Uzay Giysisi – 4

Dış Uzay Ortamı (Uzay Havası)

Giysiler uzay ortamında kullanılacağı için giysi gereksinimlerini daha iyi anlamak için biraz da uzay ortamını inceleyelim. Dış uzay; adından da anlaşılacağı gibi Dünya atmosferinin en üst noktalarının ötesinde ve evrendeki diğer tüm nesneler arasında yer alan boşluk olarak tanımlanıyor.

Dış uzayın temel çevresel özelliği, boşluk veya gaz moleküllerinin “neredeyse” tamamen yokluğudur. Gezegenler ve yıldızlar gibi uzaydaki büyük cisimlerin çekim kuvveti, gaz moleküllerini yüzeylerine yakın çekerek aradaki boşluğu neredeyse boş bırakır. Bu cisimler arasında bazı başıboş gaz molekülleri bulunur, ancak yoğunlukları o kadar düşüktür ki, pratikte var olmadıkları düşünülebilir.

Kendi içinde alt uzay, üst uzay gibi mesafelerle tanımlanan detayların çok da önemi yok. Bu konuda “Armstrong Sınırı” bizim için en önemli mesafelerin başında gelmekte. Çünkü uzay bir yana, bizim için tehlike daha Dünya’da iken başlıyor.

Armstrong Sınırı

İnsan hayatının tehlikeye girdiği, 0,0618 atmosfer basıncında, sıcaklığın -60 santrigrat derece civarında olduğu ve atmosferin 19’uncu kilometresinden itibaren başlayan sınır olarak nitelendirilmektedir. Daha basit anlatalım. Kabin basıncına sahip olmayan bir savaş uçağına binmiş ve bu irtifaya tırmanmış olsaydık, yüzümüze takılı olan oksijen maskemiz de bizi koruyamazdı.

Dış uzay ortamı bir boşluk olmasına rağmen, dış mekan bir ortam olarak düşünülebilir. Bu ortamda radyasyon ve nesneler içinden serbestçe geçebilir. Dış uzay ortamına yerleştirilen korumasız bir insan veya başka bir canlının 10-15 saniye içinde yaşamı sonlanacaktır ki; bu bedensel etkileri de göz önüne alındığında oldukça ızdırap ve acı vericidir.

Eminim bunun gibi soruları görmüşsünüzdür. Öncelikle beden ve bedenimizi saran derinin bir esneme kapasitesi var. Korumasız ortamdaki bu vakum (düşük basınç), bedeni dışa doğru esnemeye zorlayacaktır. Bu nedenle nefes tutma konusunda tutmak değil aksine ciğerlerin olabildiğince boşaltılması gerekmektedir. Bunun yanında ağız, burun ve gözlerin de sımsıkı kapatılması gerektiğini eklemek gerek. Ancak her halukarda bu süre, kandaki oksijen ve beynin ne kadar oksijenle beslenebileceği ile doğru orantılı ki, korumalı bir alan olmadığı sürece ölüm kaçınılmazdır.

Resim-1. Uzay giysisi üst bölümü. (Image Credit: NASA)

Uzayda Özel Giysi Olmazsa Neler Olur?

Dünyamızda var olan atmosferimiz her yöne baskı uygulamaktadır. Deniz seviyesinde bu basınç 101 kilopaskal, uzayda ise basınç neredeyse sıfır değerindedir. Bu denli bir vakum ortamı uzay giysisi giymemiş korunmasız bir insanın ciğerlerindeki havanın boşlukta hemen dışarı fırlamasına neden olacaktır.

Vücut sıvılarında çözünmüş gazlar genişleyerek katıları ve sıvıları birbirinden ayırabilir ve deri, şişen bir balon gibi genişleyecektir. Diğer yandan kan dolaşımında kabarcıklar oluşur ve vücut hücrelerine oksijen ve besin taşıyıcısı olarak kanı etkisiz hale getirir.

Ayrıca, vücudumuzda sıvı ve gazlarının iç basıncını dengeleyen harici basıncın (derimiz dışındaki atmosferik hava basıncı) ani yokluğu kulak zarı ve kılcal damarlar gibi hassas dokulara da hasar verebilir. Özetle oksijen yoksunluğu ve ardından buna bağlı beyin hasarı ile başlayan süreç her şekilde ölümle sonuçlanacaktır.

