Uzay: İnsanlığın Yeni Laboratuvarı

Astronot olmak çocukluk hayallerimden biri değildi. Lakin Bilkent Üniversitesi’nde Elektrik ve Elektronik Mühendisliği eğitimi aldığım dönemde teknolojiye ve özellikle de Ay keşif misyonlarına ilgi duymaya başladım.

Ay’a giden astronotların orada yaşadıkları psikolojik dönüşüm hakkında detaylı okumalar yaptım. Ve Ay’a gidip, o özel noktadan Dünya’yı izlemeyi hayal ettim.

Bu kişisel merak sonrası uzay sistemleri ve havacılık teknolojileri alanlarına yöneldim. Yüksek lisansımı ABD’de, University of California’da tamamlayarak, fotonik alanındaki teknik bilgi ve deneyimimi daha da derinleştirdim. 2017 yılında ülkeme geri döndükten sonra yaklaşık altı sene boyunca Roketsan’da aviyonik mühendisi olarak çalıştım.

Mayıs 2022’de Türkiye’nin Milli Uzay Programı kapsamında hayata geçirilecek olan Türk Astronot ve Bilim Misyonu projesine astronot adayı olarak başvurdum. 9 ay süren zorlu eleme aşamalarından başarılı bir şekilde geçtikten ve gerekli tüm eğitimleri aldıktan sonra Galactic 07 misyonunda ‘araştırmacı astronot’ olarak yer aldım.

Türkiye’nin ikinci astronotu olarak insan sağlığı, moleküler biyoloji ve astrofizik alanlarında Türkiye’de geliştirilen çeşitli bilimsel deneyleri mikro yer çekimi ortamında gerçekleştirdim.

Görevim boyunca deneylerden insan fizyolojisine, mikro yer çekimi ortamından mühendislik uygulamalarına kadar farklı alanlarda gözlemler yapma şansını elde ettim.

Bu yolculuk sadece bireysel bir deneyim değildi. Aynı zamanda Türkiye’nin uzay alanındaki bilimsel kapasitesini geliştirme yönünde atılmış önemli bir adımdı.

Uzayda çalışmanın dinamiklerini, bu serüvenin hem insani hem de teknik yanlarını, yaptığım bilimsel deneyleri, son yıllarda Uluslararası Uzay İstasyonu’nda gerçekleştirilen ileri seviye bilimsel çalışmaları ve daha fazlasını; başta global çevre ve sağlık sorunları olmak üzere yeryüzündeki insanların hayatlarını daha iyi bir noktaya taşıyacak gelişmeleri WIRED Türkiye için kaleme aldım.

Tarih: 8 Haziran 2024. ABD’nin New Mexico eyaletinde bulunan Spaceport America tesislerinin yaklaşık 3 bin 658 metre uzunluğundaki ana pistinde saat sabah 08.31. Galactic 07 görevinin dört kişilik mürettebattan oluşan ekibinin içinde bulunduğu ‘Unity’ uzay aracı, ‘Eve’ isimli taşıyıcı uçağa kenetli olarak havalanıyor. Yaklaşık bir saat boyunca bize ayrılan hava sahasında daireler çizerek 45 bin feet irtifaya tırmanıyoruz. Uzay aracımızın bir taşıyıcı uçak yardımıyla bu yüksekliğe çıkmasının ana sebebi, atmosferin nispeten daha kalın olan ilk 15 kilometrelik kısmını aşıp roket motorumuzdaki yakıtla daha yüksek irtifaya çıkmak. “Ayrılmaya son dört dakika” uyarısı geldikten sonraki operasyonel adımlar ise çok hızlı gerçekleşiyor. Bir yandan uçuşla ilgili her şeyin nominal ilerleyip ilerlemediğini takip ederken bir yandan da üzerimdeki üç farklı deney donanımının sağlık durumlarını kontrol ediyorum. Ve son 5, 4, 3, 2, 1… Uzay aracımızın taşıyıcı uçaktan ayrılması gerçekleşiyor. Bir saniyelik kısa bir düşüşün ardından hibrit yakıtlı roket motoru ateşleniyor ve tüm gücüyle bizi atmosferin dışına doğru fırlatıyor. Roket motorunun çalıştığı 57 saniyelik süre boyunca 4,8 g yer çekimi ivmesine maruz kalıyoruz. Bu his son derece enteresan; üzerinizde sizden beş kişi daha olup tüm bedeninize baskı yaptığını hayal edin. Roket motoru bitmeden hemen önce ulaştığımız maksimum hız ise 3 Mach, ses hızının üç katı. Roket motorunun aktif olduğu bu itkili (itme kuvvetli) uçuş faslı tam bir adrenalin patlaması, inanılmaz dinamik koşullara sahip muazzam derecede heyecanlı bir periyot. Roket motorunun yanması bittiği andan itibaren kabin içinde mikro yer çekimi koşulları başlıyor. Uçuşun bu bölümü bir önceki fazın tam aksine son derece sessiz ve huzurlu. Fiziksel olarak neredeyse ağırlıksız olduğunuz bu mikro yer çekimi koşulu, beklentilerimin çok ötesinde tarifsiz bir dinginlik hali ihtiva ediyor.

