ROKETLERİN ÇALIŞMA PRENSİBİ

[umutac...@gmail.com]

Roketlerin Çalışma Prensipleri
Yakıt ve oksijen yakarak çalışan ve bu yanma sırasında
oluşan gazların geriye doğru püskürmesinin etkisiyle ileri doğru
yol alan araçlara denir.Birbirlerine iyice karıştırılmış yakıt
ve oksijen karışımlarına da "itici" denir.Havai fişekler de birer
roket türüdür; bunlarda katı itici olarak barut kullanılır.
Roketleri ilk olarak Çinliler 1232 dolaylarında savaşta
kullandılar, ve ondan sonra bu buluş hızla avrupaya yayıldı.Ama
topun ortaya çıkmasıyla birlikte Roketler önemini yitirdi ve
yalnızca şenliklerde kullanılmaya başladı; bu durum XIX
yüzyılın başlarına kadar böyle sürdü. 1800'lerin başlarında
İngiliz mucit Sir William Congreve (bak. resim), top yerine
kullanılabilecek roketler geliştirdi.Bu roketler İngiliz
kuvvetlerince Napolyon Savaşları'nda ve 1812 'deki İngiltere -
ABD Savaşı sırasında başarıyla kullanıldı.
Basit bir rokette itici madde roketin ön bölümündeki
kapalı bir borunun içinde yanar ve oluşan sıcak gaz roketin arka
ucundan dışarı püskürür(bak.resim-1) .Newton'un üçüncü
hareket yasasına göre,(bak. Resim - 2) her etki kendisine eşit
büyüklükte ve ters yönde bir tepki doğurur. Roketlerde de geriye
doğru püsküren gazın hızı ve momentumu borunun üzerinde ileriye
doğru etki yapan bir itme kuvveti oluşturur.Roketin geriye püsküren
gazların havayı "itmesiyle" yol aldığı sanılmamalıdır.Eğer
böyle olsaydı roketler uzay boşluğunda yakıt yakarak yol
alamazdı.Bu konuyu matematiğin yardımı olmadan anlamak biraz
zordur.Roketlerin hızı, temel olarak itici yakıtın gücüne
bağlıdır.Hızla püsküren gaz demetine gaz jeti, gaz jatinin
hızına da egzoz (dışatım) hızı denir.Elbette egzoz hızı da
temel olarak itici yakıtın gücüne bağlıdır.Yüzyıllar boyunca
kullanılan tek itici baruttu, ama barutla da fazla yüksek egzoz
hızlar elde edilemiyordu. Ayrıca hibrit (karma) sistemler (Örn.
katı yakıt çekirdeğinde yanan sıvı yakıt) ve yanma işlemi
sırasında bir miktar sıkıştırılmış hava kullanan
havatürboroketleri kullanan roket motorları da vardır. Bazı
uygulamalarda roket tepkisi, kimyasal yakıt yerine, nülkleer ya da
elektriksel sistemlerle sağlanmaktadır.
Tüm roketler, temel olarak özel bir jet tepkili aygıt
türüdür. Roket motorunun, ramjet, türbojet, ve darbeli jet
motorlarından temel farkı havaya gereksinim duymaması, , elde edilen
tepkinin dış ortamdan tümüyle bağımsız olması ve yakıt,
yükseltgeyici gibi öğelerin aracın içinde
bulunmasıdır.Roketlerde elde edilen tepki, aracın içinde yol
aldığı ortamdan bağımsızdır. Öteki jet tepkili araçlarda ise
yalnızca yakıt aracın içinde taşınır ve bu yakıtın yanması
için oksijene gereksinim vardır. Bu nedenle bu raçlar ancak atmosfer
içerisinde kullanılabilir.
Jet tepkisi, geriye doğru püskürtilen gaz jetinin aracı
ileri doğru ileri itmesi ilkesine dayanır.Roket jetinin kinetik
enerjisi yanma sonucu oluşan kimyasal enerjiden elde edildiğinden,
yakıtın birim ağırlığının yüksek bir ısıl kimyasal enerjiye
sahip olması gerekir.Uygulamada, roket egzoz jetinin kinetik enerjisi,
yakıtın yanmasıyla oluşan kuramsal ısı enerjisinin yüzde 40 -
70'i kadardır.Bu verim kaybının en önemli nedeni egzoz lülesini
artık entalpi olarak terk eden ısıl enerjidir.
Congevre'in geliştirdiği roketler, havai fişeklerdeki gibi
bir çubuğa bağlanmıştı Bu çubuklar kuyruk işlevi görerek
roketin uçuş sırasında denge- de kalmasını sağlıyor, ama aynı
zamanda rüzgârlı havalarda bir fırıldak gibi dönmesine de neden
oluyordu.Bu da düşmanın üze- rine doğru fırlatılan roketin
hedefinden sapmasına yol açıyordu. İngiliz Mühendis William Hale
bu roketleri geliştirme çalışmaları- na girişti. Hale'in
yaptığı roketlerde çubuk yoktu; bunun yerine gazın
püskürdüğü egzoz boruları belirli bir açıyla
yerleştirilmişti ve böylece roket uçarken aynı zamanda kendi
ekseni çevresin-de de hızla dönüyordu. Bu dönme hareketi roketin
dengesinin kararlılığını artırıyor, hedefe isabet oranını
yükseltiyordu. Ateşli silahlarla fırlatılan mermiler de havada
dönerek yol alır; mermiye bu dönme hareketini, silahın namlusunun
içine oyulan yivler, yani kanallar sağlar.
I. Dünya Savaşı (1914-1918) sırasında roket
kullanılmadı, çünkü o döneme kadar toplar iyice geliştirilmiş
ve güçleri iyice artırılmıştı.Ama roket çalışmaları da bir
