Roket
Roket Motorları
Roket Çeşitleri
Roket Motor Çeşitleri
Roket Motorları
1) Kimyasal Yakıtlı Roketler
a) Katı Yakıtlı Roket Motorları
b) Değişken Yakıtlı Roket Motroları
2) Elektrikli Roket Motorları
a) Elektrotermal Motorlar
b) Elektrostatik Motorlar (İyon Motorları)
c) Elektromanyetik Motorlar (Plazma Motorları)
3) Güneş Işınımlı İtme Motorları
4) Nükleer Motorlar
KİMYASAL YAKITLI MOTORLAR
Katı ve akıcı yakıt kullanan motorlara kimyasal motorlar denir Genelde taşıyıcı olarak kullanılan dev yapılı roketlerin motorları bu şekildedir Fakat uydu üzerine monte edilmiş değişken yakıt kullanan ufak motorlar uydunun döndürülmesinde ve yörünge değişiminde kullanılırlar Boyut olarak küçüktürler Yakacak olarak uydunun içinde bulunan yakıtı kullanırlar Yakıt bitincede uydu yörünge kaymasından nedeniyle atmosfere girerek yanar
Yani yakıtın miktarı uydunun ömrünü belirler Uydulara yakacak nakli gerçekleştirmek fazla baskı bir iş olduğundan uydunun düşmesine göz yumulur ve o uydunun işlevini yapacak yeni bir uydu yörüngeye oturtulur Sadece yörüngede dolanan ve uzay istasyonu (Skylab, Mir gibi) olarak adlandırılan ve hayat üniteleri olan uydulara yakacak takviyesi yapılabilmektedir (uzay mekikleri yoluyla) Açılış yükü ile karşılaştırıldığında yerden fırlatılan roketler fakat toplam yükünün binde yedisini yörüngeye yerleştirebilmektedir
ELEKTRİKLİ ROKET MOTORLARI
Adından da anlaşıldığı gibi elektrik enerjisini ya doğrudan veya diğer enerji türlerine döndürmek amacıyla yapılmış motorlardır bu nedenle büyük elektrik gereksinimleri vardır Elektrik enerjisi ise jeneratörlerden elde edilir ve jeneratöründe yakıtı tekrar kimyasal bir yakıttır böylece akümülatör sistemleri ve güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren ara sistemlere gereklilik vardır Bunlarda hem yükü arttırır, keza de maliyeti kabartırlar
Ancak gezegenler arası uydular için uzun zamanda büyük hızlar elde etmeye olasılık tanıdığından dış gezegenlere gönderilen uydularda ve yer yüzündeki uyduların ara yörüngelere oturtulmasında kullanılırlar
a) Elektrotermal Motorlar
Motor yapıları, kimyasal roket motorlarına fazla benzemektedir Basitçe kimyasal bir motorun elektrik ısıtıcısı olmuş halidir Bir patlama olmadan elektrik enerjisiyle patlama (genleşme ve moleküler deformasyon sağlanarak) elde edilerek bir itme kuvveti yaratılır Oysa gaza verilecek ısı moleküllerin atomlarına ayrılmasına harcanacağından verim kaybı büyük olur Sistemin ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisi genelde güneş pillerinden elde edilir hemen Resistojet ve Arcjet olarak adlandırılan iki elekrotermal motor türü kullanılmaktadır
Resistojet sisteminde gaz elektrik ile ısıtılarak itme sağlanmakta, Arcjet sisteminde ise yanıcı gaz ateşlenerek itme sağlanmaktadır Burada ateşlemeyi karşılayan elektrik donanımıdır Arcjet ’lerin termal verimi eksik olduğundan, geniş güneş panelleri ve yörünge aktarımı esnasında uzun ödev süresine gereksinim duyarlar böylece yörünge aktarımları için yerinde değillerdir
