NASA sözlük tanımına göre; Roket, insanları ve nesneleri uzaya fırlatmak için kullanılan bir araçtır. Roket biliminin doğuşu: Modern roket tahrikinin babası olarak Dr. Robert Hutchings Goddard kabul edilir.
Neyin imkansız olduğunu söylemek zor çünkü dünün hayali bugünün umudu, yarının gerçeğidir.
— Dr. Robert Hutchings Goddard
İçerik
Credit: NASA
Robert Goddard’ın füze ve uzay uçuşuna yaptığı katkılar uzun bir liste oluşturur. Bazı önemli noktalar şunlardır:
- Yüksek irtifalara, hatta aya bile ulaşmak için roket itiş gücü kullanmanın uygulanabilirliğini keşfetti (1912)
- Roketin boşlukta çalışacağı, itmek için havaya ihtiyaç duymadığı kanıtlandı
- Sıvı yakıtlı bir roket geliştirdi ve ateşledi (16 Mart 1926, Auburn, Mass.)
- Bir roket uçuşunda bilimsel bir yükün vurulması (1929, Auburn, Mass.)
- Roket motoru patlamasında rehberlik için kullanılan kanatlar (1932, New Mexico)
- Roket uçuşu için jiroskop kontrol aparatı geliştirildi (1932, New Mexico)
- Çok aşamalı roket için ABD patenti alındı (1914)
- Roket yakıtlarına uygun pompalar geliştirildi
- Bir jiroskop mekanizmasının etkisi altında gimballer üzerinde dönen bir motorla bir roket fırlatıldı (1937)
Roket bilimi günümüzde, Robert Goddard‘ın attığı temeller üzerinden oldukça iyi bir ivme yakaladı. Bu ivmelenme sonucunda insanlık; daha uzak yörüngelere başarı oranı yüksek görevler, farklı opsiyonlara ve kapasitelere sahip daha maliyet etkin roketler ve birçok farklı görev yapabilme kapasitesine sahip roket çalışmaları yaptı ve başarılı sonuçlar elde etti.
Credit: Teslarati
Roket biliminindeki son gelişmelere bakıldığında ise dikkatimiz bir devrim ve mühendislik harikası olarak nitelendirilebilecek yeniden kullanılabilir roketlere yöneliyor. Bunu tarihte ilk kez başaran Falcon 9 roketiyle SpaceX şirketi olmuştur. SpaceX bunu 21 Aralık 2015’te Falcon 9‘u alçak Dünya yörüngesine 11 uydu göndermesi ve roketin ilk aşamasını ilk defa tekrar karaya indirmesiyle başarmıştır. Tabii ki bu başarıya ulaşmak için SpaceX yıllarca bu alanda birçok girişimde bulundu ve başarısız oldu. Ancak SpaceX için bu girişimler pek de başarısızlık ve olağanüstü sayılmaz çünkü SpaceX CEO’su Elon Musk başarısızlıkları başarıya giden bir basamak olarak görüyor ve çalışanlarına da bunu benimsetiyor.
SpaceX’in Falcon 9’u tekrar yeryüzüne indirmeyi nasıl başardığına detaylıca göz atmadan önce dünyanın ilk yeniden kullanılabilir roketi Falcon 9’u yakından tanımak hiç de fena olmaz.
Falcon 9’u hakkında ne biliyoruz?
Falcon 9, insanların ve faydalı yüklerin Dünya yörüngesine ve ötesine güvenilir ve emniyetli bir şekilde taşınması için SpaceX tarafından tasarlanıp üretilen, yeniden kullanılabilir, iki aşamalı bir rokettir. Falcon 9, dünyanın ilk yörünge sınıfı yeniden kullanılabilir roketidir. Yeniden kullanılabilirlik, SpaceX’in roketin en pahalı parçalarını yeniden fırlatabilme olanağı sağlıyor ve bu da uzaya erişim maliyetini düşürüyor.
