Kaçak Yolcu'daki gibi Mars yolunda oksijen biterse ne olur? İpli yerçekimi ve algler

Joe Penna'nın yönettiği 2021 yapımı Kaçak Yolcu (Stowaway), uzay filmlerinin alışılmış patlamalı aksiyonundan uzak, dar bir gemide geçen bir ahlak ikilemini anlatıyor. ABD ve Almanya ortak yapımı film, 22 Nisan 2021'de Netflix'te yayına girdi; başrollerde Anna Kendrick, Toni Collette, Daniel Dae Kim ve Shamier Anderson var.

Hikâye basit bir hesap hatasının üzerine kurulu: Üç kişilik bir ekip Mars'a iki yıl sürecek bir görev için yola çıkıyor, ama kalkıştan sonra gemide fırlatma ekibinden yaralı bir mühendis bulunuyor. Üstelik onun bulunduğu yerde, havadaki karbondioksiti temizleyen cihaz da parçalanmış. Gemi artık üç kişiye göre hesaplanmış yaşam desteğiyle dört kişiyi taşımak zorunda.

Film ne gösteriyor?

Filmin teknik ayrıntıları, uzay filmlerinde pek görülmeyen bir özen taşıyor. Geminin yaşam bölümü, fırlatmada kullanılmış üst kademeye yaklaşık 450 metrelik iplerle bağlı; bu ikili birlikte dönerek yapay yerçekimi oluşturuyor. Karbondioksit filtresi bozulunca ekip yedekteki lityum hidroksit kartuşlarına başvuruyor, ama bunlar dört kişinin yükünü kaldıramıyor. Biyolog karakterin aslında Mars'ta denemek için getirdiği alg deneyi oksijen üretmek için erkenden devreye sokuluyor. Son çare, iplere tırmanıp terk edilmiş üst kademedeki sıvı oksijene ulaşmak; bu tırmanışı ise Güneş'ten gelen bir radyasyon fırtınası tehlikeye atıyor.

Bu unsurların her biri gerçek bir mühendislik sorusuna karşılık geliyor. Sırayla bakalım.

İpli yapay yerçekimi: Gemini 11'den bugüne

Dönen bir yapıda, dönme merkezinden uzaktaki bir cisim dışarı doğru itiliyormuş gibi bir kuvvet hisseder; bu etkinin büyüklüğü dönme hızının karesiyle ve merkeze olan uzaklıkla artar. NASA'nın yapay yerçekimi üzerine hazırladığı kaynak kitabına göre Dünya'daki yerçekimini elde etmek için ya çok büyük bir yarıçap ve yavaş dönüş ya da küçük yarıçap ve hızlı dönüş gerekir: Örneğin 35 metrelik yarıçapta dakikada 5 tur, 4 metrelik yarıçapta dakikada 15 tur.

Bu yüzden filmdeki uzun ip fikri mantıklı. Basit bir hesapla, dönme merkezine 225 metre uzaklıktaki bir bölmede Dünya'daki yerçekimini elde etmek için dakikada yaklaşık 2 tur yeterli. Yavaş dönüş önemli, çünkü aynı NASA kaynağına göre dönen bir ortamda baş hareketleri iç kulakta yanıltıcı ivmeler yaratıyor ve dakikada 3 turun altındaki hızlarda bile bulantıya yol açabiliyor. 1960'larda yapılan çalışmalar konforlu bölge için üst sınırı dakikada 6 tur olarak çizmişti; daha yeni veriler insanların daha yüksek hızlara alışabildiğini gösteriyor.

Fikrin kendisi de yeni değil. NASA'nın kayıtlarına göre Gemini XI astronotları Pete Conrad ve Dick Gordon, 14 Eylül 1966'da kapsüllerini Agena hedef aracına 100 fitlik (yaklaşık 30 metre) bir iple bağladı ve yan iticileri ateşleyerek ikiliyi yavaşça döndürdü. Ortaya çıkan yapay yerçekimi yalnızca yaklaşık 0,00015 g'ydi, ama Gordon telsizden yapay bir yerçekimi alanı olduğunu bildirdi. Bu, uzayda ipli dönüşle yapay yerçekimi üretmenin ilk denemesiydi. O günden bu yana insanlı bir araçta kalıcı yapay yerçekimi hiç kullanılmadı; dönen istasyonlar şimdilik 2001: Bir Uzay Destanı gibi filmlerde kaldı.

Asıl düşman karbondioksit

Filmin krizi oksijen eksikliği gibi başlasa da ilk tehdit karbondioksit birikmesi. Kapalı bir kabinde soluduğumuz havadaki karbondioksit temizlenmezse, oksijen bitmeden çok önce zehirleyici düzeye çıkar. Uluslararası Uzay İstasyonu'nda NASA'nın açıklamasına göre karbondioksit, gazları molekül boyutlarına göre ayıran moleküler eleklerle havadan alınıyor.

