Sıvı Yakıt Teknolojisi ve Balistik Füzeler

Roketsan-ATMACA-Banner

Roketsan tarafından geliştirilen SR-0.1 sonda roketinin ilk prototipi, milli teknolojilerle geliştirilen sıvı yakıtlı motor teknolojisiyle 29 Ekim’de uzaya gönderildi. Gerçekleştirilen test atışında sonda roketi başarılı bir biçimde 136 km irtifaya çıkarken; bilimsel araştırmaların yapılmasını sağlayacak faydalı yük kapsülünün uçuş esnasında ayrılma denemesi de başarıyla sonuçlandı.

Ekim ayı sonunda Roketsan tarafından Sinop’ta gerçekleştirilen testler ile Türkiye, dört kez daha uzaya çıkmış oldu. Ancak; bu testler esnasında ilk kez sıvı yakıt ve sıvı yakıtlı motor kullanılması, Türkiye’nın bu alanda yeni bir başarıya imza atmasını sağladı.

STM Banner

Balistik Füze ile Uydı Fırlatma Sistemi’lerinde kullanılan yakıt ve motor çeşitleri nelerdir. Sıvı Yakıtlı Roket Motoru ne demek?

Roket yakıtı denen kimyasal karışımlar özetle, yanıcı ve oksitleyiciyi temsil eden iki ayrı kimyasalın yandığı zaman kimyasal enerjisini kinetik enerjiye çevirerek itki sağlayan kimyasal bileşenlerdir. Oksitleyici ise yandığı zaman diğer kimyasal yanıcının yanmasını körükleyen ve yanma için gerekli oksijeni üreten maddedir. Onun sayesinde oksijen olmayan uzay ortamında bile roket motorları çalışmaktadır.

Füzeler ve özellikle balistik füzeler tek, çift ve üç kademeli roket motoruna sahip olabilmektedirler. İki ve daha fazla kademeli motora sahip balistik füzeler veya SLV’ler (Uydu taşıma roketleri) uçuşun başlangıcından itibaren yakıtı biten motor kademesini atarak yani gittikçe küçülerek uçuşa devam eder. Çünkü ana görevi icra edecek olan harp başlığı veya uydu taşıma bölmesi füzenin en ucundadır.

UFS

Bir füze için roket motoru seçimi ve yakıt türü seçimi yapılacağı zaman sayısız faktöre göre tasarım yapılır ve yakıt türüne karar verilir. Bunlar: füzenin menzilinden, hangi platformda (mesela bir zırhlı araç üzerinde mi, denizaltıda mı, uzaya giden bir araçta mı) kullanılacağı, füze ateşleneceği lançer dışındayken nerede ve nasıl depolanacağı, füzenin büyüklüğü, yakıt harcanmaya başladıktan sonra yani füze ateşlendikten sonra azalan yakıtın füze ana gövdesini hafifletmesi sebebi ile yakıt türünün ağırlık merkezinin basınç merkezinin önünde tasarlanmasına etkisi (statik denge için) vb. çok çeşitlidir. Roket motoru yakıt çeşitleri; katı, sıvı ve hibrid olarak üç ana katagoriye ayrılmaktadır.

Katı yakıt roket motorları diğer iki sınıfa göre en basit tasarıma sahip roket motorlarıdır. Çünkü sıvı yakıt motorda bulunması gereken birçok tertibata ihtiyaç duymaz. Temel ve basit olarak sıcaklık ve basınca dayanıklı roket motoru borusu içinde oksitleyici ve yanıcı maddenin buluşması ile bulunduğu bölgede gaz üretimi ile basınç oluşturan, oluşan gaz basıncının dışarı atılmasını sağlayan nozul/ekzoz/lüle ve bu nozulun şekli ve gaz çıkışı sebebi ile itki oluşturması prensibine göre çalışır. İlk ateşlemede lançerden fırlatılmasına yetecek kadar itki kazanan roket yakıtı, bu noktadan yakıtın bittiği ana kadar maksimum hıza çıkmaya devam eder.

