Roket
Roket, yakıt ve oksijen yakarak çalışan ve bu yanma sırasında oluşan gazların geriye doğru püskürmesinin etkisiyle ileri doğru yol alan araçlara denir. Birbirine 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 Avrupa’ya yayıldı. Ama topun ortaya çıkmasıyla birlikte roketler önemini yitirdi ve yalnızca şenliklerde kullanılmaya başladı; bu durum 19. yüzyılın başlarına kadar böylece sürdü. 1800’lerin başlarında İngiliz mucit Sir William Congreve, 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 ucundaki bir memeden dışarı püskürür. Newton’ın üçüncü hareket yasasına göre, 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 arkalarından püsküren gazın hızına bağlıdır. Hızla püsküren gaz demetine gaz jeti, gaz jetinin 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 hızları elde edilemiyordu.
Congreve’in geliştirdiği roketler, havai fişeklerdeki gibi bir çubuğa bağlanmıştı. Bu çubuklar kuyruk işlevi görerek roketin uçuş sırasında dengede kalmasını sağlıyor, ama aynı zamanda rüzgârlı havalarda bir fırıldak gibi dönmesine de neden oluyordu. Bu da, düşmanın üzerine doğru fırlatılan roketin hedefinden sapmasına yol açıyordu. İngiliz mühendis William Hale bu roketleri geliştirme çalışmalarına 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 çevresinde 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 (1914-18) sırasında roket kullanılmadı, çünkü o döneme kadar toplar iyice geliştirilmiş ve güçleri 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 kıyıya doğru sürüklenir ya da kıyıya yakın bir yerde karaya oturursa, sahil güvenlik ekipleri kayalıklardan ya da kumsaldan ateşlenen bir roketin yardımıyla gemiye özel bir ip fırlatabilir. Bu ipin yardımıyla gemiye halat ve kasnak gibi malzemeler iletilebilir ve böylece kıyı ile gemi arasında bir havai hat oluşturularak gemi mürettebatı kurtarılabilir.
ABD’li bilim adamı Robert H. Goddard, 1920’lerde ve 1930’larda roketler üzerinde çığır açıcı deneysel araştırmalar yaptı. Goddard bu çalışmalarıyla roket uçuşunun ilk matematiksel formüllerini 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 çalışmaları 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. (V2 adı, “İntikam Silahı 2” anlamındaki Almanca Vergeltungs waffe 2’nin kısaltmasıdır.) 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 atılıyordu.
V2 roketi, kıtalar arası balistik füze denen uzun menzilli güdümlü 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 roketin 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 Avrupalılar’ın Ariane roketleri hep çok kademeli araçlardır. Birinci ve ikinci kademe motorları roketi belirli bir noktaya kadar hızlandırır ve bu noktada devreye giren üçüncü kademe motorları rokete, Dünya’nın çevresindeki bir yörüngeye oturmak ya da Dünya’nm kütleçekimi etkisinden bütünüyle kurtulmak için gerekli olan hızı sağlar. Bugüne kadar yapılmış olan en büyük roket, ABD’nin Apollo programı çerçevesinde kullandığı Satürn 5 fırlatma aracıydı. Satürn 5’in fırlatma rampasındaki ağırlığı 3.000 tona yakındı ve dikili durumdaki yüksekliği 111 metreydi.
Roketler ancak son derece hızlı giden araçlarda kullanılırsa verimli ve yararlı olur; roketler trenlerde, otomobillerde ve gemilerde de denenmiş ama yararlı sonuçlar elde edilememiştir.
Roketlerin hızını ve menzilini artırabilmek için bilim adamları sürekli olarak daha etkili yakıtlar bulmak için uğraşmaktadırlar. Aradıkları, yüksek sıcaklıklarda daha çok gaz çıkaracak türden iticilerdir; böylece roket memesinden atılan gaz miktarı ve dolayısıyla da gaz çıkış hızı artacak, bunun sonucunda da roketin erişeceği hız yükselecektir. Sıvı oksijen ve petrol kullanıldığında elde edilen yanma sıcaklığı 3.000°C, egzoz hızı ise dakikada 145 kilometredir. Yakıt olarak petrol yerine sıvı hidrojen kullanıldığında, gaz püskürme hızı dakikada 190 kilometreye ulaşır. Roketler ancak bu kadar yüksek gaz püskürme hızlarıyla uyduları Dünya’nın çevresindeki bir yörüngeye taşıyabilecek hızlara ulaşabilirler. Herhangi bir roketin bir uyduyu yörüngeye oturtabilmesi için saatte 28.000 km hıza erişmesi gerekir. Aynı roketin Dünya’nın kütleçekim kuvvetinden kurtulabilmesi için ise hızının saatte 40.000 km olması gerekir; bu hıza “kurtulma hızı” denir.
Bilim adamları gelecekte hidrojenin yalnızca yakılması yerine, nükleer reaktörlerde çok daha yüksek sıcaklıklara çıkartılarak püskürtülmesine dayalı daha güçlü roketlerin geliştirilebileceğine inanıyorlar. İyon jeti (elektrik-yüklü parçacık püskürmesi) üreten iyon roketleriyle denemeler yapılmaktadır. Bu tür püskürtmelerde egzoz hızı son derece yüksektir.
