Uzay
çalışmaları Yer atmosferinin dışından insanlı ve insansız uzay
araçlarıyla yürütülen araştırmalardır. Daha çok gelişmiş
ülkelerin yürüttüğü uzay araştırmalarının genel amacı; temel
bilimlerin ve teknolojinin de itici gücü ile uzayda doğal olayların
ölçülmesi, bilinmeyenin araştırılması, bilginin genişletilmesi,
Yer dışında insanlığa yararlı olabilecek kaynakların bulunmasıdır.
Genel itici güçler arasında ulusal itibar, ulusal güvenlik, bilimsel
merak sayılabilir. Özel amaçlar ise yer altı ve yer üstü kaynaklarının
bulunup incelenmesi, denizlerden yararlanma, meteoroloji (hava tahminleri),
iletişim (haberleşme) ve enerji gibi sorunlara yer atmosferi dışından
yanıt aramaktır.
6.1
Uzay Çalışmalarının Tarihî Gelişimi
Uçma
ve uzaya çıkma fikri çok eskidir. İranlıların, Hintlilerin ve
Çinlilerin efsaneleri uçan adamlarla doludur. Atmosfer varlığının
kanatlı uçuşlar için gerekli olduğu, atmosfer olmazsa kanatlı
uçmanın mümkün olmadığı çok sonra ancak 16. yüzyılda öğrenilmiştir.
Örneğin; Ay'a kadar kanat takıp uçmak öncelikle arada atmosfer
olmasını gerektirir. Halbuki yer atmosferinin kalınlığı Ay uzaklığının
ancak on binde birini kapsar. 17. yüzyılda Ay'a yolculuk üzerine
bilim kurgu hikâyeleri yazılmaya başlanmıştır. Bunlardan bazıları
roket kullanımını da öngürüyordu. Çünkü o zamanlar roket denebilecek
âletler savaşlarda kullanılıyordu. İlk roket muhtemelen 13. yüzyıl
başlarında Çinliler tarafından keşfedilmiştir. 1232 de Çinlilerin
bir savaşta yakıtı barut olan roketler kullandığı bilinmektedir.
Barut yakıtlı ilk roketlerin yapımı Avrupada da öğrenildikten
sonra roketlerin askerî amaçlarla savaşlarda kullanımı yaygınlaşmıştır.
Bu arada zamanla barut yakıtlı roketlerin güçleri menzilleri, ağırlıkları
ve hedefe ulaşımda güvenilirlikleri oldukça geliştirildi. İkinci
Dünya Harbi'ne kadar roketler sadece patlayıcı maddeleri uzak hedeflere
fırlatma amacıyla kullanıldı. Ancak bu arada, roketlerin başka
amaçlarla da örneğin, uzay uçuşlarında kullanılabileceği öğrenilmişti.
19. ve 20. yüzyıllarda gerçekleşen teknolojik ilerlemeler sonunda,
bir çok kimse roketlerle Ay'a gidilebileceğine inanmaya başlamıştır.
Rusyada N.I.Kibalchich (1853-1881) insan taşıyan roketlerin yapılabileceğini
savunmuş ve 1890'da Alman H. Ganswindt (1856-1934) bu düşünceyi daha da geliştirerek
roketlerle yönlendirilebilen insanlı uzay araçlarının yapılabileceğini
göstermeye çalışmıştır. 1898 de Rus K.Tsiolkovsky (1857-1935)
roket operasyonunun matematiksel formülleri üzerine ilk çalışmasını
tamamlamış, roketlerde katı yakıt yerine sıvı yakıt kullanımının
gerekliliği üzerinde durmuştur. Sıvı yakıtla daha fazla güç
elde edildiğini ve bu gücün daha kolay kontrol edilebildiğini göstermiştir.
Tsiolkovsky daha sonraki çalışmalarıyla çok kademeli roket kavramını
geliştirmiştir. Ancak Tsiolkovsky kuramcı olduğu için düşüncelerini
deneme evresine sokamamıştır. Tsiolkovsky'nin sıvı yakıtlı roket
önerisini ilk kez Amerikalı bilim adamı R.H.Goddard (1882-1945)
1926'da uygulamaya sokmuştur. Diğer taraftan Almanyada H.Oberth 1917'de
sıvı yakıtlı askerî amaçlı roket yapımının projelerini doktora
tezi olarak tamamlamış, ancak tez uygun bulunmayarak 1922'de geri
çevrilmiştir. Daha sonra Oberth'in, roketleri temel alan uzay uçuşları
üzerine yazdığı bilimsel kitaplar hâlâ önemini yitirmemiştir.