Diğer yandan yerçekimsizlik ortamı nedeniyle beyin ve omurilik sıvısının yukarı doğru hareketi, kafa içi basıncın (intrakranial basınç) artışına da neden olmaktadır. Dünya’ya dönüş sonrasında astronotlara “Lomber Ponksiyon Yöntemi” uygulanarak basınç düşürülmektedir

Uzayda bulunan sıcaklık aralığı ise ikinci bir büyük engel teşkil etmektedir. Dünya’nın Güneş’ten uzaktaki uzayda bulunan nesnelerin güneşli tarafı yaklaşık 120 santigrat derecenin üzerine çıkabilirken, gölgeli taraf ise -100 santigrat derecenin altına düşebilir. İnsanın var olan durumunda konforlu ve güvenli bir sıcaklık aralığını korumak uzay ortamında bu nedenle önemli bir sorun haline gelir.

Resim-2.Uzay ve radyasyon. (Image Credit: ESA)

Problemler bu kadar mı? Tabi ki hayır, yeni başlıyoruz. Uzayda karşılaşılan diğer çevresel faktörler şunları içerir;

• Mikro yerçekimi,
• Güneş’ten elektrik yüklü parçacıkların radyasyonu,
• Ultraviyole (UV) radyasyon,
• Göktaşları ve meteoroidler.

Güneş sisteminin oluşumundan ve kuyruklu yıldızlar ile asteroitlerin çarpışmalarından kalan çok küçük kaya ve metal parçalarıdır. Genellikle kütleleri küçük olsalar da, bu parçacıklar çok yüksek hızlarda hareket ederler ve insan derisine ve ince metale kolayca nüfuz edebilirler. Aynı derecede tehlikeli, önceki uzay görevlerinden enkazdır. Saatte binlerce kilometre hızla hareket eden minik bir boya parçacığı önemli hasarlar verebilir. Kısacası bizlerin hayranlıkla Dünya üzerinde izlediği Perseid Yağmuru, uzay ortamındaki biri için pek de özenilecek bir şey değildir.

Uzay Yaşamı ve Fizik Kuralları

Uzayda çalışmanın en büyük avantajlarından biri, astronotlar da dahil olmak üzere nesnelerin görünür bir ağırlığa sahip olmamasıdır. Dünya üzerindeki bir nesnenin ağırlığından bağımsız olarak, tek bir mürettebat üyesi, mürettebatın çalışabileceği sabit bir platforma sahip olması koşuluyla, bu nesneyi yörüngede kolaylıkla hareket ettirebilir ve konumlandırabilir.

Uzayda çalışmanın fiziği, Dünya’da çalışmanın fiziği ile aynıdır. Tüm insanlar ve şeyler madde içerir ve dolayısıyla bir kütleye sahiptir. Bu kütle nedeniyle, hareketteki herhangi bir değişikliğe direnirler. Fizikçiler bu direnci atalet olarak adlandırır. Kütle ne kadar büyükse, atalet o kadar büyük olur.

Dünya’da olduğu gibi, uzaydaki nesnelerin hareketini değiştirmek için bir kuvvet uygulaması gerekir. Nesnenin ne kadar hareket ettiği kısmen Sir Isaac Newton‘un “Üçüncü Hareket Yasası” tarafından açıklanmaktadır. Yasa, bir nesnenin bir yönde hareket etmesine neden olan bir kuvvetin, diğer yönde eşit ve zıt bir kuvvetle karşılaştığını belirtir.

Resim-3. Astronot yardımcı tamir malzemeleri halatla gövdelerine bağlıdır. (Image Credit: NASA)

Kanun daha tanıdık bir şekilde “Her eylem için zıt ve eşit bir tepki vardır” şeklinde ifade edilir. Bu yasanın uzaydaki sonucu önemlidir. Somunu anahtarla döndürmek gibi basit bir Dünya görevi uzayda oldukça zor olabilir çünkü somun değil de astronot dönebilir. Ek güvenlik tedbirleri olarak hem astronotlar hem de kullandıkları alet edevatları geçme kancalı iplerle sabitlenmektedir. Eğer bu yapılmazsa; 14-15 bir somunu açmak için anahtarı sola çevirmeniz durumunda kendi ekseninizde dönerdiniz.