b) Elektrostatik Motorlar (İyon Motorları)
Bu alıcı motorlar birincil kez Oberth tarafından ortaya atıldı Prensip olarak elektrik ile iyonlaştırılan atomların elektrik ve manyetik alanlar göre ivmelendirilmesine dayanıyor Bu da kimyasal motorların geliştirilmiş bir halidir Çünkü iyon için gaz kullanılıyor En büyük özellikleri ise eksoz hızlarının yüksek olmasıdır Eksoz hızı 10000 kmsaniye kadar çıkabilmektedir Halbuki kimyasal motorlarda bu değerinde 3 kmsaniye dolayındadır
Bu da yakıt yükünde büyük bir tasarruf sağlar Bu sistemin çalışma süresi kısa olduğundan ufak yörünge düzeltmelerinde kullanılmaktadır Yakacak olarak çoğunlukla buharlaştırılmış Cs kullanılmaktadır Şimdiye değin Civa ve Sezyum kullanan iki cins elektrostatik motor yapılmıştır 20 Temmuz 1964 yılında ise ilk denemeleri gerçekleştirilmiştir Sezyumun atom ağırlığının iki katı bir element kullanılırsa ivmelendirme dört katına çıkabiliyor Bu motorların %90 gibi yüksek bir verimliliği olduğu halde uzun süre çalıştırılamamaları bir dezavantajlarıdır
Uzun vakit çalıştırılmamalarının nedeni çok yüksek bir elektirik gerilimine ihtiyaçları vardır ve bu gerilimin ömrü de üç beş saniyeyi geçmemektedir böylece zorunlu olan elekritik atom gücüyle çalışan elektirik jeneratörleri yardımıyla ya da güneş enerjisiyle sağlanmaktadır Kullanılan yakıtın iyonlaşma potansiyelinin düşük ve atomlarının ağır olmaları seçim ediliyor İyonların eksoza içten ivmelendirilmeleri iki yolla muhtemel olmaktadır:
Elektrik bölge yaratarak
Değişebilen manyetik bölge yaratılarak
Yer yörüngesine oturtulan uzun ömürlü uydular bu cins motor kullanarak yörünge düzeltmeleri yapmaktadırlar Yer etki alanında nükleer yakacak bulunduran uyduların nükleer yakıtlarının kullanımı sadece elektik üretimini karşılamak içindir Bu da uydunun yükünün artması açısından dezavantajdır
Uzaya atılan yer yörüngesine yerleştirilen büyük kütleli uydu ve labaratuarlarda yörüngeyi bozucu birçok etmen vardır Bu etkiler:
Fazla azda olsa atmosferin frenleme etkisi
Yer ’in şeklinin tam bir küre olmaması ve dağların etkisi
Öteki dış etkenler, meteorlar, gezegenler, Ay ’ın konumu, YerGüneş uzaklığındaki değişimler
Bu etkilerden nedeniyle yörüngeler bozulur Bozucu etkilerin sonucu ufak ve uzun sürede oluşur Dolayısıyla bir motoru çok kısa zaman çalıştırmakla etkiyi yok etmek mümkündür Bu nesil işler için iyon motorları kullanılır Bu tür uydular erken dikkat uyduları (askeri), haberleşme uydularıdır Genelde 24 saat peryotlu Yer ile senkronize ve Yer yarıçapının 56 katı uzaklıkta dairesel yörüngelere oturtulmuş uydulardır
b) Elektromanyetik Motorlar (Plazma Motorları)
Demin deney aşamasındaki motorlardır Bu müşteri motorlarda gaz plazma haline getirilmekte, eksoza dışarı giden yanma odasında (bu odada kimyasal bir yanma ve ısı üretimi laf konusu değildir) elekromanyetik bir etraf elektrik akımıyla sağlanarak plazmanın eksoz dışına içten hareketi muhtemel kılınmaktadır Ayrıca yakıtı plazma haline getirmek ayrıca de güçlü bir manyetik bölge yaratmak için çok pozitif elektik üretimine ihtiyaç vardır
