Roket terimi, havasız çalışan jet motoru için kullanıldığı gibi, bu güçle uçan araçlar için de kullanılmaktadır. Bilimsel aygıtları kısa parabolsü uçuşlarla atmosferin kenarına kadar götüren küçük roketlere, «sondaj roketleri» denir. Uzay araçlarını yörüngelerine taşıyacak biçimde yapılan büyük ve çok kademeli roketlerse, «taşıyıcı araç» diye adlandırılır. Bunların motorları, sıvı yakıtla olduğu gibi, katı' yakıtla da çalışabilmektedir.
Temel ilke: Roket itiş gücünün temel ilkesi. NEWTON'un üçüncü hareket yasasıdır (her etki, ters yönde ve aynı güçte bir tepki oluşturur). Sözgelimi, bir bahçe hortumunun bağlı olduğu musluk açıldığında, hortumun yerinden fırladığı görülür. Hortum ucunun yarısı parmakla tıkandığındaysa, akan suyun hızı ve basıncı artar. Tıpkı bunun gibi, roket de, arkasından atılan maddenin itişiyle öne doğru gider. Hareketin hızı, atılan maddenin miktarına ya da hızına bağlıdır. Yanan ve genişleyen gazların, dar memelerden geçirilip hızlandırılarak atılması, roketi ters yöne doğru iter.
Tarihçe: Tarihte bilinen ilk roket, XIII. yüzyıl
başlarında Çin'de, barutun bulunmasından sonra yapılmıştır. Bu roket, ucuna, içinde barut bulunan bir tüpün bağlandığı bir oktan oluşmaktaydı. Çubukdengeli roketler hızla gelişti ve Batı'ya yayıldı. XIII. yüzyılın ortalarında önce Moğollar, sonra da Araplar, savaşlarda roket kullanmaya başladılar. Roket, Fransız haçlıları tarafından Avrupa'ya da getirildi. 1429 yılında jeanne d'Arc yönetimindeki Fransız askerleri Orleans'ı roketlerle savundular. Ne var ki, aynı dönemde top ve küçük silahlar daha etkili olduğundan, roket kullanımı bırakıldı.
1792 yılında Hindistan'da çarpışmakta olan İngiliz askerleri, küçük metal gövdeli roketlerle yapılan saldırıların çok etkili olduğunu gördüler. 1804 yılında, Woolwich silah fabrikası müdürü Albay Congreve, bu yalın roket üstünde çalışmaya başladı. Roketi, yangın başlığı ya da patlayıcı başlık takarak, etkili bir silah haline getirmeyi başardı.
Ne var ki, roketlerin hedefleri bulması konusunda, ancak XIX. yüzyılın ortalarında, İngiliz William Hale'in çıkış ağzına eğik kanatçıklar takmasıyla, başarılı sonuçlar alınmaya başlandı. Roketlerin o zamanlar oldukça kısa olan menzilleri de, 1855 yılında. Albay Boxer'ın, Fransız uzman Frezier'nin iki roketi bir araya getirme düşüncesini uygulamaya geçirmesiyle artırıldı. Sonuçta iki kademeli roket ortaya çıktı. Bu sistemde, yanıp bitmiş olan birinci kademe, arada bulunan bir patlayıcı yardımıyla ikinci kademeyi ateşliyordu.
Aynı yıllarda, yanıcı sıvıların itici gücü ve roket gücünün uygulanması konusundaki çalışmalar sürdürülmekteydi. Bu konudaki ilk gerçekçi kuramcı olan Konstantin Eduardoviç TSİOLKOVSKİY, 1883 yılında, roketin uzayda yararlı olacağını düşündü. Tsiolkovskiy, artan egzoz hızı ile kütle oranının (ilk ağırlığın, yakıt yandıktan sonraki ağırlığa oranı) önemini ve araç hızının artışında bu ikisi arasındaki bağı anlayan ilk bilim adamıydı. Böylece roketleri yan yana ve arka arkaya bağlayıp, çok kademeli roket motorları konusunda çalışmalara başladı.
