Hiç merak ettiniz mi devasa roketler nasıl uçuyor? Onca kütleyi iten güç nereden geliyor? Bu roketler nasıl kontrol ediliyor? Peki bu kontrol kolay mı? Sizlere bu yazımızda bu ve bunun gibi sorulara giriş seviyesinde cevaplar sunacağım. Belki bu yazıyı okuyunca uzay mühendisi olmayacaksınız ama bazı yeni şeyler öğreneceksiniz. Ya da öğrenmeniz ümidiyle…
Öncelikle bu uçan şeylere neden ihtiyaç duyduğumuzla başlayalım. Modern çağda insanoğlunun iletişim kurmasını sağlayan uyduları bu şeylerle oldukları yere oturttuk. E haliyle uzay araştırmaları yapabilmek için uzaya gitmek gerekiyor, yine bu roketler vasıtasıyla aya ayak bastık, Marsa Rover (Opportunity) gönderdik. Bu aletler insanoğlunun merak duygusunun bir ürünü ve gelişmeye devam ediyorlar. Roketlerin gelişimi maalesef soğuk savaş döneminde Rusya ile ABD arasındaki Ay’a gitme yarışıyla ateşlendi Böylece hem uzay yarışı hem de soğuk savaş dönemi başlamış oldu. Biz bu yazımızda onların daha çok nasıl çalıştıkları üzerinde duracağız.
Nasıl Uçuyorlar?
İster sizi sesiyle kızdıran küçük bir roket (halk arasında kız kaçıran olarak bilinenleri kastediyorum), isterse bir havai fişek, isterse de NASA’nın ya da şimdilerde popüler şirket Spacex’in bir Falcon 9’u olsun hepsi bir fiziksel kaideye dayanarak uçar. Momentumun korunumu kanunu. Teşekkürler Newton!
Peki ne demek bu momentumun korunumu kanunu? Bu fiziksel gerçeği ciddi bir matematiksel yaklaşımla açıklamaktansa dünyamızı algıladığımız biçimiyle sezgisel bir üslubu tercih edeceğim.
Farz edin ki sizinle tam olarak aynı kiloda bir insanı seviyorsunuz (sadece farz edin) ve siz sevdiğiniz bu insana doğru koşuyorsunuz sarılmak için. O da sizi fark ediyor ve o da size doğru sizinle aynı süratle koşuyor. Siz sağa doğru koşuyorsunuz o sola doğru. Ve gökyüzünde tam bir doğru üzerinde buluşuyorsunuz. Çarpışma ya da bu durumda sarılma gerçekleştiğinde ikinizin de tam bir nokta üzerinde sabit kalacağınızı, önceki tecrübelerinize dayanarak kolaylıkla söyleyebilirsiniz. Veya bu örneği şöyle de değiştirebiliriz. Sizin sevgilinize nispeten daha kilolu olduğunuzu ve hatta daha hızlı koştuğunuzu varsayalım. Bu durumda çarpışma gerçekleştiğinde sizin koştuğunuz yönde yani sağa doğru gökyüzünde harekete devam eden bir sarılma gözlemleyeceğimizi de yine öngörebilirsiniz. İşte öngörebildiğimiz bu gerçek momentumun korunumu ilkesi. Sarılma öncesinde sizi ve sarılacağınız insanı bir sistem olarak düşünürsek birinci durumda sağa doğru olan momentum ile sola doğru olan momentum birbirlerine eşit ve yönce zıt olduklarından toplam momentum sıfırdı. Sarıldıktan sonra da sıfır kaldı. İkinci durumda bu böyle değildi belli ki!
Roketler de başta sıfır olan momentumlarını kendi bünyesinde tuttuğu yakıtı gitmek istedikleri yönün zıttına yüksek hızlarda fırlatmak suretiyle momentumunu değiştirirler. Yani bir hıza sahip olurlar. Gidecekleri noktaya kadar bunu yapmaları gerekir. Fakat zaman zaman yavaşlamaları gerekir tabii o zaman da burnunu ters tarafa çevirmeleri gerekiyor. Çünkü fren de gazla yapılıyor bu şeylerde.
Bu momentumun korunumu ilkesini kullanarak tabi benim buradan aya gitmem mümkün değil. Aya ters yönde bir şeyler fırlatarak bunu yapamam. Daha düzgün, sabit ve sürekli bir itki yaratılması gerekiyor. Bunun için de kimyasal enerjiyi kullanmak gelmiş bilim adamları ve mühendislerin aklına. Bir yakıtın içerisinde bulunan enerjiyle yine yanma sonucunda oluşan atık maddelerin ters yönde atılması fikrine dayanıyor her şey. Mantık basit olsa da bunu gerçekleştirmek mühendislik anlamında o kadar basit değil. Neden mi? Birincisi bir şeyleri yakmak her zaman zordur. Malzeme anlamında yanma odasının mükemmel bir dayanıklılığa sahip olması gerekir. İkincisi yanma oksijenle gerçekleşir ve uzayda oksijen yok bildiğiniz üzere. Oksijenimizi de yanımızda götürmemiz gerekiyor. Kontrol ile ilgili zorluklardan bahsetmiyorum bile. Veya durun bahsedeyim neden bahsetmiyorum ki! Temel olarak nasıl uçtuğunu anladınız sayılır roketlerin.
Nasıl Çalışıyorlar?