Plazma motorları fazla teferruatlı ve ağır yapılardır Böyle bir motora sahip uydunun yörünge dışına çıkarılması fazla zordur Ama yörüngede montajı mümkündür Gezegenler arası araştırmalar için düşünülmektedir Gaz olarak da Helyum atomu kullanılmaktadır 15 kmsaniye gibi yüksek itme hızları elde edilebilmektedir
GÜNEŞ IŞINIMLI İTME MOTORLARI
Bu sistemde güneş enerjisi toplanıp parabolik ayna ile odaklandıktan daha sonra ‘kara karoser ’ özelliğindeki bir noktada toplandıktan sonra hidrojen gazının ısıtılmasında kullanılmaktadır Bu yolla hidrojen 2727 °C ’ye değin ısıtılmakta, sıcak gazın atılması ile itme sağlanmaktadır Yanma olmaması, hareketli parça bulunmaması ve güneş enerjisinin ilk elden kullanımı nedeni ile verimi yüksektir Yörünge aktarımı amacıyla kullanılabilecek yöntemleri karşılaştırıldığında, solar termal sistemler en yüksek verimi sağlamaktadır
Idareli kriterler düşünüldüğünde solar termal sistemler öteki sistemlere göre daha ayrıcalıklı olmaktadır Bu sistem kullanılarak yörüngeye yük taşıma kapasitesi 2 ile 7 kat aralarında artacağı düşünülmektedir
NÜKLEER MOTORLAR
Uzun uçuşlar için yerinde motorlardır Lüzum uranyum lüzum plutonyum radyoaktif maddeler oldukları için radyasyondan korunmak için özel şekilli uzay araçlarının yapılması gereklidir Protonproton zinciriyle hidrojenden helyuma mutasyon yapılarak enerji elde edilebilir, ama böyle bir sistem henüz gerçekleştirilememiştir Hidrojenin helyuma dönüştürülebilmesi için fazla yüksek sıcaklıklara gereksinim vardır
Böyle bir sıcaklığa dayanabilecek reaktör yuvası az önce yapılamamıştır Teorik olarak böyle bir roket yapılabilirse itme hızının 5 khsn olması beklenmektedir Nükleer motorlardan artı bir verim elde edilememektedir Buna rağmen kimyasal motorlardan 23 kat itme gücü elde edilebilmektedir Nükleer motorların iki tipi vardır:
1 Tip: Atom enerjisinin ısısından yararlanıp, itme gücü sağlayan gazın ısınmasından eksoz hızı olmak Bu cins motorlarda 6 kmsn ’lik bir eksoz hızı elde edilebiliyor Radyoaktif maddenin bozulması esnasında oluşan enerji ya doğrudan doğruya gazın ısıtılmasında kullanılır veya ek sistemlerle elektrik enerjisine çevrilir
Sistemin avantajı, biçimsizleşme esnasında oluşan mahsul çekirdeklerinin dışarı atılması gerekmiyor Nükleer yakacak kaybı değil Dezavantajları ise reaktörün sıcaklığı yakıt olarak kullanılacak gazdan daha fazla Bir soğutma sorunu var Keza reaktörün etrafına fazla zinde koruma kalkanlarının konulması gerekli Sistem hacim ve yük olarak büyük
2 Herif: Radyoaktif maddenin bozulması sonucunda oluşan ışınımı kullanmak Sistem genelde basittir Roketin arkadaki kısmına radyoaktif madde sürülür Maddenin deformasyon hızından yararlanılarak oluşan parçacıklar (a, b ve g tanecikleri) rokete bir itme kazandırırlar Bu Nedenle 10 kmsn ’lik bir hıza ulaşılabilir Başlıca radyoaktif madde plutonyumdur Sistemin avantajı itme kuvveti için gaz kullanmamasıdır Dezavantajı ise biçimsizleşme işleminin uyumlu olmaması ve yoklama edilememesidir