(SpaceX ürün tanımı)
Aşağıdaki görselde de belirtildiği üzere Falcon 9 roketleri şimdiye kadar 255 fırlatılma, 213 iniş, 188 kez tekrar fırlatılma başarısına sahiptir.
Credit: SpaceX (17.09.2023)
Yeniden kullanılabilirlik birçok fayda sağlamanın yanı sıra uzaya erişim maliyetlerini oldukça düşürüyor. Ayrıca SpaceX roket parçalarını dışarıdan temin etmek yerine yaklaşık %80’ini kendisi üreterek de oldukça düşük maliyetlerde uzay görevleri tamamlayabiliyor. Karşılaştırma yapacak olursak; SpaceX, NASA’nın ortalama 3 katı daha ucuz maliyetle aynı kapasiteye sahip roketler geliştirebiliyor.
Falcon 9’a genel bakış
Falcon 9’un özelliklerine hızlıca göz atalım ve onu yakından tanıyalım. Bu bilgiler, Falcon 9’un nasıl çalıştığını anlamamızda bize oldukça yardımcı olacak.
Falcon 9’un parçaları
Şimdi de bu mühendislik harikası roketin parçalarını yakından tanıyalım. Falcon 9’un ilk aşamasında dokuz Merlin motoru ve sıvı oksijen ile roket kalitesinde gazyağı (RP-1) itici gaz içeren alüminyum-lityum alaşımlı tanklar bulunuyor.
Falcon 9, deniz seviyesinde 1,7 milyon pounddan fazla itme kuvveti üretiyor.
İlk aşamadaki dokuz Merlin motoru, yakıtın yanmasıyla roketin kütlesi azaldıkça fırlatma aracının hızlanmasını sınırlamak için birinci aşama uçuşun sonuna doğru kademeli olarak kısılır. Bu motorlar aynı zamanda yeryüzüne dönüş öncesinde ilk aşamayı yeniden yönlendirmek ve iniş için aracı yavaşlatmak için de kullanılır.
Falcon 9’un ilk aşaması, alüminyum peteklere sahip son teknoloji ürünü karbon fiberden yapılmış dört iniş ayağıyla donatılmıştır. Roket tabanının çevresine simetrik olarak yerleştirilen bu parçalar, aracın tabanında istifleniyor ve inişten hemen önce açılıyor.
Ara kademe, birinci ve ikinci kademeleri birbirine bağlayan kompozit bir yapıdır ve uçuş sırasında birinci ve ikinci kademenin ayrılmasını sağlayan pnömatik iticileri barındırır.
IZGARA YÜZEYLER:
Falcon 9, ara aşamanın tabanına konumlandırılmış dört hipersonik ızgara kanatçığı ile donatılmıştır. Basınç merkezini hareket ettirerek yeniden giriş sırasında roketi yönlendiriyorlar.
Tek bir Merlin Vakum Motoru ile desteklenen ikinci aşama, Falcon 9’un yükünü istenilen yörüngeye ulaştırıyor. İkinci aşama motoru, aşamanın ayrılmasından birkaç saniye sonra ateşlenir ve birden fazla yükü farklı yörüngelere yerleştirmek için birden çok kez yeniden başlatılabilir.
İkinci aşama için:
Motor sayısı : 1
Yanma süresi : 397 saniye
İtki : 981 kN
Karbon kompozit malzemeden yapılmış kaplama, uyduları yörüngeye giderken koruyor. Kaplama uçuşa yaklaşık 3 dakika kala atılıyor ve SpaceX gelecekteki görevlerde yeniden kullanmak üzere kaplamaları kurtarmaya devam ediyor.
Dragon kapsülü , uzay aracının basınçlı bölümünde 7 kişiye kadar ve/veya kargo taşıma kapasitesine sahip. Ayrıca Dragon, uzay aracının ikincil yükleri de barındırabilen basınçsız bagajında kargo taşıyabiliyor.
Falcon 9 yeryüzüne nasıl dikey iniş yapabiliyor?