Nasıl çalıştıklarından da biraz bahsedelim. Aşağıdaki görselde (Çağlar Sunay, Kumbara) bir roketin kesiti (iç kısmı) verilmiş. Roket uç kısmında faydalı yükü taşır (astronotlar, uydu vs.) Güdüm bölümü roketin kontrolünün sağlanması için kritik bilgisayarların radarların ve sensörlerin bulunduğu kısımdır. İtki bölümünde ise Depolar (yakıt deposu ve oksijen deposu) ve Roketin uçması için gerekli itkinin yaratıldığı kısım roket motoru bulunur. Burada yanma işlemi yakıt deposunda bulunan yakıt ile oksijenin mükemmel oranda karıştırılmasıyla sağlanır. Kanatçıklar da itki bölümüne dahildir aşağıda onun görevinden biraz daha bahsedeceğiz. Lüle de özel geometrisi sayesinde yanma sonrası oluşan atık gazların hızlandırılarak ses üstü hızlara ulaşmasını sağlar. Bu sayede roket daha yüksek hızlara ulaşabilir. Roketin büyük bir kısmını oksijen ve yakıt deposunun oluşturduğunun farkına varın.
Roket Uçurmanın Bazı Zorlukları ve Kontrol
Yine geçmiş tecrübelerinizi sınayacak bir soru soracağım sizlere. Aşağıdaki fotoğraftakine benzer bir denge oyunu oynadınız mı? Eğer cevabınız evetse bunun ne kadar zor bir oyun olduğunun da farkındasınızdır. Şimdi yine bir beyin jimnastiği yapalım. Bu sefer kendinizi bir devin yerine koymanızı istiyorum. Ve insanlığı Ay’a götüren Saturn-5 roketini elinizde tuttuğunuzu hayal edin yanda gösterildiği gibi, sadece zorluğu kavramak açısından. Saturn-5 iki milyon sekiz yüz kilogramdır bu arada (NASA). Bunun ne kadar zor olduğunu kavradınız sanırım. Sizin ve yandaki çocuğun süpürgeyi dengede tutma karşılığına rokette aktif kontrol adı verilir. Bunca ağırlığı dengede tutmak için gerekli kontroller devasa hidrolik sistemlerin motorların konumunu ayarlamasıyla gerçekleştiriliyor.
Peki bunun altında yatan sebep nedir? Konu denge olunca roketlerde ilgilenmemiz gereken iki nokta var. Ağırlık merkezi ve basınç merkezi. Ağırlık merkezine herkesin aşina olduğuna eminim, kahvaltı masasında çatalı tek parmağımızla dengede tutabildiğimiz nokta çatalın ağırlık merkezidir. Uçan cisimler bazı kuvvetler etkisinde kaldıklarında bu nokta etrafında dönmeye başlarlar. Bu olguyu anlamak da bizim için çok önemli. Ağırlık merkezi etrafında dönmek… Biz roketimizi kontrol etmek istiyoruz. Onun dönüşünü, kısaca nereye gitmek istediğimizi. Bu yüzden bu dönme eylemini stabil bir hale indirgememiz bizim için çok önemli.
Peki basınç merkezi nedir? Basınç merkezi de roket etrafındaki havanın roket uçuşu esnasında ürettiği kuvvetlerin etkidiği nokta olarak düşünülebilir. Roketlerde kararlılık ağırlık merkezinin uç kısımda basınç merkezinin de arka kısma yaklaştırılmasıyla sağlanır (aşağıdaki resim). Bu şekilde stabil bir uçuş gerçekleştirilebilir. Roket içerisindeki her şeyi kaldırıp öne tarafa taşımak tabii ki pek mümkün değil. Bu yüzden aerodinamik yapıdaki ayarlamalar ile basınç merkezi roketin arka kısmına yaklaştırılır. Bu aerodinamik ayarlamaların büyük bir kısmını arka kısımdaki kanatçıklar teşkil eder. Kısacası bu kanatçıklar basınç merkezinin arka tarafa kaydırılmasını, roketin daha stabil bir uçuş seyretmesini, dolayısıyla kontrolü kolaylaştırır.
Özetleyecek olursak roketler başyapıtı eserler. Temelinde bir roketin uçması basit fiziksel kanunlara dayansa da mühendislik açısından üzerinde çok uğraşılması düşünülmesi ve uzmanlaşılması gereken sistemlerdir. Roketler insanoğlunun merak duygusunu beslediği için onlara ve onları mümkün kılan insanlara teşekkür ederim. Sizlere de yazımı okuduğunuz için teşekkür ederim.
Merak içinde kalın!
KAYNAKÇA
- Mahfi Eğilmez, (2015). ‘’Her şey sputnik ile başladı.’’ , Kendime yazılar
- Çağlar, S. ’’Uzay taşıtlarımız: Roketler’’. Kumbara dergisi , https://kumbaradergisi.com/icerikler/uzay-tasitlarimiz-roketler/ adresinden erişildi.
- John, H. ve Royce, F. C. (2017). Hydraulic Controls for Gimbaling Saturn V Engines. Hydraulics and pneumatics, (13.12.2020) tarihinde https://www.hydraulicspneumatics.com/technologies/hydraulic-filters/article/21887407/hydraulic-controls-for-gimbaling-saturn-v-engines adresinden erişildi.
- “Dutch Group Planning for Mars Settlement by 2023”. PCMAG. 12 haziran 2015 tarihinde alındı.
- Dijital Görsel.Chrstypaints,imgur.com,13.12.2020 .https://imgur.com/gallery/bZ919
- Dijital Görsel.Camille Gots, pinterest.com,13.12.2020 https://tr.pinterest.com/pin/450993350168098133/
- Dijital Görsel. Nasa.com,13.12.2020 https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/TRCRocket/practical_rocketry.html