Katı yakıtlı roket motorlarının dezavantajı bir kere ateşlendiğinde durdurulamaz veya yavaşlatılamaz olmasıdır. Sıvı yakıt roket motorları gibi istenildiğinde yanması sonlandırılamaz. Bu dezavantajın getirisi olarak yanmanın sonlandırılması veya yavaşlatılması için gerekli mekanizmalar bulunmaz. Buda sıvı yakıt motorlara göre ağırlık ve hacim açısından avantajlı yanıdır. Katı yakıt roket motorları bu sebeple çoğunlukla daha kısa menzilli füzelerde kullanılır. Tek veya çift esaslı “Homojen” ve “Kompozit” (Heterojen) olmak üzere iki türlü katı yakıt vardır. Bunlar yüksek yakıt yoğunluklu, normal sıcaklıkta korunması ve depolanması çok kolay, ekonomik yakıtlardır. Kompozit (Heterojen) yakıtlar ise basit heterojen yakıtlar ve hibrid katı yakıtlar olarak iki türdür. Katı yakıtlı roket motorları hızlı fırlatma yeteneğine sahiptirler. Bora/Khan balistik füzemiz kompozit katı yakıtlı, tek kademeli bir füzedir.

bora_fuzesi

Sıvı yakıt roket motorlarında ise yakıt ve oksitleyici katı yakıtlardaki gibi aynı tankta değil, ayrı yakıt tankında depolanır. Borular, turbo pompalar gibi ek teçhizatlar ile yanma odasında buluşturulan yakıt ve oksitleyicini oluşturduğu yanma yani tepkime, katı yakıtların aksine durdurulabilir, yeniden başlatılabilir veya yanma hızı değiştirilebilir. Yakıt yanma odasında yandığında, sıcak egzoz gazı bir ağızlıktan/nozuldan yani teknik ismi ile lüleden dışarı fırlayarak itki sağlar. Katı yakıttan daha yüksek özgül darbe değerine sahiptir. Yani daha yüksek itki sağlar. Dolayısı ile çok uzun bir menzil/irtifa gerektiren ve uydu gibi ağır yükleri taşıyan SLV’ler yani uzay roketleri genelde sıvı yakıtlı olurlar. Sıvı yakıtlı roket motorları yakıt teknolojisine ilaveten yukarıda bahsettiğim düzeneğin kurulabilmesi için tabii olarak daha yüksek bir teknoloji gerektirir ve son günlerdeki açıklamalar ışığında LEO-Alçak dünya yörüngesine micro uydu taşıyacak olan SR-0.1 sonda roketinin ilk prototipi ile ile Türkiye bu teknolojiyi aralamış oldu.

Türüne göre saklama ısısı değişen, bazılar aşırı zehirli olan, bazı türleri tabi olarak sıvı, bazı türleri sıvılaştırılmış kimyasallardan oluşan sıvı yakıtların depolanması, katı yakıta göre çok zordur. Tabi olarak sıvı yakıtlı füzelerin de taşınması ve depolanması daha tehlikelidir. Genelde füze kullanılacağı zaman veya her an atışa hazır beklemesi gereken füze/roket motorlarında dolu olarak bekler. Ancak çoğu zaman emniyet gereği füzelere ateşleme öncesi veya alarm durumuna göre doldurulur. (Örneğin SOM füzemiz içinde sıvı yakıt dolu halde depolarda beklemez. Uçağa takılacağı zaman sıvı yakıtı doldurulur. Çok bilinen Scud balistik füzesi sıvı yakıtlıdır ve fırlatma öncesi 30 dakikaya yakın sıvı yakıt yükleme süresi vardır). Oksitleme yapması ve ısı durumuna göre emniyetsiz olması sebebi ile katı yakıtlılara göre içinde bulunduğu füzeye nispeten daha yüksek risk oluşturur.