Yeryüzüne kuvvet uygulamak kolaydır çünkü ayaklarımızı yere sağlam bir şekilde koyarız. Ağır nesneleri yukarı kaldırabiliriz çünkü eşit ve zıt kuvvet bacaklarımızdan ve ayaklarımızdan Dünya’nın kendisine yönlendirilir.

Dünya’nın ataleti o kadar büyük ki aşağı doğru olan kuvvete tepkisi son derece küçük. Uzayda ise astronotlar, çalışma faaliyetleri sırasında eşit ve zıt kuvveti absorbe edecek bir gezegene sahip olma avantajına sahip değiller.

Üçüncü Hareket Yasasında açıklandığı gibi, bir nesneye itmek, nesnenin ve mürettebat üyesinin zıt yönlerde yüzmesine neden olur. Mürettebat üyesinin ve nesnenin birbirinden uzaklaştığı hızlar, kendi kütleleri tarafından belirlenir.

Örneğin, devasa bir uyduyu boşlukta bir astronotun ittiğini düşünelim. Uydu onu iten daha az kütleli bir astronottan çok daha yavaş, ancak astronot ondan daha hızlı ve ters yöne uzaklaşacaktır.

Resim-4. STS-114 görevinde yardımcı robot kola sabitlenmiş astronot. (Image Credit: NASA)

Nesnelere göre avantaj elde etmek için, uzay giysili mürettebat üyesi, büyük ve aktif olarak stabilize edilmiş bir robotik kol veya Uluslararası Uzay İstasyonu dış yüzeyine yerleştirilmiş sabit bir platformlarda ayak tutucularla desteklenmektedir.

Uzay ortamı ile ilgili bu bilgilerden sonra konunun asıl odağında olan uzay giysilerine yavaş yavaş giriş yapalım.

Uzay Giysisi Tasarımları

Bir uzay giysisinin aslında tek başına bir uzay aracı sayılabilir olduğunu daha önce ifade etmiştik. Tekrar hatırlatmak gerekirse amacı; her ne kadar farklı şekil ve özelliklere sahip olsalar da, astronotlar için maksimum koruma ve hayatta kalmasını sağlamak olarak özetlenebilir. İnsanlı uçuş için kullanılacak bir uzay aracın geliştirilmesi bir yana, sadece astronotların giysisi geliştirmek bile başlı başına ayrı bir dünyadır.

Resim-5. Yüksek irtifa uçuşu yapan U-2 gözlem uçağının basınç kontrollü pilot giysisi (Image Credit: NASA)

Uzaydan Önce Hava Kuvvetlerinde Kullanım Gereksinimi

Uzay giysileri temeli 1950’li yıllarda ilk olarak Amerikan Hava Kuvvetleri (Air Force) ihtiyacı ile başlamış ve bu özel giysiler on yılın sonunda uzay yarışı ile daha da ivme kazanmıştır. Havacılık sektöründe yaşanan teknolojik gelişmelere paralel olarak uçakların motor ve irtifalarındaki artış pilotların da ek donanım ihtiyacını ortaya çıkarmıştır.

Bunlar yüksek irtifada oksijen desteği, düşük basınç koruması, hız ve manevralara bağlı G kuvvetinin etkisi olarak sıralanabilir. Zira Armstrong sınırının üzerindeki rakımlarda basınçlı giysiler gereklidir. Yaklaşık 19.000 Km. irtifadan itibaren 0,0618 atmosfer basınca ve -60 derece gibi çok düşük sıcaklığa sahip ortamda; vücut sıvıları ve kan kaynamaya ve buharlaşmaya başlamaktadır.

Resim-6. Uçuş tulumuyla F-16 kokpitindeki kadın savaş pilotumuz. (Image Credit: Türk Hava Kuvvetleri)

Günümüzde de aynı şekilde pilotlar bacak kısımları ve belirli bölmeleri otomatik olarak şişip kanın beyne hücum etmesini önleyen özel uçuş tulumları ve yüksek irtifalarda oksijen desteği sağlayan başlıklar kullanarak G kuvvetinin ve atmosferik şartların olumsuz etkileri ile başa çıkabilmektedirler.

