Sıvı Yakıtlı Roketler

Sıvı yakıtlı roketler gerekli itkiyi üretebilmek amacıyla sıvı haldeki bir yakıtı kullanırlar. Uzay çalışmalarının bel kemiğini bu roket türü oluşturmaktadır.

Roket motorları kullandıkları yakın çeşidine göre üçe ayrılıyor: Katı yakıtlı, sıvı yakıtlı ve hibrit yakıtlı. Katı yakıtlı roketlerde oksitleyici ve yakıt katı halde bulunuyor. En büyük dezavantajı bir kere çalışmaya başladıklarında, yakıt tükenene kadar durmamalarıdır. Bu güvenlik açısından sıkıntılı bir durum. Sıvı yakıtlı roketler ise istenildiği zaman durdurulabilir, hatta yeniden çalıştırılabilir, ayrıca itiş gücü de ayarlanabiliyor. Türkiye’de Roketsan sıvı yakıtlı roket üzerinde çalışmakta. Hibrit roket motorları ise katı yakıtı, sıvı veya gaz haldeki oksitleyici ile yakar. İki türün bazı avantajlarını bir araya getirir. Daha yeni bir tür olup gelişimleri devam etmekte. Virgin Galactic’in aracı böyle bir roket kullanıyor. Türkiye’de de DeltaV şirketi hibrit roket geliştirilmekte.

Sıvı yakıtlı roketlerin yapısı

Akışkan bir yakıt (ve oksitleyici) kullanmak avantaj sağlasa da üretimleri daha zor, kompleks bir yapıya sahip. Çünkü muazzam bir basıncın olduğu yanma odasına sürekli olarak yakıt ve oksitleyicinin pompalanması gerekiyor.

sıvı yakıtlı roketler
Sıvı yakıtlı roket motorunun kesiti.

Yukarıdaki fotoğrafta bir sıvı yakıtlı roket motorunun kesiti görülüyor.

En başta yakıt ve oksitleyicinin giriş borularını görğyorsunuz. Buradan pompalanan maddeyle yanma odası sürekli olarak besleniyor. Yanma odasında üretilen yüksek sıcaklık, yanma sonrası oluşan eksoz gazının yüksek bir hızla çıkmasını sağlayan yüksek basıncı yaratıyor.

Sıcak gaz yanma odasından bir boğaz ile ayrılan büyük bir çana benzeyen nozuldan geçerek dışarı çıkıyor. Roketin erişebileceği hız eksoz gazının hızıyla doğrudan bağlantılı. Eksozun hızı da kullanılan yakıt-oksitleyici çiftine bağlı. Elbette nozulun boyutu ve çapı da önemli bir faktör.

Uzay mekiklerinde kullanılan RS-25 roketi. Burada motoru soğutmak için çevresinde dolaştırılan çok düşük sıcaklıktaki yakıtın etkisiyle buz kesen nozul gözükmekte.

Yanma odasının çevresinde soğutma ceketi görülüyor. Çok yüksek sıcaklıklarda motorun erimemesi için soğutulması gerekmekte. Kriyojenik, yani sıfırın çok altındaki sıcaklıklarda bulunan yakıt/oksitleyici kullanılan roketlerde, soğutma işi bu yakıtın yanma odası ve bazı durumlarda nozulun çevresinden dolaştırılmasıyla hallediliyor.

Oksitleyici olarak çoğunlukla sıvı oksijen kullanılır. Oksijenin gaz halden sıvı hale çevrilmesi ve güvenli biçimde depolanabilmesi diğer alternatiflere göre daha zor, ancak alternatif oksitleyiciler fazla reaktif ve zehirli olduklarından daha az tercih ediliyor. Yakıt konusunda ise seçenekler: etil alkol, RP-1 (kerosen), hidrazin, sıvı hidrojen yaygın biçimde kullanılır. Günümüzde Ruslar doğalgazı roketlerde kullanmak için çalışmalarına devam ediyor.