Tsiolkovskiy'in çalışmaları, Almanya ve A.B.D. gibi ülkelerde, aynı konuda araştırmaların başlatılmasına yolaçtı. S.S.C.B'nde 1929 yılında, Leningrad'daki Gaz Dinamiği laboratuvarında roket konusunda çalışmalara resmen başlandı. 1933 yılında bu laboratuvar ile Moskova'daki Jet Gücü Araştırma Grubu'nun çalışmaları birleştirildi ve 1936 yılında 5,63 km yüksekliğe kadar çıkan sıvı yakıtlı roketler yapıldı.
Almanya'da bu tür çalışmaların öncülüğünü yapan kişiyse, Hermann Oberth oldu. Oberth'in sıvı yakıtlı roket kuramı, 1927 yılında, birkaç genç mühendisin Uzay Uçuşları Birliği'ni kurmalarını sağladı. Bu grubun gerçekleştirdiği deneyler, Almanların savaş sırasında, roketli silahlar gücü bakımından ilk sırayı almasını sağladı. Grubun, 1934 yılında nazilerin karşı koymaları nedeniyle dağılmasından sonra, Wernher Von BRAUN gibi bazı üyeler askeri araştırmalara başladılar. Von Braun, Almanların V2 roketlerini geliştirme çalışmalarına öncülük etti, daha sonra A.B.D' ne giderek, Apollo programına kadar bu konudaki çalışmalarını sürdürdü (ama, A.B.D'nde roket konusundaki çalışmaların öncülüğünü Robert GODDARD yapmış, küçük grubu ve kısıtlı harcamalarıyla çalışmalara 1920 yıllarında başlamış, 1926'da da ilk sıvı yakıtlı roketi uçurmayı başarmıştır).
1945 yılında A.B.D., uzay uçuşları ile pek ilgilenmemekle birlikte, balistik füzelerin önemini anlamış bulunuyordu. Almanya'nın yenilmesiyle, A.B.D. ve S.S.C.B'nin eline geçen roket teknolojisi, Ay'a ilk insanın inişine kadar sürekli olarak gelişti.
Roket sistemleri: Roket gücünün sağlanmasında çeşitli yöntemler kullanılmasına karşılık, tümünün temelini Newton yasası oluşturur. İtiş gücü sağlayan sistemler için karşılaştırma ölçütü, özgül itiş gücüfr'(ISp ). Özgül itiş gücü, birim yakıttan, bir saniye alınacak olan itiş gücüdür. ISp saniye olarak ölçü ve egzoz hızı ile doğrudan ilgilidir (yaklaşık 102 sa yelik bir ^sp 1 km/saniyelik bir egzoz'hızı sağla, îSp yükseldikçe, belirli bir itiş gücü için gerekli yakıt kütlesi azalır.
Yüksek itiş güçlü roketler: Çekim gücü olan gezegenlerden kalkış ve buralara yumuşak iniş yapmak için, itiş gücünün, araç ağırlığından fazla olması gerekir. Bu amaçla kullanılan roket motorları, kimyasal ya da nükleer güçlü roketlerdir. Kimyasal türlerde katı ve sıvı yakıtlar kullanılır. İkisi de, yanarak egzoz tepkisi sağladığından, oksijen kaynağı gerektirir. Katı yakıtlar genellikle, barutla ateşlenen bir kuru yakıt ile oksijen bakımından zengin, kuru kimyasal madde karışımından oluşurlar (polizobüten ve amonyum perklorat karışımı gibi). Bu tür yakıtların, yalınlıklarının sağladığı olumlu özelliklerine karşılık, İSp 'lerinin düşük olması ve büyük yanma odası gerektirmeleri gibi sakıncaları vardır.