Bugün uzay görevlerinde kullanılan ve herkesin özenerek baktığı giysilerin ardında neredeyse 75 yıllık bir çalışmanın sonucu ve bilgi birikimi saklıdır. Pilotların Dünya atmosferi içerisindeyken dahi maruz kaldıkları durumlara karşın uzay havası çok daha fazla risk ve bilinmez tehlikelerle doludur ki bu nedenle daha özel giysilerin tarsımı kaçınılmazdır.

Her ne kadar bunca yılın birikimi olsa da uzay yine de çok fazla bilinmeyen bir denklem gibi her an yeni bir sürprize açıktır. Bu tehlikeler her ne kadar bilgisayar simülasyonlarında önceden öngürülebilse de bazı şeyler bizzat yaşanarak tecrübe edinilmesi kaçınılmazdır. Bu yaşanan tecrübelerden ders alınmışsa da ne yazık ki zaman zaman yaşanan kazalarda astronotların kaybına mal olmuştur.

Uzay Giysisi Kullanmak ya da Kullanmamak

Bunun için en temel konulardan yanı sıcaklık ve iyonlaştırıcı radyasyon konusunu inceleyerek başlamak gerekir. Uzayda Güneş’e bakan yüzeyler ısınmakta, gölgede kalan yerler soğumaktadır. Bu ısı farkı sadece astronotlar için değil, uyduların elektronik bileşenlerinin de uyduların kendi etrafında dönüşlerinde ani sıcaklık değişimlerinin elektronik parçalar üzerinde de zararlı etkileri mevcuttur.

Uzaydaki sıcaklık, güneşin nerede olduğuna bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir. Güneş radyasyonundan kaynaklanan sıcaklıklar 121°C ‘ye kadar ulaşabilir ve -233°C’ ye kadar da düşebilir. Bu nedenle, uzay giysileri uygun yalıtım ve soğutma sağlamalıdır.

İnsan vücudu, bazı popüler bilim kurgu roman veya filmlerindeki çelişkili tasvirlere rağmen uzay boşluğunun sert boşluğunda korunmasız olarak belli bir süre için de olsa hayatta kalabilir. Derimiz ve bedenimiz oldukça esnektir. Böyle bir ortama maruz kaldığında vakumdan dolayı genişleyecektir ancak bu genişleme filmlerdeki tasvir edilen balon gibi şişme anlamında değildir. Etki daha çok vücut geliştirme sporu yapan kişilerde gördüğümüz şekilde beden limitleri çerçevesinde genişlemekten ibarettir.

Bedenimizin bu tepkilerinin yanında yaşamsal değerlerimize bakacak olursak, oksijen yoksunluğu artmasından dolayı yaklaşık 15 saniye sonra bilinç kaybı yaşanacaktır. Uzay ciddi anlamda soğuktur. Çoğu filmde bu etkiler aniden donma şeklinde tanımlanmıştır. Oysa vücut ısısının termal radyasyon veya sıvıların buharlaşması yoluyla hızlı kaybolması tüm ısının kaybolması gerektiğinden ani donma etkisi oluşmayacaktır.

Uzayda, vücudu aşırı radyasyona maruz bırakacak çok sayıda farklı yüksek enerjili atomaltı proton vardır. Bu bileşikler minimum miktarda olmasına rağmen, yüksek enerjileri vücuttaki DNA’yı değiştirme veya kansere neden olma gibi temel fiziksel ve kimyasal süreçleri bozma eğilimindedir.

Radyasyona maruz kalmak; iki yöntemle sorun yaratabilir. Parçacıklar insan vücudundaki suyla reaksiyona girerek DNA moleküllerini parçalayan serbest radikaller üretebilir veya doğrudan DNA moleküllerini kırabilir. Özetle korunmasız bir şekilde 10-15 saniye sonra bilinç kaybı ve devamında her halukarda ölüm kaçınılmazdır.