Sıvı yakıtlı roketlerin tarihçesi

Günümüz roketçiliğinin ilk öncüleri Konstantin E. Tsiolkovski (Çarlık Rusyası) ve Robert H. Goddard (ABD) olmuştur. Goddard uzayaraçları ve itki sistemleri üzerine Tsiolkovski’den habersiz biçimde çalışarak onunkine benzer fikirler üretmişti. Ayrıca yaptığı katı ve sıvı yakıtlı roketlerle çeşitli denemeler gerçekleştirdi.

Robert H. Goddard kendi yaptığı, dünyanın ilk sıvı roketinin yanında poz veriyor.

Nihayet dünyanın ilk sıvı yakıtlı roketi 16 Mart 1926 tarihinde Robert H. Goddard tarafından fırlatıldı. Goddard’ın roketi benzin ve sıvı oksijen ile çalışan küçük bir roketti. Daha gelişmiş sıvı yakıtlı roketler yapmak ise teknolojik engeller sebebiyle 2. Dünya Savaşı’na kadar mümkün olmayacaktı. Savaş yıllarında teknolojide gerçekleşen ilerlemeler sıvı yakıtlı roketlerin ihtiyaç duyduğu pompaların, enjektörlerin ve soğutma sistemlerinin üretilebilmesine olanak sağladı. [britannica.com].

İlk operasyonel sıvı yakıtlı roketler II. Dünya Savaşı sırasında geliştirildi. Almanya’da üretilen V-2 roketleri uzay çağı roketlerinin temelini oluşturdu. Savaş sonunda inceleme için kullanılan V-2’lerden biriyle Dünya’nın uzaydan ilk fotoğrafı çekilmişti. Bu roketler etil alkol ve sıvı oksijen kullanıyordu.

Savaş sona erince, Almanların geliştirdiği teknoloji müttefiklerin eline geçti. Hatta sadece teknoloji değil yetişmiş elemanlar da müttefikler için çalışmaya başladı. Roketler bir süre daha sadece askeri teknolojiye hizmet etti. 50’lerden sonra, kıtalararası nükleer başlıklı füzelerin geliştirilmesinin ardından, roketler artık uzay araştırmaları için kullanılmaya başlanacaktı.

Radardan önce ne kullanılıyordu

RADAR (RAdio Detection And Ranging) teknolojisi radyo dalgalarının yansıması yardımıyla uçan araçların uzaktan tespit edilmesini, konum ve hızlarının belirlenmesini sağlar. Hava güvenliği açısından son derece gereklidirler.

Havacılığın ilk dönemlerinde RADAR teknolojisi henüz gelişmemişken de havadan gelen tehditleri farkedebilmek gerekiyordu. Peki RADAR yokken bu gereksinim nasıl karşılanıyordu?

Özel geliştirilmiş aletlerle uçağın sesinin duyulmasıyla. Zayıf sesleri toplayıp mekanik biçimde kulağa yönlendiren araçlar kullanılıyordu. Bu elbette kısa menzilli ve etkinliği oldukça sınırlı bir yöntemdi; ancak o yıllarda bu işin başka bir yolu da yoktu.

Şimdi Radardan önce ne kullanılıyordu şöyle bir bakalım:

Radar öncesi uçakları tespit için kullanılan araçların ilk örneklerinden biri. İnsanı Miki Fare’ye benzeten bu şey Birinci Dünya Savaşı’nda ne kadar etkili olmuştur acaba?

1917 Alman tasarımı bir başlık. Hem işitsel hem de görsel yetkinliği arttırıyor. En azından plan bu. Başın üstündeki alıklarla yakalanan ses borularla kulağa yönlendiriliyor. Gözlerde de bir miktar büyütme sağlayan (kanımca 3-4x) dürbün bulunuyor.