Fotoğraf: Tuva Cihangir Atasever

Ancak bu sakinlik ve dinginlik hali, yalnızca benim fenomenolojik olarak hissettiğim bir olgu değil, mikro yer çekimine taşıdığımız malzemeler de bu dingin ortama maruz kalıyor ve bu durum, Dünya koşullarında yapamadığımız çok özel deneylerin gerçekleştirilmesine olanak sağlıyor.

Dünya yörüngesinde elde ettiğimiz mikro yer çekimi koşullarında, yeryüzünde sürekli olarak maruz kaldığımız 1 g (9,81 m/s2) yer çekimi ivmesinin sebep olduğu bazı fiziksel dinamiklerden arındırılmış bir operasyonel ortam mevcut. Bu fiziksel dinamikler, sedimantasyon ve kaldırma kuvveti kaynaklı konveksiyon. Özellikle kompleks ve çok fazlı birtakım malzemeleri, Dünya yüzeyinde üretirken yer çekimi kaynaklı bu iki fenomen istenmeyen etkilere sebebiyet veriyor ve çok bileşenli malzemelerin içinde çeşitli kusurların oluşmasına yol açıyor. Ancak mikro yer çekimi koşullarında, sedimantasyon ve konveksiyon etkilerin - den arındırılmış o dingin ortamda, malzemeler çok daha kusursuz ve mükemmel bir şekilde üretilebiliyor.

Uzayda malzemeler adeta benzersiz bir huzura eriyor, tıpkı benim de mikro yer çekiminde geçirdiğim o üç dakikada eriştiğim gibi. Türkiye olarak ilk insanlı uzay görevimizi Ocak 2024’te Uluslararası Uzay İstasyonu (UUİ) olarak isimlendirilen uzay platformunun içinde gerçekleştirdik. UUİ, Dünya’nın yüzeyinden yaklaşık 410 kilometre yukarıda, saatte 27 bin km’lik muazzam bir hızla hareket eden, bir futbol sahasından daha büyük olan ve belki de insanlığın bugüne kadar inşa ettiği en kompleks mühendislik yapısı. Bu istasyon, esasında bir deney laboratuvarı. Her bir modülünün içinde bulunan çeşitli bilimsel deney ekipmanları sayesinde fizik, kimya, malzeme bilimi, moleküler biyoloji gibi alanlarda mikro yer çekimi araştırmaları gerçekleştirebildiğimiz, uzay koşullarının insan bedeni üzerindeki etkilerini inceleyebildiğimiz muazzam bir mühendislik harikası.

Son yıllarda Uluslararası Uzay İstasyonu’nda gerçekleştirilen ‘ZBLAN’ fiber optik kablo üretim çalışmaları, mikro yer çekimi koşullarında kompleks ve çok fazlı ileri malzeme üretiminde verilebilecek en güzel örneklerden. Zirkonyum, baryum, lanthanum, alüminyum ve sodyum elementlerinden oluşan ve ağır metal florür camları (Heavy Metal Fluoride Glass - HMFG) sınıfına giren ZBLAN’ın yeryüzündeki katılaşma süreçleri esnasında, yer çekimi kaynaklı sedimantasyon ve konveksiyon etkileri sebebiyle yapı içinde mikro kristal oluşumu ve faz ayrımı gibi sorunlarla karşılaşılıyor. Bu da düşük verimli sinyal iletim ortamları elde edilmesine sebebiyet veriyor. Silika tabanlı fiber optik kablolara göre 10 ile 100 kata kadar daha yüksek bant genişliğine sahip ZBLAN, mikro yer çekimi koşullarında üretildiğindeyse yeryüzünde karşılaşılan bu fiziksel kusurlardan arındırılıyor. Böylece çok daha kusursuz fiberler elde etmek mümkün oluyor.

Mikro yer çekimi koşullarında üretilen çeşitli kristaller ise yeryüzündeki muadillerine göre daha büyük, yapısal olarak daha iyi ve düzenli olarak elde edilebiliyor. Bu da Dünya koşullarında üretirken problem yaşadığımız hem organik hem de inorganik kristallerin uzay ortamında daha etkin bir şekilde üretilerek ilgili uygulama alanlarında verimin artırılmasını sağlıyor.