Scud-B Libya

Genelde yüksek itki yani uzun süre motor çalışması veya uzun menzilli füzelerde tercih edilir. Sıvı yakıtlar yukarıda da belirttiğim gibi yüksek özgül darbelidir ve bu yüzden uzaya gönderilecek roketlerde tercih edilir. (Özgül darbe: Bir birim zamanda üretilen gaz miktarına bağlı olarak veya birim zamanda tüketilen yakıt miktarı ile elde edilen itki miktarıdır). Sıvı yakıtlar da Petrol Esaslı, Krayojenik (Cryogenics) ve Haypegolik (Hypergolics) olarak üç çeşittir.

Diğer bir yakıt çeşidi ise Hibrit Yakıtlarlardır: yanıcı ve yakıcının katı-sıvı ayrımı yoktur. Hem katı yakıt avantajları hem de sıvı yakıtın yanmanın durdurulma, yavaşlatılma ve yeniden başlatılması avantajlarına sahiptir.

SavunmaSanayiST: Sıvı Yakıtın Uzun Menzilli Balistik Füze Teknolojisi için önemi nedir?

Daha çok balistik füzeler özelinde konuşacak olursak; sıvı yakıtlı roket motorunun dolayısı ile sıvı yakıtlı balistik füzenin menzilini artırmak istiyorsak, yanıcı (itici) ve oksitleyicinin akış hızını arttırmalı veya motorun daha uzun süre yanmasına imkân tanınmalıdır. Her iki seçenek de daha fazla itici güç (yakıt) eklemeyi gerektirir ki bu da genellikle füze ana gövdesinde değişiklik yapmayı ve füzenin yapısal bütünlüğünü ve istikrarını yeniden değerlendirmeyi gerektirir.

Daha uzun bir yanma süresinde egzoz/lüle akışındaki jet kanatları veya itme odasının bileşenleri gibi yanma işlemine maruz kalan yüzeylerin artan ısıya maruz kalmadan korunmaları için modifiye edilmesi gerekir. Alternatif olarak, eğer itiş arttırılacaksa yanma odasının artan basınca dayanacak şekilde değiştirilmesi gerekebilir veya daha fazla akış için büyütülmüş lüle gerekir. Ek olarak, yapısal modifikasyonların daha yüksek aerodinamik yükleri ve yeni bir uçuş profilini telafi edecek şekilde yapılması gerekir.

 

Bütün bunlara rağmen bugün dünya üzerinde kıtalararası balistik füzelere (ICBM) baktığımız da örneğin Amerikan Minuteman-3 veya Rus RS-24 veya TOPOL türevlerine katı yakıtlıdır. Ancak bazı ICBM’lerde kademe motorlarda bazıları katı bazıları sıvı olabildiği gibi Rusya ve Çin’de sıvı yakıtlı füze de çoktur. Örneğin dünyanın en büyük ICBM’si olan 16.000 km menzilli SS-18 Satan sıvı yakıtlıdır. Ancak ICBM’lerin önde gelenlerinin katı yakıt olması bizi yanıltmamalı. Bu çok yüksek katı yakıt teknolojisi içeren yakıtlar, şu an ancak süper güç denen birkaç ülkenin erişebildiği bir teknoloji.

Aslında keyiften değil, zordan yapılan bir tercih. Yani sıvı yakıt ile daha uzun menzil veya daha küçük gövdeli bir füze dururken tersini seçmelerinin sebebi sıvı yakıtın depolama riski ve nükleer savaşın belki de hem ilk dakikaları hem de son dakikalarının aynı anda başrol oyuncusu olacak olan ICBM’lerin, 24 saat fırlatmaya hazır ve emir verilir verilmez harekete geçme zorunluluğu olmasıdır. Diğer yandan bizim gibi balistik füze macerası yeni başlamış veya İran, Kuzey Kore gibi devler ligine yeni girmiş ülkelerin, Orta Menzilli (MRBM 1000-2750/3000 km) ve hele ki bir üst menzilde Uzun Menzilli Balistik Füze (IRBM) üretimini sadece katı yakıt ile başarması çok zor. Dolayısı ile bu ülkeler genelde SRBM üstü menzildeki füzeleri yaparken sıvı yakıtlı roket motoru kullandılar.