Oberth'in çalışmalarından esinlenerek Avrupa'da ilk sıvı yakıtlı
roket denemesini 1931 de Alman J.Winkler (1897-1947) yapmıştır. 1927'de kurulan Alman
Uzay Uçuşları Derneği de sıvı yakıtlı roket denemelerine başlamıştır.
Bu denemeleri yapanlardan biri de o zaman çok genç olan W. Von Braun
(1912-1977)
dur. Almanya'da roket çalışmaları 1932'de ordu tarafından ele alınmış,
1937 'de bir deneme istasyonu kurulmuş ve sonra bu istasyonda V-2 roketleri
geliştirilmiştir. Bir tonluk savaş başlığı taşıyan bu sıvı
yakıtlı roketler, bugünkülerin öncüsü olarak savaşların gidişini
değiştirdi ve Dünya'nın uzay çağına girişinde önemli bir rol
oynadılar.
İkinci
Dünya Savaşı sonunda Alman roket uzmanları, başta Von Braun olmak
üzere Amerikan ordusuna teslim olup çalışmalarına Amerika'da devam
ettiler. Savaştan hemen sonra Amerikan hava kuvvetleri; Atlas, Titan
ve Thor gibi güçlü roketler geliştirirken Rus roket uzmanları (Örneğin;
F.Tsander, S.Korolev, V.Glushko ve M.Tikhonravov) Tsiolkovsiky'nin bulgularını
izleyerek kısa zamanda Atlantik'i bile geçebilecek güçte roketler
geliştirdiler. 1950'de uluslararası Astronotik Federasyonu kurulmuş,
yıllık toplantılarında uzay uçuşu problemleri tartışılmış,
uzay uçuşu için gerekli teknolojiye ulaşıldığında önce âletli
ardından insanlı uzay araçlarının Dünya yörüngesine sokulması
düşünülmüş, sonraki hedefler; Ay, Venüs, Mars ve diğer yakın
gezegenler olarak belirlenmiştir. Uygulamalar zengin ülkeler tarafından
yapılabilmiş, l955'lerde Rusya'da ve Amerika'da uzay uçuş programları
plânlanarak uygulama aşamasına girilmiştir. Ruslar ilk kıtalararası
roketi 1957 Ağustos'unda fırlattılar. Rusya'da bu güçlü roketler
aynı yılın 4 Ekim günü ilk yapay uydu Sputnik 1'i Dünya yörüngesine
oturtmak için kullanıldı. Böylece çok kademeli roketler uzay uçuşlarında
uygulamaya sokulmuş ve uzay çağı başlamıştır. Sovyetler güçlü
çok kademeli roketlerine sürekli yeni kademeler ekleyerek, Vostok
ve Soyuz gibi insanlı ve insansız uzay araçlarının fırlatılmasında
yararlanmışlardır. Sovyetler hemen birincinin ardından 3 Kasım
1957'de Sputnik 2 yi içinde Laika adlı bir köpekle birlikte Yer yörüngesine
oturturken ABD, aynı yıl Vanguard uzay aracının fırlatılmasında
başarısız olmuş ve sonra 31 Ocak 1958'de ilk başarılı uzay aracını
(Explorer 1) fırlatmıştır.
Amerika'da
Redstone ve Uno roketlerinden sonra Von Braun ekibi, insanlı uzay uçuşları
için çok kademeli Satürn roketini geliştirdiler. Apollo projesi
için geliştirilen o zaman Dünya'nın en güçlü roketi Satürn V
ilk kez 1967 de uygulamaya sokuldu. Sovyetler Satürn V in yarı gücünde
Proton roketini geliştirmişlerdi. Proton roketi insanlı Ay yolculukları
için geliştirilmiştir. 1968'de Apollo projesiyle ilk insanlı Ay
yolculuğundan sonra Ruslar insanlı Ay projesini iptal edip Proton
roketini insansız uzay uçuşları için kulanmışlardır. Daha sonra
Ruslar, Satürn V ten çok daha güçlü dev bir roket, yaptılar. Bu
roket Ay yolculuklarında ve dev bir uzay istasyonunun Dünya yörüngesine
oturtulması için kullanıldı. Bu roket, 10 tonluk kütleyi Dünya
yörüngesine oturtacak, 60 tonluk kütleyi Ay'a gönderebilecek güçtedir.
