YAKITTAN İSTENİLEN ÖZELLİKLER
Yanma hızının sabit olması
Yanma sırasında bölgesel patlamalar yapmaması
Özgün ısısının yüksek olması (1 gr yakıt yandığı zaman, daha çok kalori ısı verenin özgül ısısı daha yüksek olur)
Zehirli ve korrozif olmaması (Korrozyon: Bir metalin paslanarak zamanla parçalara ayrılıp dökülerek yok olma olayıdır. Buna sebep olan maddeler korrozif maddelerdir. Nem,tuz vb )
Buhar basıncının düşük olması (Katı yakıtlarda buhar basıncı çok düşüktür)
Donma noktasının alçak olması
Kolay elde edilmesi ve ucuz olması
Yakıtlar için kalite indeksi Q=gVe2 denklemiyle verilir. Burada Q kalite indeksi, g yakıtın yoğunluğu ve Ve ise ekzost hızıdır.
KATI YAKITLI ROKETLER
Bu roketlerin en güzel yani basit yapıda olmalarıdır. Genelde yakıt tankları bir tanedir. Roket basit olarak üç kısımdan oluşmaktadır. Birincisi yük (uydu veya patlayıcı), ikinci kısım yanıcı ve yakıcı maddenin bir arada bulunduğu tek bir yakıt tankı, üçüncü kısım ise eksoz. Genelde atmosfer içinde veya atmosferin üst kısımlarına yük taşımak amacıyla kullanılırlar. Yakıtın yanmasını sağlayan ve kontrol eden bir motor düzenekleri yoktur. Askeri alanda en çok kullanılan roket türleridir. Hacim ve büyüklük bakımından sıvı yakıtlı roketlere nazaran çok küçük olabilirler. Askeriyede, omuz üzerinden tanklara ve uçaklara karşı kullanılan roketler bu tür yakıt kullanırlar. Bunların atmosfer içinde havanın direncinden dolayı rotalarından çıkmamaları için daha büyük kanatları vardır.
Katı yakıtlı roketlerde yanıcı ve yakıcı madde mümkün mertebede homojen olarak karıştırılarak birarada bulunmaktadır. Bu nedenle eğer karışım homojen olmazsa roketin yanma odasında ve eksoz çıkışında bölgesel patlamalar meydana getirmekte, bu nedenle roketin hızı düzenli olmamaktadır. En büyük avantajları ise itme gücünün yüksek olmasıdır. Sıvı yakıtlılardan iki kat daha büyük bir itme gücü sağlarlar. Eksoz ısıları çok yüksek olduğundan, yakıt tankı ve eksozun çok sağlam olması gerekir. Bazı roketlerde eksozu soğutan bazı ek düzenekler vardır. Roketin hızını ve yanma hızını kontrol eden bir düzenek yoktur. Ek düzeneklerin olmaması roketin yükünü azalttığı için bir yerde avantaj olarak kabul edilebilir.
Birçok katı yakıt olmasına rağmen aşağıda yazılı iki karışım tercih edilir:
Yanma hızı içine çeşitli maddeler katılarak azaltılmış nitrogliserin
Amonyum Nitratla karıştırılmış, sentetik lastik
Katı Yakıtlı Roketlerin Avantajları
Yakıtın ucuzluğu ve kolay elde edilmesi tercih nedenidir.
Kaldırma kuvvetleri ve hızları çok yüksektir. Bu nedenle askeri roketler genelde katı yakıtlıdırlar. Kısa sürede hedefe ulaşırlar, düşman füzeleri tarafından yakalanması ve düşürülmeleri zordur.
Amaca göre farklı büyüklüklerde imal edilebilirler (omuz üzerinden, uçaktan ve rampa kullanılarak atılabilecek büyüklüklerde olabilirler).
Öz itimleri 250-300 saniye dolayındadır. (Öz itim: Roket motorunun 1 saniyelik çalışması ile yakılan yakıtın bir pound (yaklaşık 0.5 kg) dan elde edilen itme kuvvetinin süresi)
Taşıdıkları yakıt, hedef yükün 20 katına kadar çıkabilir.
Taşınmaları ve saklanmaları kolaydır.
Her zaman ateşlemeye hazır durumda tutulabilirler. Yakıt yüksek basınç altında saklanır.