*
Roket Motorları
Roket Çeşitleri
Roket Motor Çeşitleri
Roket Motorları
1) Kimyasal Yakıtlı Roketler
a) Katı Yakıtlı Roket Motorları
b) Değişken Yakıtlı Roket Motroları
2) Elektrikli Roket Motorları
a) Elektrotermal Motorlar
b) Elektrostatik Motorlar (İyon Motorları)
c) Elektromanyetik Motorlar (Plazma Motorları)
3) Güneş Işınımlı İtme Motorları
4) Nükleer Motorlar
KİMYASAL YAKITLI MOTORLAR
Katı ve akıcı yakıt kullanan motorlara kimyasal motorlar denir Genelde taşıyıcı olarak kullanılan dev yapılı roketlerin motorları bu şekildedir Fakat uydu üzerine monte edilmiş değişken yakıt kullanan ufak motorlar uydunun döndürülmesinde ve yörünge değişiminde kullanılırlar Boyut olarak küçüktürler Yakacak olarak uydunun içinde bulunan yakıtı kullanırlar Yakıt bitincede uydu yörünge kaymasından nedeniyle atmosfere girerek yanar
Yani yakıtın miktarı uydunun ömrünü belirler Uydulara yakacak nakli gerçekleştirmek fazla baskı bir iş olduğundan uydunun düşmesine göz yumulur ve o uydunun işlevini yapacak yeni bir uydu yörüngeye oturtulur Sadece yörüngede dolanan ve uzay istasyonu (Skylab, Mir gibi) olarak adlandırılan ve hayat üniteleri olan uydulara yakacak takviyesi yapılabilmektedir (uzay mekikleri yoluyla) Açılış yükü ile karşılaştırıldığında yerden fırlatılan roketler fakat toplam yükünün binde yedisini yörüngeye yerleştirebilmektedir
ELEKTRİKLİ ROKET MOTORLARI
Adından da anlaşıldığı gibi elektrik enerjisini ya doğrudan veya diğer enerji türlerine döndürmek amacıyla yapılmış motorlardır bu nedenle büyük elektrik gereksinimleri vardır Elektrik enerjisi ise jeneratörlerden elde edilir ve jeneratöründe yakıtı tekrar kimyasal bir yakıttır böylece akümülatör sistemleri ve güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren ara sistemlere gereklilik vardır Bunlarda hem yükü arttırır, keza de maliyeti kabartırlar
Ancak gezegenler arası uydular için uzun zamanda büyük hızlar elde etmeye olasılık tanıdığından dış gezegenlere gönderilen uydularda ve yer yüzündeki uyduların ara yörüngelere oturtulmasında kullanılırlar
a) Elektrotermal Motorlar
Motor yapıları, kimyasal roket motorlarına fazla benzemektedir Basitçe kimyasal bir motorun elektrik ısıtıcısı olmuş halidir Bir patlama olmadan elektrik enerjisiyle patlama (genleşme ve moleküler deformasyon sağlanarak) elde edilerek bir itme kuvveti yaratılır Oysa gaza verilecek ısı moleküllerin atomlarına ayrılmasına harcanacağından verim kaybı büyük olur Sistemin ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisi genelde güneş pillerinden elde edilir hemen Resistojet ve Arcjet olarak adlandırılan iki elekrotermal motor türü kullanılmaktadır
Resistojet sisteminde gaz elektrik ile ısıtılarak itme sağlanmakta, Arcjet sisteminde ise yanıcı gaz ateşlenerek itme sağlanmaktadır Burada ateşlemeyi karşılayan elektrik donanımıdır Arcjet ’lerin termal verimi eksik olduğundan, geniş güneş panelleri ve yörünge aktarımı esnasında uzun ödev süresine gereksinim duyarlar böylece yörünge aktarımları için yerinde değillerdir