Raporlara göre üç kademeli olan bu dev roket, 1968-1972 yıllarında kaza geçirdiği için
Ruslar daha sonra Energia adlı daha güçlü yeni bir roket sistemi
geliştirmişlerdir.
Şekil 6.1: Rusların
2. nesil Mir uzay istasyonu.
Roketlerdeki itici
gücün kaynağı roket motorlarında oluşturulan sıcak gazın hızla
dışarı atılmasından doğan tepkidir. Newton'un üçüncü yasasına
göre her etkiye zıt yönlü bir tepki kuvveti oluşur. Roketlerde
roket motorlarından hızla püskürülen gaz, rokete zıt yönlü bir
hareket sağlar. Roketlerde bu itici gücü daha iyi anlamak için şişirilmiş
bir balonu, ağzını bağlamadan havaya bırakın, balonun sönerken
çıkardığı havanın itme gücüyle zıt yönde hızla hareket ettiğini
göreceksiniz. Roketler sıvı veya katı bir yakıtın yanında ateşleyci
olarak ayrıca oksijen taşırlar. Yakıt ve oksijen ayrı ayrı tanklarda
depolanır ve pompalama sistemiyle belli oranlarda yanma odasına püskürtülür.
Yanma odasında oluşturulan küçük bir kıvılcım reaksiyonu başlatır.
Ortaya çıkan sıcak gaz büyük bir basınçla dışarı püskürtülerek
zıt yönünde etki-tepki prensibine göre hareket sağlanır.
Hareketin hızı, roketin kütlesi yanında püskürtülen gazın ilk
hızına ve birim zamanda püskürtülen gazın kütlesine bağlıdır.
Birim zamanda püskürtülen yakıt kütlesi arttırılarak çok büyük
kütleli roketler uzaya fırlatılabilir. Ancak bu durumda, uçuş boyunca
fazla yakıt gerekeceğinden, büyük kütleli roketlerin fırlatılmasında
yakıt depolarının büyük olması yanında, püskürtülen gazın
ilk hızı da arttıralarak daha fazla tepki kuvveti sağlanır. Roketleri
jet motorlarından ayıran tek özellik, jet motorlarında oksijen tankı
bulunmamasıdır. Jet motorları oksijeni atmosferden alırlar. Ancak
bu nedenle jetler sadece oksijeni bol olan alt atmosfer katmanlarında
uçabilirler. Roketlerse atmosferin üst katmanlarında hatta boşlukta
da etki-tepki
prensibine göre hareketlerini sürdürebilirler.
Şekil 6.2: ABD'de
NASA'nın geliştirip kullandığı uzay mekiklerinden biri.
1980'li
yıllara gelinirken hem ABD'de hem Rusya'da uzay mekigi denen ve tekrar
tekrar kullanılabilen uzay araçları geliştirildi. Uzay mekikleri
güçlü roketlerle uzaya fırlatılmakta, Dünya etrafındaki yakın
uzayda görevlerini yaptıktan sonra tekrar kullanım için tıpkı
bir uçak gibi yer yüzüne inebilmektedir. 1980'li yılların başında
ABD tarafından uygulamaya sokulan uzay mekikleri birbirine bağlı
üç roketle hareket ettirilmekte, yakıt olarak ayrı tanklarda sıvı
hidrojen ve sıvı oksijen kullanılmaktadır. Ek olarak yanlarda iki
tane katı yakıtlı roket bulunmaktadır. Mekik, Yer çekiminden yavaş
yavaş kurtuldukça kademeli olarak işi biten yakıt depolarını okyanus
üstlerinde boşluğa bırakmaktadır. Ayrıca, mekiklerin kendi üzerlerinde
küçük yapılı manevra roketleri bulunmaktadır. Bugün için roket
yakıtları büyük hacimli ve ağır kimyasal yakıtlardır. Özellikle
büyük kütlelerin uzaya fırlatılmasında kullanılan roket yakıtları
çok fazla olması gerektiğinden, fırlatma işi mühendislik açısından
oldukça zorlaşmakta hatta tehlikeli olmaktadır. Bu bakımdan geleceğin
roketleri için başka yakıt türleri düşünülmektedir. Yeni düşüncelerden
birisi iyon roketi veya elektrik roketidir. Düşünceye göre ağır
bir elementin, örneğin; sezyumun atomları tamamen iyonize oluncaya
kadar ısıtılacak ve oluşan çok sayıda yüklü parçacık (plâzma)
güçlü bir elektrik alanıyla hızlandırılıp uzaya püskürtülecek.
