Hassas bir şekilde inen roketler, başka bir uçuş için yeniden kullanılabilir ve kaynak tasarrufu sağlanır. Bu harikadır, ama nasıl çalışıyor?
Okyanus bir roket mezarlığıdır. Binlerce yanmış roket, uydu ve mekiğin enkazı okyanus tabanına saçılıyor. Roketleri yeniden kullanmak, daha az atık, daha az maliyet ve bir hedeften çok daha kolay geri dönme yeteneği anlamına gelir.
Uzay aracının karaya indiğini ve kolayca tekrar havalandığını görmek, filmlerde binlerce kez gördüğümüz bir şeydir. Artık gerçek hayatta da görüyoruz. SpaceX, 2015’te denemeye başladıklarından bu yana 50’den fazla roketi başarıyla fırlattı ve indirdi.
Peki, roketler Dünya’ya nasıl geri inebilir? Bu konumuzda, yeniden kullanılabilir roketlerin arkasındaki inanılmaz teknolojiyi ele alacağız.
İniş Roketlerinin Zorlukları
İniş roketlerinde, kısmen yeniden kullanılabilir olsalar bile bazı zorluklar vardır.
Yakıt: Dünya atmosferinden kaçmak için, bir roketin saatte 17.500 mil gibi inanılmaz bir hıza ulaşması gerekir, aksi halde kaçış hızı olarak bilinir. Bu muazzam miktarda yakıt gerektirir. Yakıt genellikle inanılmaz derecede pahalı sıvı oksijendir. Bir roketi başarılı bir şekilde indirmek için yedekte yakıt gerekir.
Termal Koruma: Gerçek yeniden kullanılabilirlik için, tüm roketin termal koruma ile donatılması gerekir, genellikle sadece Dünya’ya geri düşecek kısım için bir şey bırakılır. Bu, roketin parçalarının Dünya atmosferine yeniden girişte hasar görmesini veya yok edilmesini önler. Bu, Mars’a yönelik roketler için de geçerlidir.
İniş Takımı: Roket ayrıca iniş takımı gerektirir. Bu, devasa roketi desteklemek için gereken gücü korurken mümkün olduğunca hafif yapılmalıdır. (SpaceX’in roketlerinden biri olan Falcon 9, 550 ton ağırlığındadır)
Ağırlık: Bir uzay aracı ne kadar ağırsa, o kadar fazla yakıt gerekir ve yeniden dönüş o kadar zor olur. Boş yakıt tankları rokete direnç ve ağırlık katar, bu nedenle yakıt tankları genellikle düşürülür ve atmosferde yanmasına izin verilir. Ayrıca, termal koruma ve iniş takımı önemli bir ağırlık katacaktır.
Daha önce de belirttiğimiz gibi, SpaceX bu inanılmaz başarıyı birçok kez başardı. Peki yeniden kullanılabilir roketlerin arkasındaki inanılmaz teknoloji nedir?
3D Baskı
3D baskı, en azından roketlerin arkasındaki teknolojide değil, dünya genelinde endüstrilerde devrim yaratıyor. Aslında, bazı roketler artık neredeyse tamamen 3D yazdırılıyor.
3D baskının bir avantajı, mühendislerin toplamda daha az parça üretebilmeleridir. Basılı parçalar çok daha karmaşık olabilir ve her parça için pahalı ve benzersiz üretim araçlarına ihtiyaç duymaz. Bu, roket inşa etme maliyetini düşürür ve üretim sürecinin verimliliğini artırır.
3D baskı yakıt depoları, metalde dikişlere ihtiyacınız olmadığı anlamına gelir; bu, roketlerde sorunlara neden olabilecek tipik bir zayıf noktadır. 3D baskının bir diğer önemli avantajı, hafif malzemelerden optik parçalar üreterek roketlerin toplam ağırlığını azaltmasıdır.
Geriye Yönelik Tahrik ve Rehberlik
Bir roketin inmesi için, geriye doğru itişin roketin ağırlığından daha büyük olması gerekir. Aynı zamanda vektöre de ihtiyacı var, bu da itişin yönlü olduğu ve roketin inişini dengelemek için kullanılabileceği anlamına geliyor.
Geri itişin roketi stabilize etmesi için roketin konumu, irtifası ve açısı hakkında son derece doğru bilgilere sahip olması gerekir. Bu, iticilere doğrudan geri bildirim ile doğru, gerçek zamanlı ölçümler sağlayan yüksek teknolojili sistemler gerektirir. Bunlara reaksiyon kontrol sistemleri (RCS) denir.