yandan sürdü ve roketler İngiltere'de etkili bir can kurtarma aracı
durumuna geldi. Roketler bugün de bu amaçla kullanılmaktadır. Eğer
bir gemi fırtınalı bir havada karaya doğru sürüklenir ya da
karaya kıyıya yakın yerde karaya oturursa, sahil güvenlik ekipleri
kayalıklardan veya kumsaldan ateşlenen bir roketin yardımıyla
gemiye özel bir ip fırlatılabilir. Bu ipin yardımıyla gemiye halat
veya kasnak gibi malzemeler iletlebilir ve böylece kıyı ile gemi
arasında bir havai hat oluşturulabilir.
ABD'li bilim adamı Robert H. Goddard, 1920'lerde ve 1930'larda
roketler üzerindeçığır açıcı deneysel çalışmalar
yaptı.Goddard bu çalışmalarıyla roket uçuşunun ilk matematiksel
formülünü geliştirdi. Roketlerin boşlukta, yani vakum ortamında
çalışabileceğini kanıtladı ve itici olarak sıvı yakıt
kullanımını başlattı. Goddard bu çalışmalarıyla uzayda uçuşu
gerçekleştirmeyi hedefliyordu.
ABD askeri yetkilileri Goddard'ın bu araştırmalarına fazla
ilgi göstermediler, ama başka ülkelerdeki ve özellikle Almanya'daki
bilim adamları, roketin savaşta etkili bir silah olarak
kullanılmasına yönelik çalışmalarını hızlandırmışlardı.
II. Dünya Savaşı sırasında savaşan bütün ülkeler yerden,
gemilerden ve uçaklardan fırlatılan roketler kullandılar. Bu
roketler düşman birliklerini, tankları ve uçakları hedef alan
kısa menzilli silahlardı. Bunların çoğunda dumansız barut,
balistit gibi katı iticiler kullanılıyordu.
Modern Roketler
II. Dünya Savaşı sırasında roket alanındaki en önemli
gelişme, Almanlar'ın V2 tipi roketleri geliştirmesi oldu.Bu roketin
ağırlığı 12 tonun üzerindeydi ve burnunda taşıdığı savaş
başlığı 1 ton kadar patlayıcı içeriyordu.Rokette yakıt olarak
alkol kullanılıyor, alkol sıvı oksijenle yakılıyordu.
II. Dünya Savaşı sırasında uygulanmaya konan bir başka
yenilik de, çok yüklü, ağır uçakların yerden kalkışını
kolaylaştırmak için roketlerden yararlanılmaya başlanması oldu.
Uçağa takılan roketler kalkış sırasında ateşleniyor ve böylece
ek bir itme kuvveti elde ediliyordu. Kalkış sırasındaki işlevini
yerine getiren ve o arada yakıtını yakıp tüketen roketler
kalkıştan hemen sonra yere yere atılıyordu.
V2 roketi, kıtalar arası balistik füze denen uzun menzilli
füzelerin yapılmasına yol açtı. Bu füzeler bir kıtadan ötekine
fırlatılabilmekte ve hedeflerine yöneltilebilmektedir. Çok kademeli
roket tekniğiyle düzenlenen bu füzeler uç uca eklenmiş bir dizi
roketten oluşur. İlk kademe motorları büyük ve güçlüdür,
kalkışı sağlar. Daha küçük olan ikinci ve üçüncü kademe
motorları ise daha da hızlanması ve uçuşunu sürdürmesi içindir.
Çok kademeli roketler uzay araştırmaları alanında
uyduların ve insanlı uzay araçlarının fırlatılmasında
kullanılmaktadır. ABD'de ilk uzay mekikleri, SSCB'de Soyuz uzay
araçları ve avrupalıların Ariane roketleri hep çok kademeli
araçlardır. Birinci ve ikici kademe motorları roketi belirli bir
noktaya kadar hızlandırır ve bu noktada devreye giren üçüncü
kademe motorları rokete, Dünya çevresindeki belirli bir yörüngeye
oturmak ya da Dünya'nın kütle çekim etkisinden tamamen kurtulmak
için gerekli olan hızı sağlar.Bugüne kadar yapılmış olan en
büyük roket, ABD'nin Apollo programı çerçevesinde kullandığı
Saturn V fırlatma aracıydı. Saturn V'in fırlatma rampasındaki
ağırlığı 3.000 tona yakındı ve dikili durumundaki yüksekliği
111 metreydi. Bunu daha iyi anlamak için Sovyet kozmonot Yuri
Gagarin'in uzayda yaklaşık 12 saat kaldığı ve Dünya'yı
dolaştığı Vostok 2 uzay aracının sadece 4.5 ton olduğunu
söylememiz yeterlidir.
Roketler ancak çok hızlı giden araçlarda kullanılırlarsa
verimli ve yararlı olurlar.Roketler trenlerde, gemilerde,
otomobillerde denenmiş ancak yararlı sonuçlar elde
edilememiştir.Roketlerin hızını ve menzilini artırabilmek için
bilim adamları sürekli olarak daha etkili yakıtlar bulmak için
uğraşmaktadırlar.Aradıkları, çok yüksek sıcaklıklarda daha
çok gaz çıkaracak türden iticilerdir; böylece roket egzozundan
atılan gaz miktarı ve dolayısıyla gaz çıkışı artacak, bunun
sonucunda da roketin erişeceği hız yükselecektir.Herhangi bir
roketin bir uydu yörüngesine ooturabilmesi için saatte 28,000 km
hıza erişmesi gerekir.Aynı roketin Dünya'nın kütleçekim
etkişinden kurtulabilmesi için ise hızının saatte 40.000 km
olması gerekir; bu hıza "kurtulma hızı" denir.

KAYNAK: TEMEL BRITANNICA

CİLT 14