b) Elektrostatik Motorlar (İyon Motorları)
Bu alıcı motorlar birincil kez Oberth tarafından ortaya atıldı Prensip olarak elektrik ile iyonlaştırılan atomların elektrik ve manyetik alanlar göre ivmelendirilmesine dayanıyor Bu da kimyasal motorların geliştirilmiş bir halidir Çünkü iyon için gaz kullanılıyor En büyük özellikleri ise eksoz hızlarının yüksek olmasıdır Eksoz hızı 10000 kmsaniye kadar çıkabilmektedir Halbuki kimyasal motorlarda bu değerinde 3 kmsaniye dolayındadır
Bu da yakıt yükünde büyük bir tasarruf sağlar Bu sistemin çalışma süresi kısa olduğundan ufak yörünge düzeltmelerinde kullanılmaktadır Yakacak olarak çoğunlukla buharlaştırılmış Cs kullanılmaktadır Şimdiye değin Civa ve Sezyum kullanan iki cins elektrostatik motor yapılmıştır 20 Temmuz 1964 yılında ise ilk denemeleri gerçekleştirilmiştir Sezyumun atom ağırlığının iki katı bir element kullanılırsa ivmelendirme dört katına çıkabiliyor Bu motorların %90 gibi yüksek bir verimliliği olduğu halde uzun süre çalıştırılamamaları bir dezavantajlarıdır
Uzun vakit çalıştırılmamalarının nedeni çok yüksek bir elektirik gerilimine ihtiyaçları vardır ve bu gerilimin ömrü de üç beş saniyeyi geçmemektedir böylece zorunlu olan elekritik atom gücüyle çalışan elektirik jeneratörleri yardımıyla ya da güneş enerjisiyle sağlanmaktadır Kullanılan yakıtın iyonlaşma potansiyelinin düşük ve atomlarının ağır olmaları seçim ediliyor İyonların eksoza içten ivmelendirilmeleri iki yolla muhtemel olmaktadır:
Elektrik bölge yaratarak
Değişebilen manyetik bölge yaratılarak
Yer yörüngesine oturtulan uzun ömürlü uydular bu cins motor kullanarak yörünge düzeltmeleri yapmaktadırlar Yer etki alanında nükleer yakacak bulunduran uyduların nükleer yakıtlarının kullanımı sadece elektik üretimini karşılamak içindir Bu da uydunun yükünün artması açısından dezavantajdır
Uzaya atılan yer yörüngesine yerleştirilen büyük kütleli uydu ve labaratuarlarda yörüngeyi bozucu birçok etmen vardır Bu etkiler:
Fazla azda olsa atmosferin frenleme etkisi
Yer ’in şeklinin tam bir küre olmaması ve dağların etkisi
Öteki dış etkenler, meteorlar, gezegenler, Ay ’ın konumu, YerGüneş uzaklığındaki değişimler
Bu etkilerden nedeniyle yörüngeler bozulur Bozucu etkilerin sonucu ufak ve uzun sürede oluşur Dolayısıyla bir motoru çok kısa zaman çalıştırmakla etkiyi yok etmek mümkündür Bu nesil işler için iyon motorları kullanılır Bu tür uydular erken dikkat uyduları (askeri), haberleşme uydularıdır Genelde 24 saat peryotlu Yer ile senkronize ve Yer yarıçapının 56 katı uzaklıkta dairesel yörüngelere oturtulmuş uydulardır
b) Elektromanyetik Motorlar (Plazma Motorları)
Demin deney aşamasındaki motorlardır Bu müşteri motorlarda gaz plazma haline getirilmekte, eksoza dışarı giden yanma odasında (bu odada kimyasal bir yanma ve ısı üretimi laf konusu değildir) elekromanyetik bir etraf elektrik akımıyla sağlanarak plazmanın eksoz dışına içten hareketi muhtemel kılınmaktadır Ayrıca yakıtı plazma haline getirmek ayrıca de güçlü bir manyetik bölge yaratmak için çok pozitif elektik üretimine ihtiyaç vardır
