Zeynep Hazal KIRIK
HELYAK Roket Takımı Mekanik Bölüm Kaptanı
Yüzeysel Anlamda Model Roketçilik
Roket bilimi pek çok bilim dalının ve pek çok teknolojinin en üst halkalarının kombinasyonuyla olur. Bu nedenle son derece tehlikeli, pahalı ve zor bir bilimdir. Daha basit materyaller ve tekniklerle, ticari/askerî roketlere göre daha az faydalı yükü daha kısa mesafelere ulaştıran bir roket dalı gelişmiş ve buna “model roketçilik” denmiştir. Model roketlere düşük güç roketi de denilmektedir. Soğuk savaş döneminde roketçilik üzerine ilgi artıp pek çok genç bilim insanı deneyler sırasında öldüğü için kazaların önüne geçmek amacıyla alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Yıllarca süren çalışmalar sonucu ilk model roket 1954 yılında ABD de Orville H. Carlisle ve Robert Carlisle tarafından icat edilmiştir.
‘Rock-A Chute Mark 1’ isimli bu model roketin gövdesi balsadan, kanatları kartondan ve kağıttan bir paraşüte sahiptir. Her geçen gün bilim insanlarının başına gelen ölümcül kazaların arttığı bu dönemde kazaların önüne geçmek ve bu müthiş buluşu sistematik düzene koymak amacıyla 1957 yılında Ulusal Roketçilik Birliği NAR’ı kurdular. NAR’ın kurulmasıyla birlikte o dönemlerde amatör roketçilik olarak bilinen model roketçilik gerçek görünümüne kavuşmuştu. İlerleyen yıllarda ulusal/küresel bazda çalışmalara ön ayak olan roket çalışmalarında kullanılan model roketçilik her geçen gün ortaya konan yeni tasarımlarla değişiklik göstermektedir. Çoğunlukla gerçek roket problemlerinin çözümünde veyahut eğitimlerde işlev gösteren model roketçilikte günümüzde dünya üzerinde 5000’e yakın grup olduğu düşünülmektedir.
Model Roketçilikte Temel Kuvvetler
Roketlere uçuş sırasında etki eden 4 temel kuvvet vardır Bunlar: Yerçekimi, aerodinamik sürükleme, aerodinamik kaldırma ve motorun itkisidir. Yerçekimi kuvveti model roketçilikte uçuş boyunca sabit kabul edilir ancak uçuş esnasında rokete etki eden yerçekimi kuvveti yerçekimi ivmesi çarpı roketin o anki kütlesi formülü ile rahatlıkla bulunabilir. Roketlerde aerodinamik kuvvetleri büyük ölçüde kanatçıklar ve gövde belirler. Doğal olarak bunlara bağlı olan ağırlık etmeni de ön plandadır. Aerodinamik sürüklenme tanım olarak uçuş yönüne karşı gösterilen zorluktur. Roketin hızı ile doğru orantılı olan aerodinamik sürüklenme uçuşu stabil şekilde ilerleyen bir rokette aerodinamik kalkınma kuvvetinden fazladır. Aerodinamik kalkınma itki ağırlığına zıttır ve uçuş yönünü dengeleme işlevine sahiptir. Model roketçilikte aerodinamik kalkınma genellikle ihmal edilir. Başarılı bir uçuş için roketin motoru tasarlanırken vereceği itki kuvveti aerodinamik sürükleme ve yerçekimi kuvvetlerinden daha büyük olmalıdır. Motorun itkisi motora ait hesaplanmış olan itki/zaman grafiğinden; yerçekimi kuvveti, yerçekimi ivmesi ile roketin o anki kütlesinin çarpımıdır. Burda dikkat edilmesi gerekilen en önemli nokta ise roketin ağırlığının ateşlendiği andan itibaren her saniye değiştiğidir.