Reaksiyon Kontrol Sistemleri
Bir RCS, roketin yüksekliğini ve dönüşünü kontrol etmek için çeşitli yönlerde küçük miktarlarda itme sağlar. Rotasyonun yuvarlanma, yunuslama ve sapmayı içerebileceğini ve RCS’nin roketin inişini kontrol ederken tüm bunları aynı anda önlemesi gerekiyor.
RCS, roketin etrafına optimal bir konfigürasyonda yerleştirilmiş birkaç itici kullanır. İticilerle ilgili temel zorluk, yakıtın korunmasını sağlamaktır.
Bir örnek, SpaceX’in Merlin roket sistemidir. Bu, üçlü yedekli bir kontrol sistemi tarafından kontrol edilen 10 ayrı motor paketidir. 10 motorun her birinin bir işlem birimi vardır ve her işlem birimi, hata olasılığını büyük ölçüde azaltmak için sürekli olarak birbirini izleyen üç bilgisayar kullanır.
Merlin motoru, itici gaz olarak RP-1 (yüksek derecede rafine edilmiş gazyağı) ve sıvı oksijen kullanır. Motorun en son versiyonu, roketi indirirken üst düzey kontrol için gerekli olan maksimum itme kuvvetinin %39’una kadar kısabilir.
Izgara Yüzgeçleri
Izgara yüzgeçleri, Falcon 9 gibi yeniden kullanılabilir roketleri iniş konumlarına yönlendirmek için kullanılır. 50’li yıllarda icat edilen ızgara yüzgeçleri birçok füzede kullanılmıştır.
Izgara yüzgeçleri, roketten dik bir açıyla dışarı fırlayan patates ezici görünümündedir. Hipersonik ve süpersonik hızlarda roket uçuşu üzerinde yüksek düzeyde kontrole izin verdikleri için kullanılırlar. Buna karşılık, geleneksel kanatlar şok dalgalarına neden olur ve bu çok daha yüksek hızlarda sürtünmeyi arttırır.
Izgara kanatçıklar, kanatçıktan hava akışına izin verdiği için, çok daha az sürtünmeye sahipken, roket, kanat gibi döndürülerek veya eğim verilerek döndürülebilir veya stabilize edilebilir, ancak daha verimli bir şekilde gerçekleşir.
Izgara yüzgeçlerinin kullanılmasının bir başka nedeni de, yeniden kullanılabilir roketlerle, indiklerinde teknik olarak geriye doğru uçuyor olmalarıdır. Bu, roketin ön ve arka uçlarının her iki yönde de kontrol edilebilmesi için oldukça benzer olması gerektiği anlamına gelir.
İniş Takımı
Yeniden kullanılabilir bir roketin bir tür iniş takımına ihtiyacı olacak. Bunların, uçuş ve yeniden gidiş için gereken yakıt miktarını büyük ölçüde artırmayacak kadar hafif olması, aynı zamanda roketin ağırlığını taşıyabilecek kadar güçlü olması gerekir.
Şu anda, SpaceX roketleri, uçuş sırasında roketin gövdesine karşı katlanan 4 iniş ayağı kullanıyor. Bunlar inişten önce yerçekimi kullanılarak katlanır.
Ancak Elon Musk, Ocak 2021’de SpaceX’in şimdiye kadarki en büyük olan, Super Heavy roket güçlendiricisi için fırlatma kulesi kolunu kullanarak roketi yakalamayı hedefleyeceklerini belirtti. Bu, roketin ağırlığını azaltacaktır çünkü artık iniş ayaklarına ihtiyaç duymayacaktır.
Fırlatma kulesine inmek aynı zamanda roketin yeniden kullanım için taşınması gerekmeyeceği anlamına gelir. Bunun yerine, sadece yeniden takılması ve bulunduğu yerde yakıt alması gerekecek.
Her Şey Bu Kadar Değil
Roketler onlarca yıldır havalanıyor ve uzaya uçuyor, ancak yeniden kullanım için güvenli bir şekilde Dünya’ya dönmeleri birçok teknolojik atılım gerektirdi.
Roketlerde kullanılan ve Dünya’ya geri inebilen harika teknolojilerin hepsi tabi ki bu kadar değil. Uzay uçuşu teknolojisi hızla genişliyor ve birkaç yıl içinde nelerin mümkün olabileceğini düşünmek heyecan verici bir durum haline geliyor.