Sedimantasyon ve kaldırma kuvveti kaynaklı konveksiyonun bozucu etkilerinden kurtulmak, pek çok yenilikçi malzemenin üretilmesinin önünü açabilir. Bunlar, içinde 4-5 farklı metalik element barındıran birtakım süper alaşımlar, egzotik içerikli lens ve fiberoptik kablolar, kompleks polimerler, üstün özelliklere sahip yarı iletkenler, kusursuz optik kristaller ve kuantum noktaları olabilir. Küresel ısınmaya sebebiyet veren havadaki karbonu yakalayacak veya fabrikalardan yayılan zararlı gazları elimine edecek yüksek yüzey alanına sahip kompleks filtre malzemelerini yine mikro yer çekimi koşullarında sentezlememiz mümkün olabilir. İnorganik malzemelere ek olarak bazı organik ürünler de mikro yer çekimi koşullarında daha verimli bir şekilde üretilebilir. Örneğin ilaç geliştirme süreçlerinde kullanılan protein kristalleri, yer çekiminin bozucu etkilerinin minimize edildiği bu ortamda büyütülerek daha etkin ilaçlar elde edilebilir. Çeşitli kök hücre tipleri, sedimantasyondan arındırılmış koşullarda daha kolay bir şekilde büyütülebilir. Belki de en yüksek etkiye sahip olacak uygulamalardan biri, 3 boyutlu biyo-yazıcılar kullanarak üretilecek insan doku ve organları. Halihazırda Dünya yüzeyinde kullanmakta olduğumuz 3 boyutlu biyo-yazıcılar vasıtasıyla bastığımız dokulara şekil vermek için yüzeyde yer alması gereken iskelet yapılarına ihtiyaç duymadan, çok daha kompleks ve büyük doku yapılarını mikro yer çekimi koşullarında üretmemiz mümkün olabilir.

Şunu hayal edin; bundan belki 20-25 yıl sonra, karaciğer yetmezliği olan bir hastadan aldığımız deri örneğini Dünya yörüngesinde bulunan ticari bir uzay istasyonuna göndereceğiz. Mikro yer çekimi koşullarında bu deri hücresinden, yeryüzündekine göre çok daha fazla sayıda ve belki daha yüksek kalitede kök hücre elde edeceğiz. Daha sonra bu kök hücreleri ayrıştırarak edineceğimiz karaciğer hücrelerini yine uzayda üreteceğimiz bir ‘bioink’ içerisine yerleştirip 3 boyutlu yazıcımızı kullanarak nakil için uygun bir karaciğer dokusu basacağız ve transplantasyon için yeryüzüne göndereceğiz.

Her ne kadar kulağa bilimkurgu gibi gelse de bu uygulamanın öncül adımlarını ihtiva eden deneyler günümüzde UUİ’de gerçekleştiriliyor. Bu gibi uygulamalar bir yandan insanlık için çok önemli sorunların çözümüne katkı sağlayacak bir yandan da yüksek miktarda katma değer yaratacak. Uzayda ileri üretim faaliyetleri sonucunda oluşacak katma değere somut bir örnek olarak bir ilaç firmasının ‘pembrolizumab etken maddeli’ ilacına yönelik UUİ’de yürütülen kristalizasyon deneyleri verilebilir. Bu ilacın protein kristalleri, mikro yer çekimi koşullarında daha homojen bir şekilde büyütüldükten sonra yapılan analizler sonucunda ilacın moleküler yapısı daha iyi anlaşılmış oldu ve yeryüzündeki hastaya uygulama ve birtakım lojistik süreçleri iyileştirildi.

Fotoğraf: NASA

Mikro yer çekimi koşullarında elde edilen kristallerin incelenmesi sonucunda elde edilen bulgular sayesinde, ilacın IV yerine deri altı enjeksiyon yöntemiyle çok daha hızlı ve konforlu bir şekilde uygulanabilen versiyonu geliştirildi ve geçen aylarda FDA onayını aldı. Bu ilacın 2022’deki market büyüklüğü 20 milyar dolar oldu. Bu finansal büyüklüğü oluşturan yalnızca tek bir firma, tek bir ilaç. Daha etkin ve lojistik olarak daha elverişli ilaçlar geliştirilmesine imkan sağlayan mikro yer çekimi ortamında yapacağımız protein kristalizasyonu deneyleriyle biz de Türkiye’de özgün ilaçların gelişmesinin önünü açabilir veya klinik araştırma aşamasında maliyetlerin azaltılmasına yol açacak bulguların elde edilmesini sağlayarak yerli ilaç sektörümüzün rekabet gücünü artırabiliriz. Mikro yer çekimi koşullarında gerçekleştirilen bilimsel araştırmalar, yalnızca insanlığın uzay keşif çalışmalarına katkı sunmakla kalmıyor; Dünya’da çözmek zorunda olduğumuz iklim değişikliği, çevre kirliliği ve sağlık gibi pek çok global soruna da potansiyel çözümler sağlıyor. Hem Türkiye hem de insanlık olarak uzay çalışmalarını, yalnızca uzaya yönelik teknolojiler geliştirmek için değil aynı zamanda yeryüzündeki insanların hayatlarını daha iyi bir noktaya taşımamıza katkı sağlayacak yeni nesil ürünler ve teknolojiler elde etmek için gerçekleştiriyoruz. Türkiye olarak insanlı uzay bilim misyonları alanında 2024 yılı içinde attığımız ‘ilk adım’ görevlerinin üzerine koyarak çok daha iddialı bilimsel araştırmalar gerçekleştirmek ve insanlığın bu sonsuz uzay macerasına önemli katkılar sağlamak için çalışmaya devam edeceğiz.