Çek üretici Goerz tarafından 1920’lerde tasarlanan bir model. Kepçe biçimli yansıtıcılar sesi geniş açıklıklı tüplere yönlendriyordu. Hollanda ordu araştırma istasyonunda test edildikten sonra “temel eksiklikler içerdiği” farkedildi.

1930’larda geliştirilen Hollandalı kişisel parabol. Parabol yapısı ses dalgalarını yoğunlaştırarak kulağa yönlendiriyor. Hafif olması için alüminyum kullanılmış. Sabit bir yapısı var, farklı kişilerle uyumu şişme kulaklıklarla sağlanıyor.

Radar öncesi düşman uçaklarının tespiti için uçakların gürültüsünü uzaktan duyabilecek sistemler geliştirilmeye çalışılmıştı. Bolling Field, ABD, 1921.

Perrin akustik konumlandırıcısının 1930lar Paris’indeki tanıtımından görüntüler. Oldukça estetik sayılabilecek bu savaş aygıtı Nobel ödüllü Fransız fizikçi Jean-Baptiste Perrin tarafından tasarlandı. Dört tertibatın her biri 36 küçük altıgen borudan oluşuyor. Alttaki sistemle benzer bir çalışma prensibine sahip.

Ses konum donanımı, Almanya, 1939. Bir çifti yatay, diğer çifti de dikey eksende konuşlu dört adet akustik borudan oluşuyor. Kulaklarına gelen ses farkından yararlanarak, yanlardaki teknisyenlerden biri uçağın yüksekliğine diğeri de yönüne göre donanımı ayarlıyorlardı. Borular sesi kauçuk tüpler vasıtasıyla steteskoplara bağlı. Stereo ses sayesinde teknisyenler iki borudan gelen ses arasındaki farkı giderecek şekilde donanımı uçağın konumuna göre ayarlıyorlar, bu sayede donanım o eksende tam uçağın sesinin geldiği yöne çevrilmiş oluyordu. [kaynak]

Radardan önce kullanılan akustik yer belirleyiciler en yüksek seviyesine İkinci Dünya Savaşı’nda çıktı. Fakat artık yerlerini yeni gelişen radar teknolojisine terketmelerinin zamanı gelmişti. Britanya kıyılarına 1935’e kadar yukarıdaki gibi betondan akustik aynalar yerleştirilmişti. En soldaki yapı 5 metre yükseklikte, 70 metre uzunlukta. [kaynak]

Radarın keşfi

İskoç fizikçi Sir Robert Watson-Watt 1935’de radar sisteminin ilk pratik örneğini icat etti. Sistem radyo sinyalleri yayıyor, sonra uçaklardan yansıyanları, dolayısıyla uçakları, tespit ediyordu. 160 km’ye kadar menzili vardı. Birkaç yıl sonra ilk radar istasyonu zinciri İngiltere’de kuruldu. Bu teknoloji Nazilerin Britanya’ya karşı giriştiği hava saldırılarını püskürtmekte büyük avantaj sağladı. Öyle işe yaramıştı ki Watson-Watt şövalye ilan edildi.

kaynak: rarehistoricalphotos.com | quara.com | ww2incolor.com |

Disco dron

ParrotDisco

CES 2016’da tanıtılan yeni teknoloji zamazingolardan biri Parrot şirketinin yeni model dronu Parrot DISCO. Disco son kullanıcılara yönelik alıştığımız kuadkopter tarzı dronlara hiç benzemiyor. Daha çok askeri amaçlarla kullanılan gelişmiş sistemleri andırıyor. Sahip olduğu farklı, kanat şekilli yapısı ayrodinamik açıdan avantaj kazandırıyor: saatte 100kmlik hıza ulaşabiliyor ve havada 45 dakika kalabiliyor ki bu çok iyi bir değer.

Daha gelişmiş uygulamaları hatırlatıyor demiştim, buna karşın Parrot Disco’nun kolay kullanım vaad ederek ilk “uçmaya hazır” kanat şekilli dron olacağı iddia ediliyor. Pilot yeteneklerine sahip olmanıza gerek olmadığını söylüyorlar fakat yüz kilometre hıza ulaşabilen köpükten üretilmiş bir aracı kullanırken biraz dikkatli olmakta fayda var.

