Web Hosting by Netfirms | Free Domain Names by Netfirms

İstanbul Teknik Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü

Uzay Mühendisliği Bölümü

Yüksek Lisans Tezi

Ali Orçun ONUR

2001

2. Elektrİklİ Roketler (İtkİ Sİstemlerİ)

Elektrikli itki sistemlerinin sunduğu avantajları anlamak için, öncelikle Newton’un ikinci ve üçüncü yasalarına bir göz atalım.

Newton’ un ikinci yasası:

                                                                                                        (2.1)

Newton’un üçüncü  yasası:

                                                                                                         (2.2)

Eğer bu iki yasayı roketler için uygulayacak olursak, alt indis ‘r’ roketi, ‘e’ egzozu belirtmek üzere anlık olarak “ m_r x v_r´ = m_e´ x v_e ” eşitliğini yazabiliriz.

                                             Şekil 2.1. Anlık olarak momentum denklemi

Bu eşitliğe, g_o yerçekimi ivmesi olmak üzere, itki sistemleri için önemli bir nicelik olan özgül itkiyi de dahil edecek olursak,

Özgül itki:

                                                    I_sp = v_e/g_o                                                                             (2.3)

(2.4) denklemini elde ederiz.

                                                    m_r x v_r´ = m_e´ x I_sp x g_o                                                      (2.4)

(2.4) nolu denklem, rokete verilecek hızın, dolayısıyla kuvvetin, dışarı atılan itki malzemesinin (egzozun) debisine ve hızına bağlı olduğunu söyler. Bu durumda, aynı değerdeki bir kuvveti, diyelim ki 4 Newtonluk bir kuvveti elde etmek için, özgül itkisi 450 saniye olan çift sıvı yakıtlı kimyasal roketin;  (g_o = 10 m/s²)

4 kg.m/s² = 4500 m/s x 0,00088 kg/s

saniyede 880 mg itki malzemesi harcaması gerekir. 4 Newtonluk aynı kuvveti, özgül itkisi 1000 saniye olan elektrotermal roketten elde etmeye kalkarsak;

4 kg.m/s² = 10000 m/s x 0,0004 kg/s

saniyede 400 mg’lık itki malzemesi tüketimi yeterli olacaktır.

8. sayfada verilmiş olan örnek üzerinde bu hesaplamaları uygularsak; 15 yıllık ömrü olan geosenkron yörüngedeki bir iletişim uydusu, 380 s özgül itkisi olan bir roket ile kuzey-güney düzeltmeleri için 750 kg’lık itki malzemesine gereksinim duyar. Aynı uydu özgül itkisi 2800 s olan elektrikli bir roket ile ise sadece 100 kg.’lık itki malzemesine ihtiyaç duyacaktır. 36000 km yukarıya 1 kg çıkarmanın maliyetinin 40000$ olduğu kabul edilirse 650 kg’lık yük azalımı 26,000,000$’lık tasarruf sağlayacaktır. (Bu hesaplama MPD elektrodinamik roket için yapılmıştır.)  

Elektrikli roketlerin, yüksek özgül itkileri sebebiyle olan avantajlarının yanında dezavantajları da vardır :

ü      Küçük itkiler söz konusu olduğundan sadece vakum ortamı için uygundurlar,

ü      Uzun süreli (birkaç saat/gün/ay) çalıştırılmaları gerekir.

ü      Güneş panelleri ile elde edilen elektriğin uygun biçime getirilmesi gerekir, bu da uyduya yerleştirilecek ek ekipmanlar demektir.

Bir iletişim uydusu, zaten güneş panelleri ve enerji dönüştürücüleri ile donatılmıştır, bu sebeple elektrikli roket için gerekli olan enerji uydu üzerinde mevcut olacaktır. Ancak bu enerjini elektrik motorunun ihtiyacı olan forma dönüştürülmesi gerekir. Bir önceki örneğe dönecek olursak, bu dönüştürücülerin 200 kg olmaları halinde bile 450 kg’lık bir ağırlık tasarrufu olacaktır.     

Elektrikli roket fikri ilk olarak 1906 yılında R.Goddard tarafından ortaya atıldı. Bundan birkaç yıl sonra 1911 yılında K.E. Tsiolkovsky, Goddard’dan bağımsız olarak elektrikli roketler üzerine yazılar yazdı. Bu alandaki ilk örnek ise 1926 yılında Ruslardan geldi (Şekil 2.2). Elektrikli roketlerin ticari olarak kullanılmaları ise 1993 yılında Telstar 401 uydusu ile gerçekleşti. Tablo 2.1 ile elektrikli roketlerin tarihsel gelişimleri tablolanmıştır.

                                              Tablo 2.1. Elektrikli roketlerin tarihsel gelişimi  

                                 Tablo 2.2. Elektrikli roket türleri karşılaştırma tablosu

indeks --- önsöz --- türkçe özet  --- ingilizce özet --- roketler ---elektrikli roketler --- örnekler