1. Kimyasal İtki Sistemleri
​

• Soğuk Gaz İtki Sistemleri: Basınçlı gaz kullanarak itki üretir. Basit ve güvenilirdir, ancak düşük özgül itkiye (ISP)         sahiptir.​

• Monopropellant (Tek Bileşenli) İtki: Katalizör yardımıyla kimyasal tepkimeye girerek itki üretir.​​

• Bipropellant (Çift Bileşenli) İtki: Yakıt ve oksitleyici karışımıyla yanma gerçekleştirir, yüksek itki sağlar.​

​
2. Elektrikli İtki Sistemleri
​

• Hall Etkili İtki Motorları: Plazma akımını manyetik alanla hızlandırarak yüksek ISP sağlar.​​

• İyon Motorları: Elektron bombardımanı ile iyonları hızlandırarak çok yüksek ISP elde eder.​​

• Pulsed Plasma Thrusters (PPT - Darbeli Plazma İtki): Katı yakıtı elektrikle buharlaştırarak kısa süreli plazma jetleri üretir.​

• Elektrospreyleme (Electrospray) İtki: İyonize sıvı damlacıkları kullanarak düşük güç tüketimiyle itki üretir.​​

• Manyetoplazmadinamik (MPD) İtki Motoru: Yüksek akımla plazmayı hızlandırarak güçlü itki sağlar, ancak büyük güç gereksinimi vardır.​

​
3. Nükleer ve Alternatif İtki Sistemleri
​

• Nükleer Termal İtki: Nükleer reaksiyonla ısıtılan gazın genleşmesiyle itki sağlar. (Mini uydular için uygun değil.)​

• Nükleer Füzyon İtkisi: Füzyon enerjisi, plazmayı hızlandırarak itki yaratabilir. Bu noktada dört temel yöntem öne çıkar:​​​​

  • Manyetik Sınırlamalı Füzyon İtkisi (MCF): Yüksek sıcaklıktaki plazmanın, Lorentz kuvveti prensibiyle güçlü manyetik alan konfigürasyonları (Tokamak veya Field-Reversed Configuration gibi) içerisinde hapsedilmesi ilkesine dayanır. Bu sistemler, plazma yoğunluğunu ve sıcaklığını nükleer füzyonun sürekliliği için gerekli olan Lawson kriterlerine uygun seviyede tutarak kararlı bir itki vektörü oluşturur. Temel teknik zorluğu, süperiletken mıknatıs sistemlerinin neden olduğu yüksek kütle/itki oranıdır. 

  • Atalet Sınırlamalı Füzyon İtkisi (ICF): Milimetre ölçeğindeki yakıt pelletlerinin, yüksek enerjili lazer veya ağır iyon demetleri ile adyabatik olarak sıkıştırılması sonucu oluşan mikroskobik termonükleer patlamalardan faydalanır. Şok dalgaları aracılığıyla yakıtın merkezinde oluşan aşırı basınç ve sıcaklık, "ateşleme" (ignition) evresini tetikler. Çok yüksek özgül itki (Isp) değerlerine imkan tanısa da, sürücü (driver) sistemlerin enerji verimliliği ve termal yönetim gereksinimleri kritik bariyerler oluşturur.

  •  Manyeto-Atalet Füzyon İtkisi (MIF): Manyetik sınırlamanın termal yalıtım avantajlarını, atalet sınırlamanın yüksek yoğunluklu sıkıştırma dinamikleriyle birleştiren bir hibrit yaklaşımdır. Düşük yoğunluklu bir plazma hedefi, manyetik alanlarca stabilize edilirken metalik bir kılıf (liner) veya plazma jetleri tarafından mekanik olarak çökertilir. Bu yöntem, MCF’ye göre daha kompakt bir fiziksel hacimde, ICF’ye göre ise daha düşük enerji girdisiyle füzyon koşullarına ulaşmayı hedefleyen yüksek verimli bir mühendislik çözümüdür.

  • Doğrudan Füzyon Sürücüsü (Direct Fusion Drive - DFD): Füzyon reaksiyonu sonucunda açığa çıkan enerjiyi, ısıtılmış bir yardımcı akışkan vasıtasıyla doğrudan egzoz plazmasına dönüştüren bir itki ve güç çevrim mimarisidir. Genellikle D-3He (Döteryum-Helyum-3) gibi nötronsuz (aneutronic) yakıt döngülerini kullanarak radyasyon kalkanı ihtiyacını minimize eder. Bu sistemin ayırt edici özelliği, nükleer enerjiyi ara bir elektrik çevrimine ihtiyaç duymadan doğrudan kinetik enerjiye ve eş zamanlı olarak alt sistemler için elektrik gücüne dönüştürebilmesidir.