Disco burnunda full HD çözünürlükte bir kameraya sahip ve bu kamera 3 yönde dijital sabitleme özelliğine sahip. Bu daha az sarsılan bir görüntü sağlıyor.

ParrotDisco-kumanda

Kontrol için kablosuz ağ kullanıyor ve çektiği görüntüyü doğrudan kullanıcıya gönderiyor ki bu şekilde kontrolü sağlanıyor. Kullanıcı deneyimi açısından pek çok rakibini ezip geçecekmiş gibi görünüyor. Tabii piyasaya çıktığında fiyat etiketini de görmek lazım!

kaynak: Parrot

Hubble’ın yeni gözüyle Stephan Beşlisi

Son uzay mekiği görevinde astronotlar, pek çok keşfe imza atan Hubble uzay teleskobuna yeni kamerasını monte ettiler. WFC3 (Geniş Alan Kamerası) adı verilen yeni kamera morötesi (UV) ve kızılötesi (IR) görüntüleme yapabiliyor. Bu yeni kamerayla teleskop Kuipler Kuşağı’nı ve yeni oluşan gezegenleri gözlemleyecek ve daha iyi karanlık enerji ölçümleri yapacak.

Yeni kamerayla yakalanan ilk görüntüler gerçekten iyi. Aşağıda Stephan Beşlisi (Stephan’s Quintet) adı verilen beş gökadanın eski bir görüntüsü yer alıyor:

Gayet güzel. Aşağıda ise Hubble’ın yeni gözünün yakaladığı görüntü var.

Yeni kamera iyi çalışıyor!

Fotoğraflarını gördüğünüz Stephan Beşlisi’ni oluşturan gökadalardan bir tanesi bize diğerlerinden 8 kat daha yakın konumda bulunuyor. Ardında kalan dört gökada birbirlerine fiziksel olarak daha yakın; ve yaklaşmaya da devam ediyorlar. Birbiriyle etkileşen ve gelecekte birleşerek tek bir gökada halini alacak olan bu gökadalar gökbilimciler tarafından yoğun biçimde inceleniyor.

gezegen avcısı uzayda

NASA’nın gezegen avcısı Kepler uzayaracı, bugün sabaha karşı ABD’nin Florida eyaletindeki Cape Canaveral hava kuvvetleri istasyonundan, Delta II roketi ile başarılı bir şekilde uzaya fırlatıldı. Üç buçuk yıl sürmesi planlanan görevi süresince Kepler 100.000 güneş benzeri yıldızın çevresinde, Dünya benzeri kayaç ve sıvı halde su barındırabilecek ‘ılık’ yörüngelerdeki gezegenleri keşfetmeye çalışacak.

Ilık olarak bahsettiğimiz yörüngeler, yıldızdan yıldıza değişim gösterebiliyor. Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi Güneş’ten daha sıcak olan yıldızlarda bu bölge yıldızdan daha uzaktayken, daha soğuk yıldızlarda ise bu bölge yıldıza daha yakın.

Kepler görevi oldukça önemli, çünkü sıvı halde suya -bildiğimiz yaşam formunun temel şartına- sahip olabilecek, ılık kuşaktaki gezegenleri keşfetmeye yönelik ilk araç. Kepler sayesinde Dünya benzeri gezegenlerin ne kadar sık veya seyrek bulunduğunu öğreneceğiz. Kepler’in görevi dahilinde olmasa da, keşfedeceği gezegen sayısı, dünya dışı yaşam konusunda yeni fikirlerin ortaya çıkmasına yardımcı olacak. Söz gelimi çok sayıda bizimkine benzer gezegen keşfedilirse, dünya dışı yaşamın varlığına dair teoriler desteklenir. Fakat yaşamın izini sürmek Kepler’in işi değil, bu daha sonraki uzayaraçlarının yapacağı bir şey.