Falcon 9’u keşfettikten sonra bu roketi bizim için mühendislik harikası yapan asıl konuya dönebiliriz. Bu roket nasıl yeryüzüne dikey iniş yapıyor ve tekrar kullanılabiliyor?
İniş, roket için en heyecanlı andır. Falcon 9’un ilk aşama inişinde karbon fiberden yapılmış dört iniş ayağı bulunuyor. Kullanılıncaya kadar gövdeye doğru düz bir şekilde katlanırlar. Yerleşik soğuk gaz iticileri roketi çevirerek motorları öne bakacak şekilde konumlandırır.
Credit: SpaceX
İniş süreci, roket aşamalandırma aşamasından geçtiğinde gerçekleşir. İlk etapta saatte 4.700 km hızla atmosferden düşmeye başlıyor. Tepeye yakın soğuk iticiler roketi kendi etrafında çevirerek dik durmasını sağlar. Motor, düşüşü saatte 20 kilometreye yavaşlatmaya yetecek kadar ateşleniyor. Daha sonra bacaklar açılır ve son adım gerçekleşir. Dokuz Merlin motorundan üçü bir kez daha ateşleniyor, buna ‘geri tepme yanması’ adı veriliyor.
Bunu daha anlaşılır 6 adımda inceleyebiliriz. Öncesinde tüm bu süreci aşağıdaki 1 dakikalık video sayesinde izleyelim ve adımları sırasıyla tanımlayalım.
Credit: SpaceX YouTube
1-Ayrılma
Falcon 9’un atmosferden ayrılmasının ardından ilk aşama, ikinci aşamadan ayrılacak. Bu, en az 50 mil yükseklikte gerçekleşir, ancak görev yükü daha yüksek bir yörüngeye aktarılıyorsa çok daha sonra da gerçekleşebilir. Yörünge ne kadar yüksek olursa iniş süreci de o kadar zorlaşır. İlk etap ayrılmış olmasına rağmen hemen alçalmaya başlamıyor, yavaşlayarak yaklaşık 50 mil kadar daha seyrediyor.
2-Dönüş Manevrası
Seyir halindeyken roket, soğuk gaz iticileri ilk kademede 180 derece döndürülür, böylece alt kısmı Dünya’ya bakacak şekilde alçalır.
3-Yüksek Dönüş Yanması
Dokuz itici motordan üçü, roketi Dünya’ya, iniş alanına veya şirketin iki okyanus insansız hava aracından birine doğru yönlendirmeye başlamak için açılıyor. Bu noktada roket yaklaşık 3.000 mil hızla gidiyor.
4-Giriş Yanması ve Izgara Yüzeylerinin Açılması
Süpersonik geri tepme yanması, güçlendiricinin bir kez daha Dünya atmosferine girmeye başlamasıyla merkezdeki motorun açılmasıyla başlar. Izgara kanatçıkları roketi dengelemek ve inişini yavaşlatmak için dışarı çıkıyor. Roket tamamen dikey hale gelmeye başlar ve gezegenin yüzeyine daha zarif bir düşüşle sonlanır. Yaklaşık 560 mil / saate kadar yavaşlamaya başlar.
5-Son Yanma
Roket yaklaşık 5 mil/saatlik bir hıza yavaşlarken son bir motor yanığı da tutuşur. Karbon fiber ve alüminyumdan yapılmış dört bacak, sıkıştırılmış helyumun püskürtülmesiyle artırılan, iniş sırasında rokete bir miktar stabilite sağlamak için açılır.
6-İniş
Falcon 9’un ilk aşama iticisi Dünya’ya geri dönüyor. Mühendisler rokete gelirler (ya drone gemisinde ya da sağlam bir iniş sahasında otururken) ve onu emniyete alırlar. Kalkıştan inişe kadar her şey yaklaşık dokuz dakika sürüyor.
Yararlanılan Kaynaklar
1- www.spacex.com
2- www.nasa.gov
3- knowhow.distrelec.com
4- Falcon 9 User’s Guide -SpaceX
5- www.teslarati.com
