Roket Teknolojisi ve Roket Motorları

Roketle tepki sağlanması prensibi çok eskilere dayanır. Sultan 4. Murat zamanında, 1663 senesinde Lagari Hasan Çelebi adlı bir Türk mühendisinin barut yakıtlı ve yedi kollu bir roketle yerden yükseldiği ve yumuşak kanatlar yardımı ile tekrar yere indiği bilinmektedir.

Mermilerin, araştırma roketlerinin, pilotlu ve pilotsuz uçakların ve büyük feza vasıtalarının lüzumlu güçleri roket motorları ile sağlanmaktadır. Roket motorunun, diğer güç kaynaklarına göre en büyük avantajı, itme için gerekli bütün elemanları kendi içinde taşıması ve bu sayede havada olduğu gibi feza boşluğunda, hatta denizin derinliklerinde dahi kullanılabilmesidir.

Roketlerin tepki prensibi basit olarak şu şekilde izah edilebilir: Şekildeki gibi bir kap içersine yakıt ve oksijen dolduralım. Bir ateşleyici vasıtası ile karışımı ateşleyecek olursak, yanma sonunda gazlar hızla genişleyecek ve kap içersinde bir basınç yükselmesi olacaktır. Bu basınç düzenli bir biçimde kabın her yerine dağılacaktır. İç satıhlara gelen kuvvetlerin birbirini dengelemesi sebebiyle de kapta hareket olmayacaktır.

Şimdi de 2. şekilde olduğu gibi aynı kabın bir tarafına çıkış ağzı açılmış şekli inceleyelim. Yakıtın ateşlenmesi ve yanmasına bağlı olarak hızla genişleyen gazlar, yüksek bir hızla çıkış ağzını terkederler. Çıkış ağzındaki gaz basıncının serbest bırakılması neticesi karşı taraftaki basınç dengesiz kalacak ve kabı, gaz çıkışının ters istikametinde haraket ettirmeye başlayacaktır. Bugünkü geliştirilmiş roket motorlarının çalışması da prensip itibarı ile aynıdır.

Roket motorları kullandıkları enerji kaynağı çeşidine göre iki gruba ayrılırlar:

1. Kimyevi roket motorları.

2. Nükleer roket motorları.

Bu iki tip roket motorunu kısaca inceleyelim.

1. Kimyevi Roket Motorları : Kimyevi roket motorları, katı veya sıvı yakıtlı olabilirler. Sıvı yakıtlı bir roket motorunun şematik görüntüsü şekil 3'teki gibidir.

Pompalar, yakıt ve oksitleyiciyi 2 ve 3 nolu depolardan 1 nolu yanma odasına gönderirler. Yanma odasında meydana gelen reaksiyon neticesi oluşan sıcak gazlar süpersonik bir lülede hızlandırılarak dışarı atılırken, sisteme bir haraket kazandırır. Sıvı yakıtlı roket motorlarının en mühim avantajı, istendiği zaman durdurulup tekrar çalıştırma imkânının olmasıdır. Buna karşılık, sıvı yakıtlı roket motorlarının dizaynı, diğer sistemlere kıyasla karmaşık olmaktadır.

Katı yakıtlı roket motorlarında yanma maddeleri, yanma odası veya kılıfı içersinde bulunmaktadır. Roket ateşlendikten sonra yakıtın sathında meydana gelen yanma, düzgün ve sabit bir hızla artar ve çıkış nozulundan dışarıya atılan yanma ürünlerini meydana getirir. Bu sistemlerde besleme ve valf tertibatı bulunmadığı için yapısı daha basittir. Şekil 4'de katı yakıtlı bir roket motorunun şematik resmi görülmektedir.

Gaz yakıtlı roket motorlarında ise, yakıt veya tepki sağlayan akışkan, depolanmış yüksek basınç altındaki gazlardan teşekkül eder. Yüksek basınçlı gazların depolanması için kuvvetli tanklara ihtiyaç vardır. Bu tip motorlar bazı feza vasıtalarının kontrol sistemlerinde kullanılmaktadır. Bir de Hibrid iticili motorlar vardır. Bu tiplerde hem sıvı hem de katı yakıtlar birlikte kullanılır.

2. Nükleer Roket Motorları : Nükleer enerji iki ayrı şekilde kullanılabilir:

a) Elde edilen enerji bir motor akışkanının ısıtılması için uygulanır ve ısıtılan akışkan klâsik metodla olduğu gibi bir lülede genişletilerek tepki sağlanır.

b) Enerji önce elektrik akımına dönüştürülür ve bu akım, parçacıkların iyonize edilerek hızlandırılmaları için kullanılır.

