Uzay Uçuşları
İnsan motor gücüyle havada uçmayı ilk kez 1903’te gerçekleştirdi. Bundan hemen hemen 60 yıl sonra da bir taşıtı Dünya atmosferinin ötesine göndermeyi başardı. Artık bugün tam anlamıyla uzay uçuşları ile bir uzay çağında yaşamaktayız. Uzay yolculuğu hâlâ çok tehlikeli olmakla birlikte, bugün neredeyse sıradan bir iş haline gelmiştir. Bu sayfada, pek çok bakımdan uçak yolculuğundan farklı olan uzay uçuşlarının kapsadığı karmaşık işlemler anlatılmaktadır.
Fırlatma Öncesi İşlemler
Önce insanlı uzay araçlarının fırlatılmasını ele alalım. Bu tür bir araç fırlatma yerine alındıktan sonra astronotlar ve yer teknisyenleri geriye sayma işlemlerini başlatırlar. Geriye sayma herhangi bir uzay uçuşunun en önemli aşamasıdır. Bu aşama hem fırlatma öncesinde ana yer ve uçuş donanımlarının tam zamanında işletilmesini, hem de mürettebat ve donatım güvenliğinin sağlanmasını güvence altına alan, titizce planlanmış işlemleri kapsar. Geriye sayma süresi değişebilir; basit görevleri içeren uzay uçuşlarında bu süre, ABD’lilerin “Apollo” ya da uzay mekiği gibi araçlarla gerçekleştirdikleri daha karmaşık uçuşlardakinden çok daha kısadır. Geriye saymanın belirli bir esnekliği vardır; eğer bir onarım yapmak ya da yanlış giden bir şeyi düzeltmek gerekiyorsa geriye sayma durdurulabilir.
Geriye saymanın son aşamalarına yaklaşılırken yer teknisyenleri fırlatma noktasından ayrılır ve uzay aracının işletilmesinde denetim yer personelinden araçtaki mürettebata geçer. Fırlatma hazırlığı sırasında araç otomatik olarak denetimden geçirilir. Uçuş güvenliğini sağlamak için, aracın binlerce parçası sürekli olarak bilgisayarlarla izlenir. Eğer bir hata varsa bu durum uçuş denetimi'ne otomatik olarak iletilir. Böylece, araç fırlatılma öncesinde tam bir denetimden geçirilir.
Geriye sayma sıfıra ulaşmadan hemen önce motorlar çalıştırılır; ama kalkış ancak belirli koşullar sağlandığında gerçekleşir. “Apollo” fırlatma aygıtlarında, motorun gücü roketi kaldıracak güce erişir erişmez uzay aracını tutan kelepçeler açılır.
Pek çok uzay aracı türünde bu sistem uygulanmaktaysa da, uzay mekiğinde durum farklıdır. Uzay mekiğinde önce ana motorlar çalıştırılır. Bu motorlar sıvı yakıtlı olduğu için durdurulabilir ve bir sorun çıkarsa fırlatma geciktirilebilir. Eğer her şey yolundaysa, katı yakıtlı itici roket motorları ateşlenir ve bunun ardından aracı tutan dört kelepçe bir anda açılarak aracın fırlatma rampasından ayrılıp yükselmesine izin verilir.
SSCB’nin “Soyuz” uzay aracında durum farklıdır. Bu araç gerçekte bir yere bağlanmış, örneğin kelepçelenmiş olarak değil, bir köprünün desteğinde tutulur. Sıvı yakıtlı m otorlar ateşlenir ve yukarıya doğru itme yeterli düzeye ulaştığında roket kalkışa geçer ve o arada, yükselen araçtan gelen kuvvetin etkisiyle köprü geriye savrulur.
Yükselme
Araç atmosferde yükselirken cayroskopik yönlendirme mekanizmasının yardımıyla rotada tutulur; bu mekanizma , aracın çeşitli yönlerdeki sapma hareketlerini izleyerek rotadaki sapmaları denetim altına alır. Uzay aracındaki bilgisayarlar herhangi bir sapmayı belirlediklerinde , roket motorunun memelerinin doğrultusunu ya da bazı durumlarda yön dümenlerinin konumunu değiştirerek bu sapmayı düzeltir.