Plazma motorları fazla teferruatlı ve ağır yapılardır Böyle bir motora sahip uydunun yörünge dışına çıkarılması fazla zordur Ama yörüngede montajı mümkündür Gezegenler arası araştırmalar için düşünülmektedir Gaz olarak da Helyum atomu kullanılmaktadır 15 kmsaniye gibi yüksek itme hızları elde edilebilmektedir
GÜNEŞ IŞINIMLI İTME MOTORLARI
Bu sistemde güneş enerjisi toplanıp parabolik ayna ile odaklandıktan daha sonra ‘kara karoser ’ özelliğindeki bir noktada toplandıktan sonra hidrojen gazının ısıtılmasında kullanılmaktadır Bu yolla hidrojen 2727 °C ’ye değin ısıtılmakta, sıcak gazın atılması ile itme sağlanmaktadır Yanma olmaması, hareketli parça bulunmaması ve güneş enerjisinin ilk elden kullanımı nedeni ile verimi yüksektir Yörünge aktarımı amacıyla kullanılabilecek yöntemleri karşılaştırıldığında, solar termal sistemler en yüksek verimi sağlamaktadır
Idareli kriterler düşünüldüğünde solar termal sistemler öteki sistemlere göre daha ayrıcalıklı olmaktadır Bu sistem kullanılarak yörüngeye yük taşıma kapasitesi 2 ile 7 kat aralarında artacağı düşünülmektedir
NÜKLEER MOTORLAR
Uzun uçuşlar için yerinde motorlardır Lüzum uranyum lüzum plutonyum radyoaktif maddeler oldukları için radyasyondan korunmak için özel şekilli uzay araçlarının yapılması gereklidir Protonproton zinciriyle hidrojenden helyuma mutasyon yapılarak enerji elde edilebilir, ama böyle bir sistem henüz gerçekleştirilememiştir Hidrojenin helyuma dönüştürülebilmesi için fazla yüksek sıcaklıklara gereksinim vardır
Böyle bir sıcaklığa dayanabilecek reaktör yuvası az önce yapılamamıştır Teorik olarak böyle bir roket yapılabilirse itme hızının 5 khsn olması beklenmektedir Nükleer motorlardan artı bir verim elde edilememektedir Buna rağmen kimyasal motorlardan 23 kat itme gücü elde edilebilmektedir Nükleer motorların iki tipi vardır:
1 Tip: Atom enerjisinin ısısından yararlanıp, itme gücü sağlayan gazın ısınmasından eksoz hızı olmak Bu cins motorlarda 6 kmsn ’lik bir eksoz hızı elde edilebiliyor Radyoaktif maddenin bozulması esnasında oluşan enerji ya doğrudan doğruya gazın ısıtılmasında kullanılır veya ek sistemlerle elektrik enerjisine çevrilir
Sistemin avantajı, biçimsizleşme esnasında oluşan mahsul çekirdeklerinin dışarı atılması gerekmiyor Nükleer yakacak kaybı değil Dezavantajları ise reaktörün sıcaklığı yakıt olarak kullanılacak gazdan daha fazla Bir soğutma sorunu var Keza reaktörün etrafına fazla zinde koruma kalkanlarının konulması gerekli Sistem hacim ve yük olarak büyük
2 Herif: Radyoaktif maddenin bozulması sonucunda oluşan ışınımı kullanmak Sistem genelde basittir Roketin arkadaki kısmına radyoaktif madde sürülür Maddenin deformasyon hızından yararlanılarak oluşan parçacıklar (a, b ve g tanecikleri) rokete bir itme kazandırırlar Bu Nedenle 10 kmsn ’lik bir hıza ulaşılabilir Başlıca radyoaktif madde plutonyumdur Sistemin avantajı itme kuvveti için gaz kullanmamasıdır Dezavantajı ise biçimsizleşme işleminin uyumlu olmaması ve yoklama edilememesidir
*