Nükleer enerji, kimyevi yakıtlara kıyasla çok üstündür. Mesela; aynı miktardaki bir yakıtın kimyevi reaksiyonuna kıyasla, uranyum (U²³⁵)'in parçalanmasından elde edilen enerji 107 kat daha fazladır. Nükleer enerji üç yoldan elde edilebilir; bunlar Füzyon, Radyo - izotopların parçalanması ve Fisyon olarak adlandırılmaktadır. Nükleer roket, motorları henüz tam manasıyla tatbik sahasına girmemiştir.

1 nolu depoda bulunan sıvı çalışma maddesi, pompa yardımı ile 3 nolu nükleer reaktörün merkezinden akmaya zorlanır. Nükleer reaktörde çalışma maddesine sabit basınçta ısı verilir. Reaktörde gaz haline gelen çalışma maddesi çıkış nozulundan geçer ve orada genişleyerek dışarıya atılır. Süspansiyon şeklindeki nükleer yakıt (Uranyum 235 veya plütonyum) ihtiva e-den çalışma maddesi depodan yanma odasına gelir. Yanma odası zincirleme reaksiyonları önleyen hususi sistemlerle donatılmıştır ve burada yakıtın kütlesi kritik kütleyi aşarak zincirleme reaksiyon başlar. Nükleer roketlerin itme kuvvetleri, kimyevi roketlere nazaran daha az olmasına rağmen, yüksek enerjiye sahip olmaları sebebiyle daha uzun süre çalışma kapasitesine sahiptirler.

ROKET MOTORLARININ TATBİK SAHALARI:

Roket motorlu itme sistemi, bir uçağın esas veya yardımcı güç kaynağı olarak kullanılabilir. Bunun yanında yine uçakların kalkışları esnasında ek güç elde edilmesi için kullanıldığı da görülmektedir. Roketli mermilerin esas tatbik sahaları silahlardır. Umumiyetle füze tipi silahlar uçuşun ilk kademesinde roket motoru ile itilmekte, uçuşun geri kalan kısmını serbest uçuşla tamamlayarak hedefe varmaktadırlar. "Güdümlü mermiler''de roket motorlu mermilere benzerler, ancak daha büyük yapılmakta ve uçuş boyunca bir kontrol sistemi ile uzaktan kumanda edilmektedirler.

Roket motorları feza araçlarında kalkma, tırmanma ve yörüngeye yerleştirmede kullanılmaktadır. Ayrıca iniş için vasıtaların fezada birleşmesinde, ayrılma manevralarında ve yer çekiminin olmadığı yerlerde sun'i çekim sağlamak için kullanılmaktadır. Bir roket çeşidi de Sond (sounding) tip roketlerdir. Bunlar esas olarak roket güdümlü mermiler olup, yükseklerde meteorolojik ve laboratuvar çalışması yapmak için hususi cihazlar taşırlar.

Evet bütün roketler prensip itibariyle; şişirilmiş bir balonun ağzı açılarak serbest bırakıldığında, hava akışının tersi istikametinde hareket etmesi esasına göre çalışmaktadır. Bu tesbiti yaptıktan sonra yeni bir buuddan meseleyi ele alırsak; roket siste-mininde asırlardan beri bazı canlılar tarafından kullanılmakta olduğunu görürüz. Bu mevzuya hepimizin bildiği denizanası güzel bir misaldir. Denizanaları hareketlerini ya suyun akıntısıyla veya içlerine çektikleri suyu ani bir kasılmayla dışarı püskürterek sağlamaktadırlar. Tıpkı içi dolu balonun serbest bırakılması gibi.... Ayrıca Deniztarağı, Libellen larvaları vb. başka canlıları da sayabiliriz. Acaba bu canlılara günümüz fizik kanunlarının temellerinden sayılan etki-tepki prensibi milyonlarca yıl önce kim tarafından öğretildi? Bizlere ilham olsun diye bu canlıları gözlerimizin önüne seren İlmi Sonsuz Zat'ı tanımamak hiç mümkün müdür?

Faruk Kaplan

Referanslar.

1- Rocket Propulsion Elements, G.P. Sutton.

2- Rocket Propulsion, J. Vand Erckhove

3- Gaz Türbinlerine Giriş, S.Çetinkaya