Dünya benzeri gezegen araştırmasının yanı sıra, Kepler farklı konularda da ışık tutacak. Bunlardan bazıları şöyle sıralanabilir:

  • çoklu yıldız sistemlerindeki gezegen sayısının belirlenmesi:
  • kısa periyotlu (yıldızının etrafında hızlı dönen) gaz devlerinin boyut, kütle, yoğunluk ve yörünge çeşitleri ve boyutlarının açıklanması
  • yaşanılabilir bölge içinde veya yakınındaki dev kayaç gezegenlerin yüzdesinin belirlenmesi
  • bu gezegenlerin yörünge şekli ve boyutlarının dağılımının açıklanması

Çalgıcı (Lyra) ve Kuğu (Cygnus) Takımyıldızlar içindeki görüş alanında bulunan ve  bizden 600 ile 3.000 ışık yılı uzaklıktaki 100.000’in üzerindeki inceleyecek olan Kepler, bu işi uzaya gönderilen en güçlü kamera ile yapacak (aşağıda). 25 parça CCD moülünden oluşan 95 megapiksel çözünürlüğe sahip kameranın köşesinde bulunan modüller konumlamayı sağlarken, geri kalan 21 CCD modülü ise olağan gözlem faliyetlerini gerçekleştirecek. Kepler’in görüş alanı olarak bahsedilen bölgelerde gösterilen kareler de bu 21 CCD modülünü temsil ediyor.

Gözlenen bir yıldızın önünden bir gezegen geçtiğinde, yıldızın parlaklığında bir azalma meydana gelir ve  gezegenin varlığı parlaklıktaki bu değişimin gözlenmesi sayesinde ortaya çıkar. Bu yöntem ile pek çok güneş ötesi gezegenin varlığı keşfedildi. Uzaydaki Kepler ise yerde yapılan araştırmalara kıyasla çok daha iyi sonuçlar almamızı sağlayacak. Kepler ayrıca parlaklıktaki değişim periyotlarını da inceleyerek, geçiş yapan gezegenin hızını, dolayısıyla bulunabileceği yörüngeyi de belirleyecek.

CCD’ler 14. kadirden daha parlak yıldızlara ait bilgileri kaydedecek. Yıldızların görüntüsünden çok parlaklık farkları önemli olduğundan, fotometrik hassaslığı arttırmak adına teleskop bilerek netleştirilmemiş durumda.  100.000 yıldızı devamlı olarak eşzamanlı kaydedilecek bilgileri uzayaracında saklanacak ve haftada bir kez dünyaya gönderilecek.

‘İyi odaklanmamış’ olan Kepler hem mercek hem de aynanın kullanıldığı Schmidt-Cassegrain tipinde bir Katadioptrik teleskop. Tüm görevi boyunca sadece belli bir grup yıldıza odaklanması, ölçüm kararlılığını büyük oranda arttırırken, uzayaracının tasarımının da basit olmasını sağlamış. Uzayaracında itkiyi sağlamak için az miktarda sıvı bulunuyor.

Uzayaracı Dünya’yı takip eden Güneş merkezli (heliocentric) bir yörüngeye sahip. Bir turu 372,5 günde atması sebebiyle Kepler yavaşça Dünya’nın gerisinde kalacak ve 4 yıl sonra mesafe 0,5 AB’e çıkacak. Uzay aracı 3,5 yıl görev yapacak şekillde tasarlansa da bu süre uzayabilir. Mars gezginleri, Mir Uzay Üssü, Hubble Teleskobu gibi pek çok uzayaracı tahmini görev sürelerinden çok sonraları bile fazla mesailerini sürdürdüler veya hâlâ sürdürüyorlar.

kaynak:

NASA’nın Kepler görevi sayfası | uzayveastronomi.comkepler.nasa.gov/sci/basis/goals.html | physorg.com