İçeriğe geç

Uzay Mekiği Motorlarını Çalıştırırken, Neden Kıvılcım Verilir?

rs-25-sema.png

Uzay mekiği, belki de uzay deyince aklına gelen ilk nesnelerden biridir. Ender yapısı ve kendine has özellikleriyle, çok nadide bir araçtır.

Uzay Mekiği Programı ile alakalı güzel bir yazı geliyor, devamında Apollo ve SpaceX ile alakalı yazılar da gelecek. Ancak bundan önce, çok karıştırılan bir durumu açıklığa kavuşturmak istedim. 



Uzay Mekiği’nin ana 2 motor grubu vardır: Katı Roket İticiler (SRB) ve Sıvı Yakıtlı Roket Motoru. Katı motorlar, mekiğin yanında gördüğümüz iki beyaz kuledir, biz bugün bunlarla ilgilenmiyoruz.

b.jpg



Bizim ilgilendiğimiz yer, Uzay Mekiği’nin Dünya’ya dönebilen ve kanat takılmış dev bir beyaz tuğlayı andıran, Orbiter denilen bölümü. Katı iticilerin kendi yakıtları içindedir ve ayrı bir sisteme sahiptir. Ancak tüm mekiği Uzay’a taşımak için yeterli değillerdir. Bu nedenle, Orbiter üzerinde 3 adet devasa sıvı Oksijen – Hidrojen roket motoru bulunur.

d.jpg



Rocketdyne RS 25 model bu bu motorlar, tarihin en verimli motorudur ve aynı zamanda en büyük motorlarından biridir. Bu üç motor, mekiği yörüngeye yerleştirmek için Katı iticilerle beraber çalışır ve tabiri caizse, yakıtı su gibi içerler. Bu nedenle, mekiğin tam ortasında, turuncu renkli devasa bir tank bulunur. External Tank denilen bu tank, (yaklaşık) 1/3 oranında sıvı Oksijen ve 2/3 oranında sıvı Hidrojen taşır.

c.jpg



Bu motorlar, mekik yörüngeye ulaşıp, yakıt tankını bıraktıktan sonra tamamen işlevsiz kalır. Sonrası başka bir zaman kalsın, biz motorlara odaklanalım.

Motorların sıvı yakıtla çalıştığından bahsetmiştik. Bunun belli başlı sebepleri var. En temel sebepleri, sıvı yakıtla çalışan motorların gücünün ayarlanabilir olması ve herhangi bir acil durumda kapatılabilir olmasıdır. Bunun yanında, mekik yeniden kullanılabilir bir tasarımda olduğundan, motorların da yeniden kullanılabilir olması gerekmektedir. Sıvı yakıtlı motorlar bu duruma daha uymaktadır. Ayrıca sıvı yakıtlı motorlar, görece daha güvenlidir.

RS-25, NASA baz alınırsa Saturn V’nin F1 motorlarından sonra kullanılmış en büyük sıvı yakıtlı roket motoru. Hatta o kadar büyük ve güçlü ki, NASA bu motorları gelecek SLS projesinde de kullanmayı düşünüyor.

rs-25-sema.png



RS-25, 1,860 kN’luk gücünü Oksijen ve Hidrojen yakarak sağlar. Karışımın belirli bir oranı vardır ve oranın çok az ya da çok fazla olmaması, motor güvenliği ve verimlilik açısından çok önemlidir. RS25, çift turboya sahiptir. Turbolardan biri (turbopump), Hidrojen’i Oksijen’e boğmak için kullanılırken, diğeri yakıt karışımını yanma çemberine göndermek için kullanılır?

Peki, kıvılcımlar?

fg.jpg



Bu kıvılcımlar, mekik için hayati öneme sahiptir. Ancak motorların çalıştırılmasında kullanılmazlar, peki neden?

Öncelikle, yukarıda da bahsettiğim gibi, RS-25’ler turbopumplara sahiptir. Bu nedenle, turbopumpların doğru ve hızlı çalışmaya başlayabilmesi için yakıtın normalden biraz daha oksijene ve hidrojene zengin bir şekilde verilmesi gerekir. Motorların içinde, Nozzle’ın baş tarafında, ateşleyici sistemler vardır. Roketi çalıştıran sistemler burada bulunur. Çalıştırma işlemi kontrollü gerçekleşir. Her motor, sırasıyla aralarında milisaniyeler olacak şekilde başlar. Bu sayede maksimum stress azaltılmış olur. Yİne motorlar, T: 0 anından birkaç saniye önce başlarlar. Bu sayede motorların tam kapasite çalışıp çalışamadığını anlamak için gerekli süreleri olur. 4 saniye içinde herhangi bir anomali gözlenirse fırlatma direkt iptal edilir. Zira T:0 anında katı iticiler ateşlenmelidir ve katı iticiler, çalıştıktan sonra yakıtları bitene kadar duramazlar.

a.jpg



Kıvılcım sistemi ise, fırlatma rampasının alt kısmında, motorların baktığı kısımda biriken patlayıcı gazları yakmak için kullanılır.

Uzay mekiğinin ana motorlarının altındaki parlak kıvılcımların amacı, motor çalışmadan önce, hidrojenin motorun altında birikmesini önlemektir. Gaz birikirse ve ardından motor ateşlenirse, sonuç genellikle patlamayla biter.

Hidrojene ve oksijene maruz kalacak büyük açıklıklı boşluklarda, hidrojenin basınç altında pompalanıp ateşe verilmesini kimse istemez. Fazla hidrojen bertaraf edilmezse, aksi takdirde patlama olarak da bilinen “sert başlangıca” neden olur. Bunun, roket motorunun parçalarını etrafa saçma eğilimi vardır.

Motorun altındaki alana kıvılcımlar püskürterek, motordan dışarıya hidrojen sızması ve roketin altında birikmesi durumunda, Hidrojen’in roketin altında birikmek yerine dışarı sızarken yavaşça yanar halde olduğundan emin olursunuz. Sonra motoru çalıştırdığınızda Hidrojen de yanmaya devam eder.

Peki, Apollo’da neden kıvılcım yok?

Saturn V roketi ilk aşamasında yakıt olarak Hidrojen’i değil, ultra rafine gazyağı (Kerosen) kullanıyordu. Gazyağı, gaz değil sıvı olduğu için, ateşlenmeden önce motordan dışarı sızan gazyağı roket nozulunun içinde toplanmayacaktı.

Satürn’ün ilk aşamasındaki ateşleme dizisi tamamen çılgınlıktı. Her şey hazır olduğunda, motora küçük miktarlarda hipergolik kimyasal enjekte ederek motor çalıştırılırdı. Hipergolik basitçe, birbirleriyle temas ettiklerinde kendiliğinden alev alan kimyasallar anlamına gelir.


Bu kısımda biriken Hidrojen ya da Oksijen, mekiğe zarar verebilir. Bu kısımları gözetleyen sensörler vardır ve Hidrojen kaçağıdurumunda, fırlatmayı direkt iptal ettirirler. Mesela bu olay, mekiğin anamotrlarından birindeki, Oxidizer turbopumpının maksimum sıcaklığı geçmesi sonucu yaşanmıştır:


Mekiğin nasıl sallandığını görebilirsiniz.

Bu ise, daha motorlar bile başlamadan, Hidrojen seviyesi sınırın çok üstünde olduğu için iptal edilen bir fırlatmanın görüntüsüdür:


Umarım keyifli bir yazı olmuştur. :)

Motorların başlama düzeni:


Bazı ağır çekim görüntüler:


Tarih:Uncategorized