Etki tepki prensibine göre de roket zıt yönde hızlanacaktır. Hesaplara
göre iyon roketlerinde itme gücü çok fazla olmamakta ancak çok
az yakıtla roket uzun süre ivmeli bir hareket yapabileceği için
büyük hızlara ulaşacaktır. İyon roketlerinin ilk fırlatma sırasında
yakıt kütleleri de az olduğundan bu roketlerle yer çekiminin daha
kolay yenileceği sanılmaktadır. Henüz büyük iyon roketleri devreye
girmemiş olmasına karşın uzayda küçük iyon roketlerinin denemeleri
başarıyla yürütülmektedir.
Geleceğin
roketleri için diğer bir düşünce nükleer güçten yararlanmaktır.
Nükleer denizaltılarda olduğu gibi bir reaktörden alınan atomik
güçle bir sıvı, örneğin; sıvı hidrojen veya su, sıcak gaz hâline
dünüştürülüp uzaya püskürtülerek rokete zıt yönde hız verecektir.
Daha da önemli bir düşünce yıldızların merkez bölgelerinde var
olan nükleer enerji üretim mekanizmalarının roketlerde uygulanmasıdır.
Bilindiği gibi yıldızların merkezlerinde dört hidrojen çekirdeği,
yüksek sıcaklık ve basınç altında birleşip bir helyum çekirdeğine
dönüşmekte ve çok büyük bir nükleer enerji açığa çıkmaktadır.
Gök yüzünde yıldızlar çok uzak oldukları hâlde bu nükleer enerjinin
çok büyük olması nedeniyle parlamaktadırlar. Gelecekte roketlerde
böyle bir enerji üretim mekanizması çalıştırılabilirse, evrende
en bol madde hidrojen olduğuna göre roket yıldızlararası maddeden
aldığı hidrojeni enerjiye dönüştürerek yıldızlararası yolculuk
yapabilecektir. Bugüne kadar roketler, insanoğlunun Ay'a gitmek gibi
eski bir tutkusunu gerçekleştirmede çok önemli bir rol oynamıştır.
Güneş sisteminin içinde ve bunun da ötesinde insansız uzay araştırmalarının
yapılabilmesini mümkün hâle getirmiş ve uzayla ilgili bilgilerin
hızla gelişmesini sağlamıştır. Yarının gelişmiş roketleriyle
diğer Güneş sistemlerine ulaşma tutkusu da gerçekleşebilecektir.
Bugün kademeli roketlerle gerçekleştirilen başarılı uzay uçuş
projeleri, proje adlarıyla (örneğin Apollo projesi) bilinmektedir.
Sovyetlerin en başarılı uzay uçuş projeleri sırasıyla; Sputnik,
Vostok, Voskhod, Soyuz ve Venera projeleridir. Önemli ABD uzay uçuş
projeleri ise; Vanguard, Pioneer, Mercury, Apollo, Gemini ve Voyager
projeleridir. Ayrıca ilk uluslararası uçuş projesi olan Apollo-Soyuz
test projesi 15-24
Temmuz 1975'te gerçekleştirilmiştir. Rusya ve ABD'den sonra gelişmiş
Batı Avrupa ülkeleri, Çin, Japonya, Kanada, Hindistan, Brezilya ve
Avustralya gibi birçok ülke uzay araştırmalarında önemli adımlar
atmıştır. Ancak uzay araştırmaları çok pahalı bir uğraş olduğundan,
Rusya ve ABD dışındaki çalışmalar insansız küçük projelerle
sınırlı kalmıştır. ABD'deki uzay araştırmalarını Ulusal Havacılık
ve Uzay Dairesi-NASA
yürütmektedir. İlk 20 yılda NASA sivil ve askerî amaçlar için
90 trilyon dolar harcamıştır, yarım milyondan fazla insan çalıştırmaktadır.
Rusya'da bu işi Bilimler Akademisi ve bu kuruma bağlı Kozmik Araştırmalar
Enstitüsü yürütmektedir. Uzay araştırmalarında üçüncü güç
1964'te Avrupa Uzay Araştırmaları Organizasyonu-ESRO olarak kurulup 1975'te Avrupa Uzay Ajansı-ESA
ya dönüşen Avrupa ortaklığıdır. Bugün ESA; Belçika, Danimarka,
Fransa, Almanya, İtalya, Hollanda, İspanya, İsviçre
ve İngiltere'den oluşmaktadır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder