Ay yüzeyinde kurulacak uzun süreli yaşam ve araştırma altyapılarının en büyük gereksinimlerinden biri kesintisiz elektrik olacak. NASA ile Teledyne Energy Systems bu alanda hidrojen ve oksijen kullanarak elektrik üreten HEPS adlı yakıt hücresi üzerinde birlikte çalışmaya başladı. Atmosferden oksijen almadan çalışabilen sistem, Ay yüzeyi ve derin uzay gibi havasız ortamlarda kullanılabilecek şekilde geliştiriliyor.
HEPS, Ay ve derin uzay görevleri için daha ileri seviyeye taşınıyor
Hydrogen Electrical Power System adı verilen HEPS, NASA’nın Announcement of Collaboration Opportunity programı kapsamında yürütülecek yeni çalışmaya dahil edildi. Teledyne Energy Systems ile NASA arasında imzalanan Space Act Agreement doğrultusunda sistemin geliştirme ve doğrulama çalışmalarına NASA Glenn Research Center ile Johnson Space Center ekipleri katılacak.
Programın en önemli aşamalarından biri HEPS’in teknoloji hazırlık seviyesinin yükseltilmesi olacak. Sistem şu anda TRL 5 seviyesinde bulunuyor ve çalışmalar tamamlandığında TRL 7 seviyesine ulaşması planlanıyor.
NASA’nın kullandığı Technology Readiness Level ölçeğinde TRL 5, teknolojinin ilgili çevre koşullarında doğrulanmış bileşen veya prototip seviyesinde bulunduğunu ifade ediyor. TRL 7 ise sistem prototipinin gerçek göreve yakın operasyonel koşullarda çalıştırılmasını gerektiriyor.
Bu geçiş sırasında yalnızca yakıt hücresinin elektrik üretip üretmediğine bakılmayacak. Sistem mimarisi, termal kontrolü, hidrojen ve oksijen yönetimi, uzun süreli çalışma kabiliyeti ve uzay şartlarına dayanıklılığı da kapsamlı testlerden geçirilecek. NASA’nın iki araştırma merkezindeki altyapı, HEPS’in görev ortamına daha yakın koşullarda doğrulanması için kullanılacak.
HEPS’in uzay uygulamaları açısından en dikkat çekici noktalarından biri dışarıdaki havaya bağımlı olmaması. Dünya üzerinde kullanılan birçok yakıt hücresi ihtiyaç duyduğu oksijeni atmosferden sağlayabiliyor. Ay’da ise kullanılabilecek bir atmosfer bulunmadığı için enerji sisteminin reaksiyonda kullanılacak oksijeni kendi bünyesinde taşıması gerekiyor.
Yakıt hücresinde hidrojen ile oksijen elektrokimyasal olarak bir araya getiriliyor ve bu işlem sırasında elektrik enerjisi üretiliyor. Reaksiyonun diğer ürünleri ise su ve ısı oluyor. Uzay görevlerinde bu sürecin kontrollü biçimde yürütülmesi gerekiyor, ortaya çıkan suyun yönetimi, sıcaklığın kontrol altında tutulması ve reaksiyonda kullanılan maddelerin güvenli biçimde depolanması sistem tasarımının temel parçaları arasında bulunuyor.
Teledyne’ın HEPS üzerindeki çalışmaları NASA ile yapılan son anlaşmadan daha eskiye dayanıyor. Sistem, 18 Eylül 2025 tarihinde NASA’nın Tipping Point programı kapsamında Blue Origin’in New Shepard aracıyla uzaya gönderildi. Uçuş sırasında yakıt hücresinin elektrik üretimi, termal yönetimi ve uzay ortamındaki çalışma davranışı test edildi.
Teledyne daha önce mikro yer çekiminde su yönetimi konusunda da deneyler gerçekleştirdi. 2022 yılında yapılan parabolik uçuşlarda Ejector Driven Reactant teknolojisini kullanan hidrojen yakıt hücresinin su ayırma sistemi için üç farklı tasarım denendi.
Denemelerin ardından seçilen çözüm, şirketin uzay görevleri için geliştirdiği yakıt hücresi sistemine dahil edildi. Su yönetimi, özellikle mikro yer çekiminde çalışan yakıt hücrelerinde kritik konular arasında bulunuyor.
Dünya’daki yer çekimi sıvıların sistem içinde öngörülebilir biçimde hareket etmesini sağlarken uzayda aynı koşullar bulunmuyor. Yakıt hücresinin oluşturduğu suyun reaksiyon alanından güvenilir biçimde uzaklaştırılması, sistemin uzun süre boyunca kararlı çalışabilmesi için gerekli.
HEPS’in kullanılabileceği alanlar arasında Ay yüzeyindeki yaşam alanları, bilimsel araştırma cihazları ve sürekli elektriğe ihtiyaç duyan yüzey altyapıları bulunuyor. Ay görevlerinde enerji üretimini zorlaştıran unsurlardan biri de gece süresi. Ay’ın belirli bölgelerinde Güneş ışığının uzun süre alınamaması, yalnızca güneş panellerine dayanan enerji sistemlerinde yüksek kapasiteli depolama çözümlerini gerekli hale getiriyor.
Bir Ay gecesi yaklaşık iki Dünya haftası sürebiliyor. Güneş enerjisinin uzun süre kullanılamadığı böyle bir dönemde yaşam destek sistemlerinden bilimsel cihazlara kadar çok sayıda ekipmanın elektrik almaya devam etmesi gerekiyor. Hidrojen yakıt hücreleri, gerekli yakıt ve oksitleyici depolandığı sürece güneş ışığından bağımsız olarak elektrik üretebiliyor.
NASA bunun yanında rejeneratif yakıt hücresi teknolojilerini de araştırıyor. Bu sistemlerde hidrojen ile oksijen kullanılarak elektrik üretilirken ortaya çıkan su daha sonra harici bir enerji kaynağı kullanılarak yeniden hidrojen ve oksijene ayrılabiliyor. Güneş ışığının bulunduğu dönemde depolanan enerji, karanlık dönemde tekrar elektrik üretiminde kullanılabiliyor.
Rejeneratif sistemler klasik bataryalardan farklı bir enerji depolama yöntemi sunuyor. Uzun süre enerji sağlanması gereken görevlerde depolanacak enerji miktarı arttıkça batarya kütlesi de büyüyor. Yakıt hücrelerinde ise enerji kapasitesinin önemli bölümü depolanan hidrojen ve oksijen miktarı üzerinden belirleniyor.
HEPS için henüz belirlenmiş bir Ay görevi veya fırlatma tarihi açıklanmadı. NASA ile Teledyne arasındaki mevcut çalışma öncelikle sistemi TRL 7 seviyesine çıkarmaya ve gerçek görev koşullarına yakın ortamlarda çalışan bir prototipi doğrulamaya odaklanıyor.
Bu aşamanın tamamlanmasının ardından teknolojinin gelecekteki Ay yüzeyi ve derin uzay güç sistemlerinde kullanılabilmesi için gerekli teknik olgunluk seviyesi daha ileri noktaya taşınmış olacak.
Teledyne Energy Systems uzun süredir yakıt hücreleri, hidrojen üretim sistemleri, enerji depolama teknolojileri ve uzay araçlarına yönelik güç çözümleri üzerinde çalışıyor. NASA ile yürütülecek yeni test programı da HEPS’in daha önce gerçekleştirilen mikro yer çekimi ve uzay uçuşu deneylerinden sonra karşılaşacağı bir sonraki büyük doğrulama aşamasını oluşturuyor.
