Uzaya 1 kilogram yük göndermenin maliyeti, fırlatma aracına bağlı olarak hala binlerce dolar seviyesindedir. Bu nedenle mühendisler için hafifletme (lightweighting), bir tercih değil zorunluluktur. Ancak uzay ortamı; vakum, aşırı sıcaklık farkları (-250°C ile +150°C arası) ve kozmik radyasyon gibi acımasız koşullar sunar. Malzemeyi hafifletirken dayanıklılıktan ödün veremezsiniz.
İşte bu noktada Nano Malzemeler, moleküler düzeyde tasarlanabilen özellikleriyle uzay araçlarının gövdesinden motoruna, güneş panellerinden yaşam destek ünitelerine kadar her parçayı yeniden tanımlamaktadır.
Geleneksel karbon fiber kompozitler harikadır, ancak Karbon Nanotüpler (CNT) bambaşka bir ligdedir.
Teknik Üstünlük: Çelikten 100 kat daha güçlü ancak 6 kat daha hafif olan CNT'ler, polimer matrisler (örneğin epoksi) içine karıştırıldığında malzemenin çekme mukavemetini ve sertliğini (stiffness) dramatik şekilde artırır.
Uygulama: Roket yakıt tankları, uydu gövdeleri ve güneş paneli iskeletleri. CNT takviyeli kompozitler, fırlatma sırasındaki yüksek G kuvvetlerine ve titreşimlere (akustik yükler) karşı üstün direnç gösterir.
Sonuç: %30'a varan ağırlık tasarrufu. Bu tasarruf, daha fazla bilimsel ekipman veya daha fazla yakıt taşınması demektir.
Derin uzaydaki en büyük tehdit, Güneş Parçacık Olayları (SPE) ve Galaktik Kozmik Işınlardır (GCR). Geleneksel kurşun kalkanlar çok ağırdır ve yüksek enerjili parçacıklar çarptığında ikincil radyasyon (Bremsstrahlung) yayarak daha fazla zarar verebilir.
Nano Çözüm: Bor Nitrür Nanotüpler (BNNT).
Çalışma Prensibi: Radyasyonu en iyi durduran element hidrojendir. BNNT'ler, hidrojen atomlarını kendi yapılarına hapsetme konusunda mükemmeldir. Ayrıca Bor atomu, nötron radyasyonunu soğurma (neutron capture) yeteneğine sahiptir.
Avantaj: BNNT ile güçlendirilmiş giysiler veya duvar panelleri, astronotları ve elektronikleri korurken, alüminyum kalkanlardan çok daha hafiftir.
Uzay aracı güneşe bakan yüzünde yanarken, gölgede kalan yüzünde donabilir. Isının yönetilmesi hayati önem taşır.
Aerogeller: "%99'u hava" olan bu nano-gözenekli silika malzemeler, bilinen en iyi katı yalıtkanlardır. Mars araçlarında (rover) hassas elektronikleri dondurucu soğuktan korumak için kullanılırlar.
Grafen Isı Yayıcılar: Elektronik devrelerin (CPU, güç üniteleri) aşırı ısınmasını önlemek için, ısının tek bir noktada birikmesi yerine yüzeye yayılması gerekir. Grafen tabanlı termal arayüz malzemeleri (TIM), bakırdan 5 kat daha iyi ısı iletkenliği ile soğutma sağlar.
Sadece yapısal değil, itki sistemleri de nano devrimden nasibini alıyor.
Güneş Yelkenleri (Solar Sails): Fotonların basıncıyla hareket eden devasa yelkenler, ultra-hafif ve dayanıklı olmalıdır. Grafen veya karbon nanotüp ağları, sadece birkaç atom kalınlığında ancak kilometrelerce genişlikte yelkenlerin üretilmesini mümkün kılar.
İyon Motorları: Elektrikli itki sistemlerinde kullanılan ızgaralar ve nozullar, sürekli iyon bombardımanı altındadır. Nano-kristal yapılı seramikler, erozyona karşı direnç göstererek motor ömrünü uzatır.
Mikro-meteoroidler, uzay araçları için sürekli bir tehdittir. Küçük bir delik, basınç kaybına yol açabilir.
Teknoloji: Uzay aracı gövdesine (sandviç paneller arasına) yerleştirilen nano-kapsüller.
Mekanizma: Bir mikro-meteoroid gövdeyi deldiğinde, kapsüller patlar ve içindeki reçinemsi sıvı çatlağa dolar. Uzay boşluğundaki UV ışığı veya soğuk ile temas ettiğinde bu sıvı anında sertleşerek deliği tıkar ve hava sızıntısını durdurur.
Uzay araçlarında nano malzeme kullanımı, bir lüks değil, Mars'a insan gönderme hedefinin bir ön koşuludur. "Daha hafif, daha güçlü, daha akıllı" prensibiyle üretilen bu malzemeler, insanoğlunu Dünya'nın koruyucu atmosferinin ötesine taşıyan gemilerin temel yapıtaşıdır. Nanoteknoloji laboratuvarları, aslında geleceğin tersaneleridir.