​
4. Füzyon Enerjisinin Elektrikli İtkilere Adaptasyonu 

​​

• Geleneksel füzyon reaktörleri, devasa hacimleri ve megawatt mertebesindeki güç gereksinimleri nedeniyle uzay tahrik sistemleri için bugüne kadar çoğunlukla teorik bir seçenek olarak kalmıştır. Ancak Direct Fusion Drive (DFD) konsepti ve elektron perdeleme temelli yenilikçi yaklaşımlar, füzyon enerjisinin kaderini değiştirmeye adaydır. Bu yeni nesil teknolojiler, füzyonu ilk kez kompakt, verimli ve uzay araçlarına entegre edilebilir bir ölçekte gerçekçi hale getirmektedir. Metalik ortamlarda ortaya çıkan elektron perdeleme etkisi, düşük enerjili D+D ve D+T füzyon reaksiyonlarında Coulomb bariyerini etkin biçimde zayıflatarak reaksiyon olasılığını dramatik biçimde artırmaktadır. Döteryumla (Deuteriumla) yüklenmiş paladyum ve titanyum gibi yüksek elektron yoğunluklu metallerde gerçekleştirilen deneyler, özellikle yüksek Q-değerine sahip D+T füzyonunun, D+D reaksiyonuna kıyasla bir ila iki mertebe daha yüksek itki üretme potansiyeline sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Bu etki, nano-örgü yapılar ve plazmonik olarak güçlendirilmiş metalik yüzeyler ile daha da ileri taşınabilir. Böylece, geleneksel füzyon reaktörlerinin karmaşık manyetik kapanları ve dev sistemleri olmadan, füzyon tepkimesi sonucu oluşan yüksek enerjili yüklü parçacıkların kinetik enerjisi doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Elde edilen bu elektrik gücü, yalnızca uzay aracının aviyonik ve faydalı yüklerini beslemekle kalmaz; aynı zamanda iyon etkili ve Hall etkili elektrikli itki sistemlerine güç sağlayarak, yüksek özgül itki değerlerine sahip hibrit bir tahrik mimarisinin önünü açar. Sonuç olarak daha az kütle, daha az karmaşıklık ve çok daha yüksek sistem verimliliği. Ortaya çıkan tablo son derece çarpıcıdır. Elektron perdeleme destekli D+D/D+T füzyon sistemleri ve DFD mimarileri, CubeSat ve mini uydu sınıfı platformlar için düşük güç tüketimli, uzun ömürlü ve ölçeklenebilir nükleer mikro-itki çözümleri sunmaktadır. Aynı zamanda füzyondan üretilen elektrik enerjisinin elektrikli itki sistemlerinde kullanılması sayesinde, bu teknoloji yüksek verimli iyon itki sistemleri ile entegre çalışarak gezegenler arası uzay araçları için gerekli sürekli itkiyi sağlayabilecek seviyeye ulaşmaktadır. Kısacası, bu yaklaşım yalnızca yeni bir tahrik sistemi değil; hem itki hem de elektrik üretimini tek bir kompakt platformda birleştiren, uzayda hareket etme biçimimizi kökten değiştirebilecek bir paradigma dönüşümüdür. Füzyonun gücü, artık dev reaktörlere hapsolmak zorunda değildir  geleceğin uzay araçları için daha küçük, daha akıllı ve çok daha cesur çözümler mümkündür.

