Uzayda yerçekimi nasıl elde edilir?

Uzayda uzun süre hayatta kalabilmek için üstesinden gelinmesi gereken en önemli konulardan birisi de yerçekimi etkisi oluşturma problemidir. Uzun süre yerçekimsiz ortamda kalan bir kişide bir süre sonra kas erimesi yaşanmaya başlar. Yerçekiminin vücudumuza uyguladığı güç olmadığında, bir süre sonra boyda uzamalar görülür, kaslar güçsüzleşir, vücut direnci zayıflar. Bununla birlikte, yerçekimsiz ortamda günlük ihtiyaçları halletmek de oldukça zordur. Su içmek, yemek yemek, tuvalete gitmek, ... gibi konular yeni zorluklar doğurur. Bu sebeplerle, uzayda yerçekimi etkisi sağlayabilmek uzun süreli yolculuklar için kritik öneme sahiptir.

Yukarıdaki şekilde uzayda yerçekiminin nasıl oluşturulabileceğini görebilirsiniz. Şeklin detaylarını aşağıda bulabilirsiniz:

Uydu: gri renkle boyanmıştır

Yerçekimi odaları: mavi renkle işaretlenmiştir

Dönen bölüm: kırmızı ile işaretlenmiştir

Oda bağlantı koridorları: sarı renkle gösterilmiştir

Uydu fırlatıldıktan bir süre sonra dünyanın yerçekimi etkisinden kurtulur. Bu aşamadan sonra, yerçekimi odalarını bağlantı koridorları yardımıyla yan taraflara doğru uzatabiliriz. Bağlantı koridorlarıyla ilgili bağlantılar kurulur. Ardından da, kırmızı bölüm dönmeye başlar. Böylece, düzgün dairesel hareket teorisinde yer alan merkezcil ivme yardımıyla yerçekimi etkisi elde edilebilir. Dönüş başladıktan sonra, yerçekimi odalarında dışa doğru açısal ivme oluşacaktır. Bu da içerideki kişilerin dış çepere basarak hareket edebilmelerini sağlar.

Yerçekimi etkisi oluşturmak için dönüş hızı ne olmalıdır?

Yerçekimi odalarında oluşturulmak istenen merkezcil ivme, dönüş yarıçapı ve dönüş hızına bağlı olarak değişir. Fizik derslerinden da hatırlayacağınız üzere, düzgün dairesel hareket için aşağıdaki formül verilebilir:

a = 2πr/T = -V²/R

Burada hemen bir not düşelim. Ortalama olarak dünyanın yerçekimi ivmesi 9.81 m/s², ayın yerçekimi ivmesi ise 1.622 m/s²'dir. Şimdi farzedelim ki, uzayda yerçekimi odalarında oluşturmak istediğimiz ivme etkisi yaklaşık olarak 3 m/s² olsun. Yani tam da dünyadaki kadar bir kuvvet ve ağırlık oluşmasını istemiyoruz. Böyle bir ivmenin işimizi görebileceğini varsayabiliriz. Diğer taraftan, bağlantı koridorlarının uzunlukları da 12'şer metre olsun. Yani dönüş yarıçapı R = 12 m.

Bu durumda, yukarıdaki formülden yararlanarak V² = aR = 3 x 12 = 36 elde edilir. Bu durumda da yaklaşık dönüş hızı V = 6 m/s olarak hesaplanabilir.

Odaların döneceği tam turun uzunluğu, çemberin çevresi formulünden yararlanarak S = 2πr = 75.36 metre olarak hesaplanabilir. Bu durumda saniyede 6 metre hızla dönen oda, aslında saniyede 0.08 tur tamamlamış olacaktır ve bir turu tamamlaması toplamda 12.5 saniye sürecektir. Bu hızla dönen bir yerçekimi odasının içerisinde rahatlıkla günlük aktivitelerimizi yapabiliriz.

Böyle bir odada iken bağlantı koridorunu kullanarak araca ulaşmanız için merdiven kullanmanız gerekecektir. Çünkü, merkezcil ivme sebebiyle uyduya doğru rahat bir şekilde hareket edemezsiniz. Bağlantı koridorunda uyduya doğru yaklaştıkça, merkezcil ivmenin miktarı azalacaktır. Çünkü, dönüş yarıçapı olan R azalmaktadır. Koridorun tam ortasına geldiğinizde döbüş hızının etkisi yarıya düşer, a = 3² / 6 = 1.5 m/s² seviyesine düşecektir. Tam olarak, koridordan uyduya geçtiğinizde tekrardan yerçekimi etkisi olmayan bir ortama girmiş olursunuz.