Lityum hidroksit kartuşları ise uzay tarihinin en ünlü kurtarma operasyonlarından birinin kahramanı. Apollo 13'te ekip ay modülüne sığındığında, komuta modülünün köşeli kartuşları ay modülünün yuvarlak yuvalarına uymuyordu. NASA'nın kayıtlarına göre yerdeki mühendisler, gemide bulunan plastik torba, karton ve bantla "posta kutusu" denen bir bağlantı düzeneği tasarladı ve ekip bunu kurarak karbondioksiti temizlemeyi başardı. Bu hikâyeyi Apollo 13 filmi yazımızda ayrıntılı anlatmıştık. Kaçak Yolcu'daki kartuş çaresizliği bu açıdan gerçekçi: Kartuşlar sınırlı sayıda ve her biri belli miktarda karbondioksit tutabiliyor.

Oksijen üreten algler: ESA'nın MELiSSA'sı

Bugünkü uzay istasyonunda oksijenin büyük kısmı bitkilerden değil elektrikten geliyor. NASA'ya göre istasyonun oksijen üretim sistemi, su geri kazanım sisteminden gelen suyu elektrolizle oksijen ve hidrojene ayırıyor; oksijen kabine veriliyor.

Filmdeki alg çözümü ise Avrupa'nın uzun soluklu bir projesini akla getiriyor. Avrupa Uzay Ajansı (ESA), 1989'da başlattığı MELiSSA (Mikro-Ekolojik Yaşam Destek Sistemi Alternatifi) projesiyle atıklardan ve karbondioksitten yeniden oksijen, su ve besin üretecek kapalı bir döngü geliştiriyor. ESA'ya göre hedef, Ay'da ya da Mars'ta uzun süreli insan varlığı için güvenilir bir yaşam destek sistemi kurmak. Projenin pilot tesisi İspanya'daki Barselona Özerk Üniversitesi'nde, 200 metrekareyi biraz aşan bir alanda bulunuyor. Tesiste oksijen üreten bölümde, fotosentez yapan ve yenilebilen bir siyanobakteri olan Limnospira indica yetiştiriliyor.

Burada film ile gerçek arasındaki fark ölçekte. MELiSSA on yıllardır yerde, kontrollü koşullarda geliştiriliyor ve henüz bir uzay aracının yaşam desteğini tek başına sağlamıyor. Filmdeki gibi bir deney kültürünün aniden bir insanın oksijen ihtiyacını karşılaması iyimser bir varsayım; nitekim filmde de algler uzun dayanmıyor.

Güneş fırtınası: görünmeyen tehlike

Filmin son bölümünü belirleyen tehlike, Güneş'ten gelen yüksek enerjili parçacıklar. NASA, Güneş radyasyon fırtınalarını Güneş'teki patlamaların yüksek hıza çıkardığı elektron, proton ve ağır iyon sürüleri olarak tanımlıyor. Bu fırtınaların önceden haber alınması zor: NASA'nın 2007'de duyurduğu bir yöntem, 2003'teki dört büyük fırtınayı 7 ile 74 dakika arasında değişen sürelerle önceden tahmin edebilmişti.

Dünya'nın manyetik alanının ve atmosferinin dışında, Mars yolundaki bir ekibin bu parçacıklara karşı doğal bir kalkanı yok. NASA'nın Mars görevleri için yaptığı tasarım çalışmalarında bu yüzden ekibin fırtına süresince sığınacağı, daha kalın korumalı "fırtına sığınakları" öne çıkıyor. Filmde kapsül içinde korunmak ile dışarıda, iplerin üzerinde açıkta kalmak arasındaki fark bu açıdan gerçekçi bir dram kaynağı.

Nerede haklı, nerede değil?

• Haklı: Uzun iple dönerek yapay yerçekimi üretmek fiziğe uygun ve yavaş dönüşe izin verdiği için mantıklı bir seçim; ilk denemesi 1966'da yapıldı.
• Haklı: Kapalı bir gemide ilk tehdidin karbondioksit olması ve lityum hidroksit kartuşlarının sınırlı kapasitesi gerçek mühendislik sorunları.
• Haklı: Güneş radyasyon fırtınaları Mars yolculuğunun en ciddi risklerinden biri ve uyarı süresi kısa olabilir.
• Abartılı: Bir alg deneyinin bir insanın oksijenini karşılayacak hızda devreye girmesi; gerçekte biyolojik yaşam destek sistemleri hâlâ yerde geliştiriliyor.
• Soru işareti: Gerçek bir görevde fazladan bir kişinin fark edilmeden araca girmesi ve tek bir arızanın bütün yaşam desteğini çökertmesi, dramatik gerilim için kurulmuş bir varsayım.

Kaçak Yolcu'nun asıl gücü bilim değil, uzayda her kilogramın ve her litre oksijenin önceden hesaplandığı bir ortamda vicdanın nasıl sınandığını göstermesi. Ama film bunu yaparken uzay mühendislerinin gerçekten uğraştığı sorulara dayanıyor: Ekibi nasıl soluk alır, ayakta ve sağlıklı tutarız? Mars'a insanlı yolculuk planlanırken bu soruların cevapları, filmdeki kadar dramatik olmasa da hâlâ yazılıyor.