​

  5. Elektron Perdeleme Etkisi

​

​​

• Nükleer füzyon reaksiyonlarında pozitif yüklü çekirdekler arasındaki Coulomb bariyeri, özellikle düşük enerjilerde reaksiyon olasılığını sınırlayan temel etkendir. Ancak çekirdeklerin çevresinde bulunan elektronlar bu elektrostatik itimi kısmen zayıflatarak etkin Coulomb bariyerini düşürür; bu olgu elektron perdeleme (electron screening) etkisi olarak adlandırılır. Elektron perdeleme, kuantum tünelleme yoluyla gerçekleşen füzyon reaksiyonlarının tesir kesitini artırarak, laboratuvar ortamında ölçülen reaksiyon hızlarının, çıplak çekirdek varsayımına dayalı teorik hesaplardan daha yüksek çıkmasına neden olur. Özellikle düşük enerjili D–D, D–T ve D–³He füzyon reaksiyonlarında bu etki belirgin olup, metalik hedeflerde artan elektron yoğunluğuna bağlı olarak perdeleme enerjisinin yüzlerce eV mertebesine ulaşabildiği deneysel olarak gösterilmiştir. Yüksek sıcaklıklı füzyon plazmalarında ise elektron perdeleme Debye ekranlama mekanizması ile tanımlanmakta ve yoğunluk ile sıcaklığa bağlı olarak reaksiyon hızları üzerinde ikincil fakat ölçülebilir bir etki oluşturmaktadır. Hem laboratuvar füzyon deneylerinin doğru yorumlanabilmesi hem de yıldız içi ve reaktör temelli füzyon modellerinin güvenilirliği açısından elektron perdeleme etkisinin nicel olarak hesaba katılması zorunludur. Bu fiziksel mekanizma, yalnızca füzyon reaksiyonlarının başlatılmasını kolaylaştırmakla kalmaz; aynı zamanda ortaya çıkan yüksek enerjili yüklü parçacıklar aracılığıyla elektrik enerjisi üretimine de imkân tanır. Füzyon ürünleri olan protonlar ve alfa parçacıkları, doğrudan enerji dönüşüm sistemleri (elektrostatik veya manyetik ayırma tabanlı dönüştürücüler) kullanılarak yüksek verimle elektrik gücüne çevrilebilir. Elde edilen bu elektrik enerjisi, hem uzay aracının aviyonik ve faydalı yüklerini beslemek hem de iyon itkili veya Hall etkili elektrikli itki sistemlerini çalıştırmak için kullanılabilir. Böylece füzyon tabanlı sistem, hem itki hem de güç üretimini tek bir mimaride birleştiren hibrit bir çözüm sunar.

• Bu yaklaşımın uzay uygulamaları açısından öne çıkan avantajları şunlardır:

  • Kompakt ve Mini Uydulara Uyumlu:
    Devasa reaktörler yerine metalik kafes ve nano-yapılı hedefler kullandığı için CubeSat ve mini uydu platformlarına sığabilecek kadar kompakt bir yapı sunar.

  • Düşük Enerji ile Başlatma:
    Elektron perdeleme etkisi sayesinde füzyonu başlatmak için gereken Coulomb bariyeri düşürülür; böylece büyük hızlandırıcılara veya yüksek güç kaynaklarına ihtiyaç duyulmaz.

  • Doğrudan İtki ve Elektrik Üretimi:
    Füzyon sonucu oluşan hızlı yüklü parçacıklar doğrudan itki olarak kullanılabildiği gibi, aynı zamanda elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrikli itki sistemlerine güç sağlayabilir.

  • Yüksek İtki Potansiyeli:
    Özellikle D–T füzyon reaksiyonu kullanıldığında, hem doğrudan parçacık itkisi hem de üretilen elektrikle beslenen iyon itki sistemleri sayesinde 1 N üzeri itki seviyelerine ulaşmak mümkündür.

  • Uzun Görev Ömrü ve Esneklik:
    Yüksek yakıt verimliliği ve eşzamanlı güç üretimi sayesinde, sistem uzun süreli yörünge koruma, derin uzay görevleri ve gezegenler arası seyahatler için uygun, ölçeklenebilir bir çözüm sunar.

​

Kaynakça ve Referanslar:

• A. İ. Kılıç, O. Hasekioğlu, K. Aysu, M. M. Kazancı, H. Ayrancı, F. Taşoğlu, A. T. Karabulut, İ. Yörüksoy (Haziran 2025). Electron Screening Meets Space: D+D Fusion-Driven Propulsion Systems. TURAN2025 Temel Bilimleri.

• K. Czerski vd., “Electron screening in d + d reactions,” Europhysics Letters, c. 54, s. 449–455, 2001.

• U. Greife, F. Gorris, M. Junker, C. Rolfs ve D. Zahnow, “Enhanced electron screening in d(d,p)t reactions in metals,” The European Physical Journal A, c. 6, s. 81–88, 1999.

• Cohen, S. A., Paluszek, A., Maglione, G., & Glasser, A. H. (2019). Direct fusion drive for deep space exploration. Princeton Plasma Physics Laboratory.

• International Atomic Energy Agency. (2021). Status and challenges of fusion propulsion systems. IAEA Nuclear Fusion Series.

• Lindl, J. D. (1998). Inertial confinement fusion: The physics of ignition, burn, and gain. AIP Press.

• National Ignition Facility. (2022). Inertial confinement fusion and ignition breakthroughs: Experimental reports. Lawrence Livermore National Laboratory.

• Steinetz, B. M., Forsley, M. E., & Benyo, T. L. (2020). Novel nuclear fusion in silver-lattice structures via electron screening. Physical Review C / NASA Technical Reports.

• https://www.istockphoto.com/tr/foto%C4%9Fraf/satellite-in-space-gm498697432-79048899

​