Yörüngeye Oturma
Uzay aracının Dünya yörüngesine girmesi için yükselme sırasında yeterli hıza ulaşmış olması gerekir. İstenen yörünge hızı, istenen yörünge yüksekliğine bağlı olarak değişir. İlk insanlı uçuşlarda roketler çok kademeliydi. Örneğin “Apollo” uzay araçlarında ilk kademe, mürettebat ve yükü taşıyan kapsülü belirli bir yüksekliğe ve hıza ulaştırıncaya kadar iterdi ve daha sonra araçtan ayrılırdı; birinci kademenin araçtan ayrılmasıyla ikinci kademenin iteceği yük hafifler ve bu böylece sürüp giderdi. Uzay mekiğini yörüngeye ulaştırmak için ise, katı yakıtlı itici roket motorlarıyla ana motorlardan oluşan bir düzenlemeden yararlanılır.
Uzay aracının gireceği yörüngenin tipi, yerine getireceği görev uçuşunun tipine bağlıdır. Haberleşme ve televizyon uyduları gibi aktarıcı istasyon görevi görecek uydular, normal olarak eşzamanlı, yani Dünya’nın kendi ekseni çevresindeki dönüşüyle uyumlu bir yörüngeye oturtulur; çok yüksek olan bu tür bir yörüngedeki uydu Dünya’nın üzerinde hep aynı nokta üzerinde kalır. Çok daha alçak olan kutupsal yörüngeler (kutup noktalarının üzerinden geçen yörüngeler) ise, yeryüzünün tümünü taramak zorunda olan meteoroloji uyduları, askeri amaçlı uydular ve Dünya’daki doğal kaynakları araştıran uydular gibi, çok değişik uzay araçları için kullanılır. Kutupsal yörüngeye oturtulmuş bir uydu Dünya çevresinde hareketini tamamladığında, Dünya da kendi ekseni üzerinde belirli bir miktar dönmüş olacağından, bir sonraki yörünge hareketinde Dünya’nın farklı kesimleri üzerinden geçer. Böylece 24 saatlik bir süre içinde yeryüzünün her kesimi gözlemlenebilir.
Ay ve gezegen uçuşları, aktarma yörüngesi denen bir yörüngeden başlar. Yani, uydu ya da insansız uzay sondası, yükseltme roketinin son kademesiyle birlikte önce Dünya yörüngesine girer. Bu yörüngeye ulaştıktan sonra, Dünya’nın çekim kuvvetinden kurtulup uzaya dalabilmesi için aracın kurtulma hızı'm aşması gerekir; bunun için aracın sistemleri tekrar gözden geçirilir ve son kademe roketi ateşlenir. Kurtulma hızı uzay aracının Dünya’nın kütleçekimini yenmesi için ulaşması gereken hızdır. Bu hız saniyede 11 kilometrenin biraz üzerindedir. Bazı gezegenlere yönelik yolculuklarda, aracın yalnızca Dünya’nın değil, Güneş’in kütleçekimi etkisini de yenmesi gerekir; bu yüzden dış gezegenlere yapılan uzay uçuşları daha büyük hızları gerektirebilir.
Uzayda Yaşam
İnsanlı uzay uçuşlarında astronotlar uçuş sırasında doğabilecek tehlikelere karşı gerekli önlemleri almış olmalıdırlar. Yükselme ve yeniden atmosfere girme aşamalarındaki hızlanma ve yavaşlama süreçleri astronotlar üzerindeki yerçekimi etkisinin önemli ölçüde artmasına neden olur. Bu etkiler özel olarak tasarımlanmış koltuklar kullanılarak büyük ölçüde azaltılabilir. Basınçlı mürettebat kabinleri, oksijen ve karbon dioksit düzeylerini ayarlama olanaklarıyla birlikte, astronotlara denetim altında tutulabilen bir ortam sağlar. Bu ortamda, hava basıncının yanı sıra sıcaklık ve nemlilik düzeyleri de bir oranda sabit tutulur.