Hidrazin ve sıvı hidrojen gibi yakıtlar ile sıvı oksijen gibi yükseltgeyici maddelerin türbopompalarla ayrı ayrı küçük yanma odasına pompalandığı modern sıvı yakıtlı motorlar, istendiği zaman durdurulabilir, yeniden çalıştırılabilir ve gaz ayarı yapılabilir. Ne var ki, bu tür motorlar oldukça karmaşıktırlar ve arıza olasılığını artırmaktadırlar.
Geleceğin yüksek güç sistemi olarak, nükleer itiş gücü üstünde durulmaktadır. Fizyon tepkimesiyle çok yüksek ısı veren katı çekirdekli maddeler, A.B.D'nde ve S.S.dB'nde denenmiştir. Bu tür bir sistemde, çekirdek üstüne pompalanan yakıt ısınarak bir memeden dışarı çıkar. Hâlâ üstünde çalışılmakta olan füzyon roketindeyse, güneşte olduğu gibi, çok yüksek enerji veren bir hidrojen çevrimi sürecinden yararlanılmaktadır.
Günümüzde yapılan bazı deneylerde de, bir güç kalkanı arkasında, magnetik alan etkisiyle dizilmişolan küçük nükleer bombacıklar, lazer ışınıyla bombardıman edilmektedir. Bu tür bir enerjiyle, yörünge giriş ve çıkışları için gerekli sert hız artışlarının ya da hızlı uzay uçuşlarının gerçekleştirilebileceği düşünülmektedir. Ancak, çevre kirlenmesi, bu türün dünya üstünde kullanımını engellemektedir.
Küçük bpyutlardaki kimyasal roketler, günümüzde, yörünge değiştirmelerde, yörüngeye girişçıkışlarda, uzay uçuş başlığı değiştirmelerinde, uyduların ve sonda araçlarının denetlenmesinde ve roket kademelerinin ayrılmasında kullanılmaktadırlar.Katı yakıtlar, yalnızca bir tek yanış gerektiren durumlarda (kademe ayırması gibi) kullanılır.
Düşük itiş güçlü roketler: Günümüz teknolojisinde, çok yüksek ISp sistemleri, motor ağırlığına göre çok kısa süreli itiş gücü sağlayabildiklerinden, yalnızca EYLEMSİZLİK'in bulunduğu durumlara elverişlidirler. Bu sistemlerden, gelecekte kullanılma olasılığı en büyük olanlardan biri, uzay uçuşları deneyleri yapılmış olan elektrostatik roketler ya da iyon roketleridir (Bk. İYON TAHRİĞİ). Bunlar cıva ve sezyum iyonlarının yalıtılması ve egzoz oluşturacak biçimde hızlandırılmasıyla çalışırlar. Bu tür, itiş gücünün çok küçük olmasına (yaklaşık 0,2835 gr) karşılık, oldukça büyük yakıt yükü ve nükleer jeneratörüyle sürekli olarak (aylarca, hattâ yıllarca) hızını artırmakta ve sonuçta çok büyük hızlara erişebilmektedir. Söz konusu özelliği nedeniyle iyon roketlerinin başlıca kullanım alanı, uzun süreli uzay uçuşlarıdır.
Elektromagnetik ya da plazma roketleri üstündeki çalışmalar da sürdürülmektedir. Bu tür roketlerde, hidrojen gibi bir gaz, bir elektrik arkı tarafından nötr plazma ya da itici gaza dönüştürülmekte ve sonra, bir magnetik alan tarafından hızlandırılmaktadır. Düşük itiş güçlü roketlerde, nükleer güçten yararlanma konusu da incelenmektedir.
