Bir sanatçının Entegre Powerhead Göstericisini oluşturması. Fotoğraf kredisi: NASA. Büyütmek için tıklayın.
Gelecekteki roket teknolojisini düşündüğünüzde, muhtemelen iyon itme, antimadde motorları ve diğer egzotik kavramları düşünürsünüz.
Çok hızlı değil! Geleneksel sıvı yakıtlı roketlerin son bölümü henüz yazılmamıştır. Günümüz tasarımlarına göre performansı iki katına çıkarırken güvenilirliği de artırabilecek yeni nesil sıvı yakıtlı roket tasarımları üzerinde araştırmalar devam ediyor.
Sıvı yakıtlı roketler uzun zamandır var: İlk sıvı ile çalışan lansman 1926'da Robert H. Goddard tarafından yapıldı. Bu basit roket, havaya yaklaşık 40 feet taşıyacak kadar yaklaşık 20 kilo itme üretti. O zamandan beri tasarımlar sofistike ve güçlü hale geldi. Örneğin, uzay mekiğinin sıvı yakıtlı üç yerleşik motoru, Dünya yörüngesine giderken 1,5 milyon pounddan fazla birleşik itme uygulayabilir.
Şimdiye kadar, sıvı yakıtlı roket tasarımlarında akla gelebilecek her ince ayarın yapılması gerektiğini varsayabilirsiniz. Yanlış olur. İyileştirilmesi gereken bir yer var.
NASA, Savunma Bakanlığı ve çeşitli endüstri ortaklarından oluşan bir grup olan ABD Hava Kuvvetleri tarafından yönetilen daha iyi motor tasarımları üzerinde çalışıyor. Programlarına Entegre Yüksek Kazançlı Roket Tahrik Teknolojileri denir ve olası birçok gelişmeyi araştırırlar. Şimdiye kadar en umut verici olanlardan biri yakıt akışı için yeni bir şema:
Sıvı yakıtlı bir roketin arkasındaki temel fikir oldukça basittir. Her ikisi de sıvı formda olan bir yakıt ve bir oksitleyici, bir yanma odasına beslenir ve tutuşturulur. Örneğin, mekik yakıt olarak sıvı hidrojen ve oksitleyici olarak sıvı oksijen kullanır. Yanma sonucu oluşan sıcak gazlar koni şeklindeki nozuldan hızla kaçar, böylece itme meydana gelir.
Detaylar elbette çok daha karmaşık. Birincisi, hem sıvı yakıt hem de oksitleyici odaya çok hızlı ve büyük bir basınç altında beslenmelidir. Mekiğin ana motorları sadece 25 saniyede yakıtla dolu bir yüzme havuzunu boşaltır!
Bu fışkıran yakıt sel, bir turbopump tarafından tahrik edilir. Turbopump'a güç vermek için az miktarda yakıt “önceden yanar”, böylece turbopump'ı tahrik eden sıcak gazlar oluşur ve bu da yakıtın geri kalanını ana yanma odasına pompalar. Oksitleyiciyi pompalamak için benzer bir işlem kullanılır.
Bugünün sıvı yakıtlı roketleri ön yakıcılardan sadece az miktarda yakıt ve oksitleyici gönderiyor. Yığın, doğrudan ana yanma odasına akar ve ön yakıcıları tamamen atlar.
Hava Kuvvetleri ve NASA tarafından test edilen birçok yenilikten biri, tüm yakıtı ve oksitleyiciyi kendi ön yakıcılarından göndermektir. Orada sadece küçük bir miktar tüketilir - turboları çalıştırmak için yeterli; geri kalanı yanma odasına akar.
Bu “tam akışlı aşamalı çevrim” tasarımının önemli bir avantajı vardır: turbo pompası tahrik eden türbinden daha fazla kütle geçerken, turbo pompa daha sert çalışır ve böylece daha yüksek basınçlara ulaşır. Daha yüksek basınçlar roketten daha yüksek performansa eşittir.
NASA'nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi'ndeki Gary Genge'e göre, böyle bir tasarım daha önce ABD'de sıvı yakıtlı bir rokette kullanılmamıştı. Genge, bu kavramlar için bir test motoru olan Entegre Powerhead Demonstrator (IPD) Proje Müdür Yardımcısıdır.
“Keşfettiğimiz bu tasarımlar performansı birçok yönden artırabilir” diyor Genge. "Daha düşük yakıt maliyetiyle daha iyi yakıt verimliliği, daha yüksek itme / ağırlık oranı, gelişmiş güvenilirlik umuyoruz."
“Ancak projenin bu aşamasında, bu alternatif akış modelinin düzgün bir şekilde çalışmasını sağlamaya çalışıyoruz” diyor.
Zaten tek bir hedefe ulaştılar: daha serin çalışan bir motor. “Geleneksel akış kalıpları kullanan turbo pompalar 1800 C'ye kadar ısınabilir” diyor Genge. Bu motorda çok fazla termal stres var. “Tam akış” turbo pompası daha serindir, çünkü içinden daha fazla kütle geçerken daha düşük sıcaklıklar kullanılabilir ve yine de iyi performans elde edilebilir. “Sıcaklığı birkaç yüz derece düşürdük” diyor.
IPD, sadece yeni fikirler için bir test yatağı anlamına gelir, diyor Genge. Göstericinin kendisi asla uzaya uçmayacaktır. Ancak proje başarılı olursa, IPD'nin bazı iyileştirmeleri geleceğin fırlatma araçlarına girebilir.
Goddard'dan neredeyse yüz yıl ve binlerce fırlatma, en iyi sıvı yakıtlı roketler henüz gelmemiş olabilir.
Orijinal Kaynak: NASA Bilim Makalesi