Başka Dünyalara İniş
Bugüne kadar uzay araçları Ay’a, Mars’a ve Venüs’e indi. Uygulanan işlemler her üç durumda da farklıydı. Ay inişlerinde, alçalmayı yavaşlatıp aracın güvenli bir iniş hızına ulaşabilmesi için, aşağı doğru bir itme sağlayan hız kesici roketler kullanıldı. Bu yöntem hem insansız uzay araçlarında, hem de insanlı Apollo uçuşlarında uygulandı.
ABD’nin 1970’lerin ortalarında gerçekleştirdiği Viking uçuşlarında olduğu gibi, Mars’a indirilen uzay araçlarında uygulanan teknik bundan çok farklıydı. Mars’ın çevresinde çok ince bir atmosfer bulunuyordu ve araçların dışındaki koruyucu zırh, aracın bu atmosferin üst katmanlarına girerken yanıp yok olmasını önlüyordu. Daha sonra bu zırh atılıyor ve araç yüzeye 1.000 metre yaklaştığında alçalmayı denetleyen bir paraşüt açılıyordu. Daha sonra bu paraşüt de atılıyor ve bir itme sistemi aracın yüzeye inişini kolaylaştırıyordu. “Viking” yüzeye indiğinde alçalmayı sağlayan motorlar otomatik olarak durduruluyordu.
Son derece yoğun bir atmosferi bulunan Venüs’te sorunlar daha da farklıdır. Venüs’e yumuşak inişi yalnızca SSCB’nin “Venera” uzay araçları gerçekleştirmiştir. Mars inişlerinde olduğu gibi, burada da koruyucu bir zırh aracın atmosferin üst katmanlarından geçerken yanıp yok olmasını önlüyordu. Sonra bir paraşüt açılıyor ve yüzeye 50 km kala bu paraşüt de atılıyordu. Sonraki alçalma serbest düşme biçiminde oluyor ve araç kendine özgü tasarımı sayesinde iyice yavaşlayarak Venüs’ün son derece elverişsiz yüzeyine oldukça yumuşak bir iniş yapıyordu. Venüs’ ün atmosferi metallerin kolayca paslanıp aşınmasına yol açacak bir yapıda olduğundan, aracın bundan zarar görmemesi için atmosfer içindeki alçalışın olabildiğince kısa sürede gerçekleştirilmesi gerekir. Ne var ki, Venüs’e iniş en az 45 dakika sürer. Oysa “Viking”in Mars’a inmesi 10 dakika gibi bir zaman alır.
Dünya'ya Dönüş
Dünya’ya dönecek bir uzay aracının önce Dünya’nın yörüngesinden çıkması gerekir. Bunun için araç yavaşlatılmalı, bunu sağlamak için de hız kesici roketler ateşlenmelidir. Yörünge hızının azalması yörünge yüksekliğinin azalması sonucunu doğurur ve sonunda araç atmosferin üst katmanlarına girer. Dünya’nın atmosferi Mars’ınkinden çok daha yoğundur ve yeniden atmosfere giriş çok tehlikelidir. Atmosferdeki sürtünme sonucunda çok büyük miktarda ısı ortaya çıkar. Atmosfere giriş sırasında aracın yanıp yok olmasını önlemek için koruyucu ısı kalkanları kullanılır. Bu kalkanlar alçalma sırasında yanıp giden türden ya da uzay mekiğinde olduğu gibi ısının dağılmasını sağlayan karbon lifli karolardan oluşmuş koruyucu bir katman biçiminde de olabilir. Kaybolma ya da zarar görme halinde bu karolar tek tek değiştirilebilir. Geleneksel roketlerle fırlatılan uzay araçlarında, alçalmanın son aşamasında paraşütlerden yararlanılır. Uzay mekiği ise, atmosferde planör uçuşuyla alçalacak ve sonra da bir uçak gibi pistin üzerine inecek biçimde tasarımlanmıştır.