Ayrıca fırlatma aciliyeti olmadığı ve sadece fırlatılacağı zaman yakıt yükleme lüksü olan SLV’ler için genel teamülün katı yakıt harici yakıt türleri olduğunu söylemiştim. Diğer yandan çok büyük uzay roketlerinin ana tankı/motorunun etrafında katı yakıt ek motorların olduğu da bir gerçek. Uzay mekiğini hatırlayınız, ortada büyük sıvı yakıt, kenarlarda daha küçük iki adet katı yakıt.

BF Tablo

Ancak bizim şu an da kazandığımız sıvı yakıt/motor teknolojisi, Bora füzesinin daha yüksek menzillisini yapmamızda kilit rol oynayacaktır. Diğer bir deyişle sözü şu noktaya getirmek istiyorum ki eğer sıvı yakıt/motor teknolojisini kazanmamış olsaydık, Bora’dan daha uzun menzilli balistik füze yapabilme konusunda pek ümitli olamazdık. Şimdi ise bir ve iki kademeli bir sıvı yakıtlı füze ile diğer şartlar sağlandığında 500-800 km menzillere ulaşabileceğimizi tahmin edebiliyoruz.

Daha uzun menzilli Balistik Füze için ne gerekiyor?

Yukarıda saydığım yakıt/motor teknolojileri haricinde RV denen yeniden giriş aracının yani füzenin savaş başlığını barındıran en ucundaki bölgenin atmosfere yeniden girmesi anında yanıp kül olmaması için gerekli “reentry vehicle” teknolojisi de çok önemli. Savaş başlığının içine konacak nükleer veya konvansiyonel harp başlığı bir yana dairesel sapma oranı olan CEP mesafesini düşüren güdüm sistemi teknolojisi vb. daha pek çok ayrıntı var. Diğer yandan sosyal medyada öyle bir yanlış bir algı oluştu ki eğer sonda roketi 130 km uzaya çıkıyor ise bunu çok kolay bir şekilde MRBM-IRBM hatta ICBM’ye dönüştürebiliriz. Bu imkansız değil ve bir gün olacaktır ama bu algı yanlış. Yani 130 km’ye çıktık ise IRBM yapacak sıvı yakıt teknolojisini başardık diyemeyiz.

Birincisi sonda roketi, kilolarca savaş başlığı taşıyan bir IRBM’den çok küçük ikincisi sadece konik kapakları atarak taşıdığı uyduyu uzaya bırakıp kendini boşluğa doğu intihar ederek yok eden bir SLV ile taşıdığı savaş başlığını (RV) yanmadan uzaydan tekrar atmosfere sokup tek parça halinde yeryüzüne çarptıran bir balistik füzedeki yeniden giriş teknolojisi çok ayrı ve alakasız teknolojiler.

 

Dünyada İran gibi tersini deneyenler hariç, genelde ülkeler IRBM veya ICBM yaptıktan sonra uzaya çıkmışlardır. Bu ABD, Rusya, Çin gibi ülkelerde hep böyle olmuş, önce balistik füze sonra SLV’ye dönüşmüştür. Ancak günümüz şartları faklıdır. Türkiye’de de bu sonda roketi ile kazanılan sıvı yakıt teknolojisi Bora ve SRBM, MRBM füze geliştirilmesinde çok önemli bir basamak olacaktır. Çift kademeli sıvı+katı veya sıvı yakıt motor teknolojisine sahip balistik füzelerimizi önümüzdeki yıllarda göreceğimizi umuyorum.

TUALCOM Gif Baner   Sarsılmaz

2 Yorum

  1. Evet, bu konuları bu kadar iyi yazan başka kim var ? Yazık ki kokpitaero artık yok. Orada yazar ve bizleri de çok sevindirirdi. Teşekkürler Hakan kardeş. Savunmasanasist’e hoş geldin.

HAKAN KILIÇ için bir yanıt yazın Yanıtı iptal et

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu