getirilmesi için fizibilite çalışması yaptı. Ames Araştırma Merkezi, Glenn Araştırma Merkezi, Goddard Uzay Uçuş Merkezi, Jet İtki Laboratuvarı, Johnson Uzay Merkezi, Langley Araştırma Merkezi, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü, Carnegie Mellon, Harvard Üniversitesi, Deniz Lisansüstü Sonrası Okulu, Los Angeles Kaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz Kaliforniya Üniversitesi, Güney Kaliforniya Üniversitesi, Arkyd Astroniks Şti., The Planetary Society, B612 Kurumu, ve Florida İnsan ve Makine Bilişi Enstitüsü gibi alanında önde giden kuruluşlardan yüzlerce bilim insanıyla yapılmış bir çalışmadan bahsediyoruz.

Çıkan sonuca göre, madencilik yapılabilecek bu tarz bi YDA için makul olan özellikler şu şekilde olmalı: yaklaşık 7 m çapında ve 250.000 kg’dan 1.000.000 kg’a kadar ağırlıkta. Rahatça kıyaslamanız için bir örnek vermek gerekirse, ABD’nin Apollo programı sonunda toplam 6 görevde ancak 382 kg ağırlığında ay taşı getirildi. Ancak buna rağmen çalışmanın sonucu gösteriyor ki, 2023 yılına gelindiğinde 500.000 kg ağırlığında YDA’yı yüksek ay yörüngesine getirebileceğiz. İngilizce olan raporun tamamına buradan ulaşabilirsiniz.

Geldik yazının bol videolu ve Amerikan Rüyası tadındaki kısmına. Deep space Industries isimli şirket 2015 yılında ilk asteroitini yakalamayı, 2016’da Dünya’ya ilk örneklerini getirmeyi ve 2023 yılında aktif asteroit madenciliğine geçmeyi planlıyor.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=Eeyx4sTtsAM&w=360&h=270]

Diğer bir girişim de Google’ın kurucusu Larry Page ve CEO’su Eric Schmidt tarafından fonlanan, yöntemen James Cameron gibi vizyonerler tarafından danışmanlığı yapılan, ve Eric Anderson ve Peter Diamandis gibi milyarder uzay girişimcileri tarafından kurulmuş olan Planetary Resources şirketi. Şirket 2012 yılında ilk lansmanını yaptı.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=7fYYPN0BdBw&w=360&h=270]

2020 yılında asteroitlerdeki suyu oksijen ve hidrojene ayırarak roket yakıtı elde etme ve bu şekilde ticari uyduları ve uzay araçlarını besleme gibi bir amaçla yola çıkan girişim, yüksek maliyeti ve düşük fizibilitesi sebebiyle bazı bilim adamlarının eleştiri oklarını şimdiden üzerine çekti. Bu bilim adamları, 60 g ağırlığındaki cevherleri bir asteroitten Dünya’ya getirmek için NASA’nın yürüttüğü OSIRIS-Rex isimli görevin 1 milyar dolar tutarındaki harcama masraflarını örnek gösteriyorlar. Ayrıca Planetary Resources firmasının iddia ettiği gibi 30 metre çapındaki bir asteroidin 25-50 milyar dolar değerinde olması [9], ekonomik açıdan Dünya dışarısından getirilecek metallerin Dünya üzerindeki metal arzını yükselteceği, arz-talep dengesi bozulacağından metal fiyatlarının dibe vuracağı ve bu tarz madencilik şirketlerinin sonu olacağı konusunda şüpheleri arttırıyor. Son bir eleştiri de Carl Sagan ve Steven J. Ostro gibi astrofizikçilerden geliyor: Gezegenlerarası uzayda asteroitlerin rotalarının ve yörüngelerinin değiştirilmesi, Dünya ile çarpışma ihtimallerini arttıracağı ve bir felaketle sonlanabileceği için çok da hoş karşılanmıyor. Bu bilim insanları, bu teknolojilerin kötüye kullanımına karşın kuralların ve denetleme mekanizmalarının kesinlikle çok iyi oturtulması gerektiğini ekliyorlar [10].

Ancak, bu işe girişenlerin servetleri gösteriyor ki, büyük bir fırsat ayaklarına gelmiş durumda. Her şey tahmin ettikleri gibi giderse, para kazanmanın değil, para harcamanın yollarını bulmaları gerekiyor. Acaba yatlarının yerini, roketleri mi alacak?

Kaynaklar:

[1] http://science.howstuffworks.com/asteroid-mining.htm

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid_mining

[3] D. Cohen, “Earth’s natural wealth: an audit”, New Scientist, 23 Mayıs 2007.

[4] J. M. Brenan ve W. F. McDonough, “Core formation and metal–silicate fractionation of osmium and iridium from gold.” Nature Geoscience (18 Ekim 2009)

[5] M. Willbold, T. Elliott ve S. Moorbath, “The tungsten isotopic composition of the Earth’s mantle before the terminal bombardment.” Nature (08 Eylül 2011)

[6] J. S. Lewis, (1997). Mining the Sky: Untold Riches from the Asteroids, Comets, and Planets. Perseus.

[7] F. Marchis et al., “A low density of 0.8 g/cm^-3 for the Trojan binary asteroid 617 Patroclus“, Nature, 439, pp. 565-567, 2 Şubat 2006

[8] L. Wilson, K. Keil, S. J. Love (1999). “The internal structures and densities of asteroids”. Meteoritics & Planetary Science 34 (3): 479–483

[9] “Tech billionaires bankroll gold rush to mine asteroids”. Reuters. 2012-04-24.

[10] “Cosmic collisions and the longetivity of non-space faring galactic civilizations” (PDF), Interplanetary Collision Hazards, Pasadena, California, USA: Jet Propulsion Laboratory – NASA, 1998