Uzay tabanlı güneş enerji sistemleri
Space based solar power systems
Yazar: ERCAN YILDIZ
Danışman: PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
Hava Harp Okulu Komutanlığı / Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü / Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences

Özet:
Dünya'daki nüfus artışı ve küresel ekonomik büyümeden dolayı artan enerji ihtiyacını karşılamak, sera gazları etkisinden dolayı küresel ısınma ve iklim değişikliği konusunda artan endişeler, fosil enerji kaynaklarının yakın zamanda tükenebileceği öngörüsü; yeni, yenilenebilir enerji kaynak ve sistemlerine olan ihtiyacı doğurmaktadır. Mevcut yenilenebilir enerji kaynaklarının, gelecekte Dünya'nın ihtiyaç duyacağı giderek artan enerji gereksinimini karşılayamayacakları değerlendirilmektedir.
Dünya'nın gelecekteki enerji ihtiyacını karşılamak için, uzayda mevsimsel ve gece-gündüz döngüsünden etkilenmeyen, güneşin sınırsız enerjisini kullanarak, neredeyse sürekli olarak, elektrik enerjisi üreten ve bu enerjiyi mikrodalga veya lazer kullanarak yeryüzüne ileten bir yenilenebilir enerji sistemi olarak; uzay tabanlı güneş enerji sistemleri, diğer enerji sistemlerine göre kullandığı kaynak, enerji üretim miktarı ve çevresel etkileri açısından daha uygun olduğu değerlendirilmektedir.
Ulaştırma Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı tarafından 5-7 Eylül 2013 tarihinde İstanbul Kongre Merkezinde, Türkiye'nin sosyo-ekonomik verilerine uygun olarak 2035 vizyonunun belirlenmesine yönelik 11'inci Ulaştırma Denizcilik ve Haberleşme Şurası birçok yerli ve yabancı uzman ve akademisyenin katılımı ile gerçekleştirilmiştir. 11'inci Ulaştırma Denizcilik ve Haberleşme Şurasının çalışma gruplarında yapılan değerlendirme sonucunda; Prof. Dr. Alim Rüstem ASLAN tarafından, uzaydan güneş enerjisi elde edilmesi ile ilgili yapılan vizyon çalışması, Türkiye'nin 2035 yılı Havacılık ve Uzay teknolojisi vizyon ve hedefi olarak;  "2035 yılı Havacılık ve Uzay Teknolojileri'nde vizyon ve hedeflerimiz; 2035 yılına kadar, uzaya,  güneş enerjisinden elektrik enerjisi üreten güneş panelleri yerleştirip, buradan üretilecek elektrik enerjisini radyo frekans dalgaları ile ülkemiz dahil dünyanın herhangi bir yerine ulaştırılmasıdır." belirlenmiştir.
Tezin ilk bölümünde; tarihsel veriler ve bilimsel çalışmalar değerlendirilerek, Dünya'nın gelecekteki nüfüs artışı ve ekonomik büyümesi için gerekli olan enerji ihtiyacı, fosil yakıt kullanımından dolayı atmosferdeki karbondioksit gazı birikimi, küresel riskleri ve fosil yakıt kaynaklarının üretimi ile ilgili geçmiş veriler ve geleceğe yönelik öngörüler değerlendirilmiştir.
İkinci bölümde; 1968 yılında Dr. Peter Glaser tarafından ortaya konan, ilk uzay güneş enerjisi tasarımından bu güne kadar, uzaydan güneş enerjisi elde etme hedefine ulaşmak için birçok devlet kurumları, ticari firmalar ve üniversiteler tarafından yapılan çalışmalar ve teknoloji projeleri incelenmiştir. Ayrıca uzay tabanlı güneş enerji sistemleri ile ilgili geliştirilen "1979 NASA/DOE Referans" kavramsal tasarımından başlayarak, uzay tabanlı güneş enerji sistemleri için geliştirilen teknolojik açıdan dönüm noktası olarak kabul edilen; farklı yörüngelerde, farklı teknolojiler kullanan ve farklı konfigürasyonlardaki uzay enerji sistemlerinin kavramsal tasarımları ayrıntılı bir biçimde incelenmiştir.