Bir Model Roketin Bileşenleri
Model roketlerin hizmet ettikleri amaçlara göre bileşenleri değişse de her model rokette temel olarak bulunan bileşenler vardır. Bunlar; burun konisi, faydalı yük, gövde, motor, sabit kanatçıklar, ayırma ve kurtarma sistemidir.
Burun Konisi
Uçuş esnasında sürtünmeyi etkileyen en önemli faktör olan burun konisi yapısal bütünlüğünü korumak için basınç gibi etmenlere karşı dayanıklı ağırlık merkezi sapması olmaması için hafif olmalıdır. Farklı geometrilere sahip burun konileri bulunmaktadır. Ses altı hızlarda küresel temelli burun konileri aerodinamik açıdan daha verimlidir. Ses üstü hızlarda ise sürtünme kuvvetini minimuma indirmek için konik geometrili burun konileri tercih edilmelidir.
Faydalı yük
Uydu fikri üzerine ortaya çıkan faydalı yüklerin temel amaçları içlerine yerleştirilen çoğunlukla bilimsel temelli görevleri istenilen noktaya ulaştırmalarıdır. Faydalı yüklerin tasarımı, roketlerin uçuş esnasında karşılaşacağı yüksek basınç, ısı gibi etkenlere dayanıklı ve gövde içerisinde zarar görmeyecek şekilde tasarlanmalıdır.
Gövde
Roketin ana bileşeni olan gövdenin temel amacı ekipmanları muhafaza etmek ve yapısal bütünlüğü korumaktır. Bir roketin görevini başarılı tamamlayabilmesi için ekipmanların entegrasyonlarının düzgün yapılması gerekmektedir. Roketin atmosferle temas eden bileşenlerinden biri olduğu için aerodinamik yapıyı etkilememesi amacıyla mümkün olduğunca alt bileşenlerini içerisinde muhafaza etmeli ve yüzeyinde pürüzsüzlüğü sağlamalıdır. Farklı maddelerden üretimi sağlanabilen gövdenin başlıca üretim materyalleri; fiberglass, carbonfiber ve alüminyum gibi maddelerdir. Tabii bu maddelerin seçiminde roketin görevi ve dikkat edilmesi gerek etmenler olan irtifa, ağırlık ve benzeri kavramlar göz önünde bulundurulmalıdır.
Motor
Motorlar roketin istenilen irtifaya ulaşmasını sağlayan itki kuvvetini sağlarlar. Çalışma işleyişinin en basit hali kapalı bir ortamda yüksek sıcaklık ve basınca sahip gazların dışarı çıkmasıdır. Model roketçilikte çoğunlukla içten yanmalı dediğimiz hibrit motorlar kullanılır Roketler motorlarının tasarımlarına göre çok yüksek hızlara ulaşabilirler.
Sabit Kanatçıklar
Sabit kanatçıklar uçuş sırasındaki aerodinamik kuvvetleri oluştururlar. Düzgün entegre edilmiş kanatçıklar uçuş sırasında bozulan kararlılığı telafi eder.
Kurtarma ve Ayrılma Sistemleri
Roketin kurtarılması veya faydalı yükü tahliye etmek için her model rokette bir veya birden çok ayırma sistemi bulunmaktadır. Tasarımdan tasarıma ayırma sistemi tetikleyicileri değişiklik gösterir. Sıcaklık veya basınç etkenleri tetikleyici olarak kullanılabilirken zamanlayıcı veya sensörler de aynı işlevi gösterebilirler. Ancak model roketlerde en popüler ayırma sistemi gövdeyi basınçlandırma prensibine dayanır. Model roketlerin tekrar kullanılabilmesi için kurtarılması şarttır. Bu bahsi geçen kurtarma işlemi çoğunlukla roketin içerisindeki paraşütler aracılığıyla yapılır. Roketin itki kuvveti bitip ayrılması gerçekleştikten sonra gerçekleşir. Kurtarma sisteminde başrol görevini üstlenen paraşütlerin hava koşullarından etkilenmeyecek ve roketin ağırlığını taşıyabilecek dayanıklılıkta olması gerekmektedir.