Korunmasız Alan Maruziyetinin Fiziksel Etkileri

Uzaydaki vakum, sıfır basınç yaratarak vücuttaki gazların ve işlemlerin genişlemesine neden olmaktadır. Vücuttaki kimyasal işlemlerin aşırı tepki vermesini önlemek için uzaydaki basınca karşı koyan bir takım giysi geliştirmek gerekir. Basınç değişikliğini bir nevi dalgıçların vurgun yemesi şeklinde tabir edilen olayla tanımlayabiliriz. Şöyle ki; vurgun sadece derin dalış sonrası yüzeye çıkışlarda değil yüksek irtifalarda da karşılaşılabilen bir durumdur.

Resim-7. Astronotlar sualtı eğitim denemelerinde. (Image Credit: NASA)

Nefes tutmak ne tüplü dalışlarda ne de uzay yolculukları, basınç dengeleme/vakum odaları veya yüksek irtifa uçuşlarında en büyük tehlikelerin başında gelmektedir. Zira kontrolsüz Dekompresyon akciğerlere zarar verebileceğinden en büyük tehlike burada ortaya çıkmaktadır.

Aslında derimiz tüm bedenimizi koruyan inanılmaz ve doğal bir giysidir. Farkında olmasak da Dünya üzerinde bir basınca maruz kalmaktayız. Aynı şekilde serbest dalışlarda veya tırmanışlarda da belli bir irtifaya kadar bu doğal giysimiz bizi korumaktadır ancak tabi ki bunun da bir sınırı vardır.

İnsan cildinin düşük dereceli vakumdan korunması gerekmez zira gaz geçirmez bir dokuyla kaplıyız ancak esnek yapısı bazı değişimlere neden olabilmektedir. Bu nedenle uzay çalışmalarında tıpkı bir dalgıç kıyafeti gibi vücudumuza sıkı sıkıya oturan bir solunum desteği olan uzay giysisi kullanmamız gereklidir.

Uzay Giysisi Çeşitleri

Resim-8. Orlan MK uzay giysisi (Image Credit:NASA)

Uluslararası Uzay İstasyonu farklı ülkelerin ve bu ülkelerin uzay ajanslarının ortak bir çalışmasıdır. Bu nedenle astronotlar dış uzay görevlerinde sadece NASA’nın geliştirdiği giysileri değil, aynı zamanda Rusya tarafından geliştirilen ve (Rusça’da “Deniz Kartalı) Orlan adı verilen uzay giysilerini de kullanmaktadırlar.

Orlan Giysisi

Orlan giysileri Rus JSC NPP Zvezda  firması tarafından üretilmiştir.  Moskova yakınlarındaki bu firma uzay ürünlerinin yanında uçaklardaki fırlatma koltukları, uçak kaçış kaydırakları, can yelekleri ve yangın söndürücü tasarımları ve ürünleri üzerine AR-GE çalışmaları yapmaktadır.

Firma günümüzde de aktif olarak çalışmakta olup, belki de en önemli tasarımlarından bazıları Rus uzay mekiği Buran ve helikopterler için geliştirdikleri fırlatma koltuklarıdır. Bilindiği üzere helikopter pervaneleri dikey fırlatma yapılabilmesi için bir engeldir. Ancak günümüzde Kamov Ka-50 silahlı saldırı helikopterlerinde de kullanılan sistemde önce rotor kanatları bir patlayıcı ile patlatılmakta, ardından pilot kabinleri üzerindeki kanopiler atılmakta ve koltuklar roketler ile yine dikey olarak fırlatılmaktadır.  Firma Buran uzay Mekiği pilotları için de (Rusça’da Kırlangıç anlamında) Strizk isimli giysi geliştirmişse de kullanılma fırsatı olmamıştır.

JSC NPP Zvezda SSCB zamanında 1952’de uzay araştırmaları için basınç giysileri ve uçuş sırasında yakıt ikmal sistemleri geliştirmek amacıyla kurulmuştu. Uzay yarışının hız kazanması ile birlikte sadece 8 yıl sonra 1960’ta Yuri GAGARİN’in de kullandığı uzay giysileri (SK-1 tip) tasarlamaya başlamıştır.

1965’lerde üretilen (Rusça’da “Altın Kartal”) Berkut isimli giysi tasarımından sonra Orlan-E tip giysiler geliştirilmiş ve kozmonotların kullanımına sunulmuştur.

• Uzay Giysisi 1.Bölüm
• Uzay Giysisi 2.Bölüm
• Uzay Giysisi 3.Bölüm