İsp değerleri: Kimyasal roketler için tipik îsp değerleri şunlardır: Katı. 245 saniye; sıvı oksijengazyağı (Satürn 5 roketi birinci kademesi), 260 saniye (deniz düzeyi); sıvı oksijensıvı hidrojen (LHıSatürn 5 üst kademesi) 456 saniye (vakumda). Nükleer roketlerde aynı değerlerse şunlardır:Kati çekirdekLH2, 6001500 saniye; gazlı çekirdek, 3 000 saniye;iyon 10 000100 000 saniye; plazma 20 000 saniye kadar; foton, 10 milyon saniyeye kadar.
Yapım ve fırlatma: Çeşitli çalışmalara karşılık, roket araştırmaları hâlâ büyük ölçüde kimyasal motorlar üstünde toplanmıştır. Daha iyi yakıtlar bulmak ve bunları daha uygun biçimlerde kullanmak için yeni yöntemler aranmaktadır. Bu konuda ortaya çıkan en büyük sorun, çalışma sıcaklık ve basıncına dayanabilecek malzeme bulunması ya da en uygun esnekliğin, sertliğin, hafifliğin, temizliğin ve ısıl iletimin sağlanabilmesidir. Yanma odalarında genellikle bakır alaşımları, yapı öğelerinde de alüminyum alaşımları kullanılmaktadır. Küçük roket motorlarında bazen fiberglas da yararlı olmaktadır.
A.B.D'nde motorlar, genellikle, belirli bir itici kademesi için yapılmaktadır. Her kademe, kendi içinde bir roket oluşturur." NASA tarafından parasal destek gören yapımcı firmalar, çeşitli tipler üstünde çalışmakta ve bunların arasından en uygun olanları seçilmektedir. Bu tür yapımlarda genellikle, gövde, yapı öğeleri ve yakıt tankları, büyük uçak fabrikalarından biri tarafından üretilmekte, değişik yerlerde yapılan motorlar aynı yerde monte edilmektedir. Roket kademeleri, yapıldıkları yerlerden ayrı ayrı, uçakla, karayoluyla ve bazı durumlarda büyük treylerlerle^Satürn5 füzesinin büyük alt kademeleri gibi) fırlatma alanına getirilmekte ve fırlatma rampası üstüne dik olarak monte edilmektedir. Buna karşılık Satürn IB ve 5 Apollo, dünyanın en geniş binası olan Cape Kennedy' deki montaj binasında dikey olarak monte edilmişler ve sonra dev bir taşıyıcıyla 2,5 km uzaklıktaki fırlatma rampasına taşınmışlardır. S.S.C.B'nde yapılmış olan Standart «S» adlı roket motoru, A.B.D. motorlarından daha büyük ve güçlü olduğundan, yatay olarak monte edilmiş ve fırlatma rampasına trenle getirilerek, orada dikey duruma sokulmuştur.
Fırlatma hazırlıkları (geri sayma), karmaşık yakıt ikmali ve çeşitli denetim işlemleri nedeniyle günlerce önceden başlar. Son ateşleme işlemleri genellikle üç dakika geri saymakla otomatik olarak yapılır. Tutucu kollar, roket motorlarını 24 saniye kadar tutarlar. Roketin yükselmesiyle azalan hava, roket motorlarının egzozlarını kısaltıp genişletir. Yalnızca uzayda çalışacak biçimde yapılmış olan üst kademe
motorlarındaki egzoz çanları, daha uzun ve daha dardır. Özellikle katı yakıt motorlarında yön denetimi, bu çanların hareketleriyle sağlanır. Uzaya çıkış sırasında bazen, ivme yüklerinin azaltılması amacıyla, roket motorlarından biri susturulur. İlk kademenin yakıt tüketip ayrılması, 4880 km'ler arasında olur. Böylece, bir ya da daha çok üst kademe roketi, yükü, 300 km'yi aşkın yüksekliklerde bulunan yörüngelere götürür. Bu sırada hız yaklaşık 28 000 30 000 km/saati bulur. Roketler genellikle, atılıştan 1213 dakika sonra yörüngeye varırlar.


Kaynak:4-cilt:6

Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Araçlar ve Gereçler »