Tezin üçüncü bölümünde; uzay tabanlı güneş enerji sistemlerinin uzayda kurulumunu gerçekleştirip, yeryüzündeki diğer  enerji kaynakları ile ekonomik olarak rekabet edebilmesi için; yeryüzünden yörüngeye ulaşım, enerji üretimi ve kablosuz enerji iletimi gibi geliştirilmesi gereken teknolojilerin mevcut durumu ve gelecekte uygulanabilecek geliştirme çalışmaları ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Bu incelemeler sonucunda; ticari olarak kullanılacak bir uzay tabanlı güneş enerji sistemi için yakın ve uzun dönem için kullanılabilecek en uygun, yeryüzünden yörüngeye ulaşım, enerji üretimi ve kablosuz enerji iletim sistemleri için en uygun teknoloji ve sistemleri tespit edilmiştir.
Dördüncü bölümde; uzay tabanlı güneş enerji sistemleri ile ilgili uluslararası platformda ele alınması gereken genel politikalar, genel hususlar ve Birleşmiş Milletler Dış Uzayın Barışçıl Amaçlarla Kullanımı Komisyonu tarafından gerçekleştirilen, uzayın kullanımı ile ilgili antlaşmalar ve diğer yasal düzenlemeler incelenmiştir. Bu anlaşma ve yasal düzenlemelerin uzay tabanlı güneş enerji sistemleri ile ilgili maddeleri ile uzay enerji sistemlerine olan etkileri ve ticari olarak kullanılacak uzay tabanlı güneş enerji sistemleri için gerekli yasal düzenlemeler ve hususlar değerlendirilmiştir.
Tezin beşinci bölümde; tezin bütününde incelenen tüm uzay tabanlı güneş enerji sistemleri kavramsal tasarımlar ve uzay güneş enerji sistemleri ile ilgili sistem düzeyindeki teknolojiler ve destekleyici alt yapı sistemleri değerlendirilerek; GEO'da, ticari olarak kullanılmak üzere kurulacak, yeryüzünde 500 MW'lık elektrik sağlayacak bir uzay tabanlı güneş enerji sistemi tasarımı gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. "Günebakan" olarak adlandırılan bu kavramsal tasarımda, Türkiye'nin 2035 vizyon hedefi göz önüne alınarak, 2035 yılı öncesi kurulumu gerçekleştirecek şekilde mevcut ve gelecekteki teknolojiler değerlendirilerek sistem bileşenleri seçilmiştir.
Tezin sonuç ve değerlendirme bölümünde; uzay tabanlı güneş enerji sistemleri ile ilgili incelenen tüm konular; araştırma ve verilerden elde edilen sonuçlar göz önünde bulundurularak özetlenmiştir. Ayrıca uzay tabanlı güneş enerji sistemlerinin ticari olarak gerçekleştirilmesi için yapılması gerekenler ve çözüm önerileri değerlendirilmiştir.

Abstract:
There are some factors, such as increase of need for energy resulted from increasing world population and developing global economy, growing concerns about global warming and seasonal change due to greenhouse gases, the anticipation of diminishing fossil energy sources, showing how important to identify new and renewable energy sources and systems. Current renewable energy sources are evaluated as that they will not meet the big energy demand during the future decades.
To meet the energy demand for the future, space based solar power systems are more prosperous than any other energy systems,  which is not affected from the seasonal and day-night cycle and generating electricity via limitless and almost continuous light from the sun and transferring this power to the Earth by using microwave or laser. 
Determining 2035 vision in conformity with the Turkey's socio-economic data, 11th Transportation Maritime Affairs and Communication Forum, held by the Ministry of Transport Maritime Affairs and Communications during September 5th-7th, 2013 in Istanbul Congress Centre, was attended by many local and foreign specialists and academic people. Depending on the evaluations during the workshops of 11th Transportation Maritime Affairs and Communication Forum; the study on generating solar power via space conducted by Prof. Dr. Alim Rüstem ASLAN was adopted as a resolution for 2035 year Aviation and Space Technology Vision and Mission. The reasearch concludes that "Our Vision and Mission in 2035 year Aviation and Space Technology is to place solar panels to the Earth orbit which generates power via sun and transmit this power to all over the world including our country via radio frequency."
In the first chapter of this study, the need for energy depending on the increasing world population and economic growth, accumulation of carbon dioxide  due to fossil fuel-derived greenhouse gases, the global challenges, history of fossil fuel resources and the prospect of future are evaluated depending on historical data and scientific studies.
In the second chapter, some studies and technology projects conducted by many public institutions, trading firms and universities in order to reach the mission of generating solar power via space are examined since the first space solar energy idea that was brought up by Dr. Peter Glaser in 1968. Also, starting with the "1979 NASA/DOE Reference Concept", space energy system idea developed regarding space based solar and some other space energy system ideas that are accepted as a turn point in technology, in different orbits, using different technologies and configurations are examined in detail.
In the third chapter, in order to establish space based solar energy systems in space and enable it to compete with other energy resources in terms of economy, technologies such as transportation from the Earth to orbit , power generation and wireless power transmission are analysed specifically in terms of their current aspect and future possible developmental studies. Depending on these analyses, the most suitable technologies and systems are defined for transportation from the Earth to orbit, power generation and wireless power transmission that can be adopted as a commercial space based solar system in short and long terms.
In the fourth chapter, general policies and subjects considerations that should be issued in international platforms regarding space based solar energy systems, agreements and other legal arrangements regarding the usage of space that are held by United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (COPUOS) are examined. The space based solar system related clauses of these legal arrangements and subjects are evaluated in terms of the effects on space energy systems and commercial aspects.
In the fifth chapter, it is aimed to develop a 500MW solar based energy system design by considering space based solar power system concepts, which have been analysed within this study, technologies related with solar energy systems and supportive systems. In the design called "Günebakan" -which is parallel to Turkey's 2035 vision-all equipments have been defined by examining recent and future technologies. It is also being aimed to make set up by 2035. 
In the conclusion and evaluation part of this study, all subjects and data derived from the studies related with space based solar systems are summarized. Also, in order to enable space based solar systems as a commercial value, actions to be taken and solution proposals are discussed.