Yanma süreleri kısadır yüksek eksoz basıncı oluştururlar. Eksoz sıcaklıkları yaklaşık 3000 °C dir.
Genelde tek kademeli roketlerdir ve tek bir hedef yükü taşırlar.
İmal edilmeleri basit ve ucuzdur. Sadece yüksek sıcaklık ve basınca dayanıklı bir döküm ve uygun bir kaplamaya ihtiyaç duyarlar.
Eksoz soğutması ek bir düzenek gerektirmez. Grafit kullanılarak ısının absorblanması sağlanır.
Sıvı yakıtlı roketlere nazaran daha güvenlidirler.
Yanma basınçları 1000-2000 Newton’dur.
Parçalı roketlerin ilk ateşlenen kısımlarında ve kademeli roketlerin birinci bölümünde kullanılırlar.
Katı Yakıtlı Roketlerin Dezavantajları
Yanma hızı kontrol edilemediğinden, rokette birden fazla eksozt bulunur. Buda itme gücünden kayba neden olur.
Yakıt homojen olarak imal edilmediyse, yanma odasında ve eksozda tahribata ve hedef sapmasına yol açar (yakıt vana ve pompa sistemleri yoktur).
Roket ateşlendikten sonra durdurulamaz.
SIVI YAKITLI ROKETLER
Yakıt tankları iki kısımdan oluşan, büyük hacimli ve ağır roketlerdir. Roket gövdesinde yanıcı ve yalıcı sıvı tankları bulunurlar. Önce kullandıkları yakıtları görelim.
a) Yakıcılar
Nitrik asit HNO3
Nitrojen peroksit (azot peroksit) N2O4
Flor F2
Oksijen O2
Hidrojen H2
b) Yanıcılar
Sıvı Hidrojen
Kerosene (parafin oil) CH1.953
Hidrozin N2H4
Propan C3H8
Metan CH4
Hipergolik yakıtlar
MMH: monometilhidrozin
UDMH: antisimetrik dimetilhidrozin N2H2(CH3)2
Hidrojenperoksit kullanıldığı zaman platin bir katalizör yardımıyla hidrojen ve oksijene ayrıştırılır. Daha sonra yanma odasında yakılır. Kullanımı ve depo edilmesi zor bir yakıt olduğundan sınırlı bir kullanım alanı vardır. Uyduların küçük yörünge düzeltmelerinde kullanılır.
Hidrozin, genelde hidrojen ve azot karışımıdır. Uygun bir katalizör yardımıyla sıcak azot ve hidrojen birbirinden ayrılır. Daha sonra oksijen ve flor ilave edilerek yanma sağlanır. Bu yakıt genellikle Ay’a ve gezegenlere giden insansız uydularda yön değiştirmek ve yörüngeye yerleştirmek için kullanılır. Bazı Rus yapımı roketler ilk ateşlemede bu yakıtı kullanırlar.
Kerozen, Oksijen ve Hidrojen en çok kullanılan yakıtlardır. Bu yakıtı kullanan roketlerin en büyük sorunu H ve O'nin depolanma sorunudur. Depoda çok düşük sıcaklıklarda bulunmak zorundadırlar. Aksi takdirde hemen gaz haline geçerler. Depoda sıvı halde tutulurlar. Depoların yüksek basınca dayanıklı ve ısıya karşı iyi yalıtılmış olmaları gerekir.
Hipergolik yakıtlar ise, kaliteli olmalarına karşın zehirli ve korozen maddelerdir. Kademeli roketlerin ikinci ve üçüncü kısımlarında kullanılır. Neden ilk ateşlemede kullanılmazlar? Hipergolik yakıtlarda yanıcı ve yakıcı madde biraraya geldiğinde bir ateşleme tertibatına gerek kalmadan kendiliğinden tutuşurlar. Yakıcı olarak genelde azottetraoksiti kullanırlar. Delta, Atlas ve Thor roketlerinin ikinci kademe yakıtıdırlar.
Sıvı Yakıtlı Roketlerin Avantajları
Yanma odasında yanma hızı kontrol altında tutulabilir. Yanma odası delikli bir yapıya sahiptir. Deliklerden eşit şiddette püskürtülen madde homojen olarak yakılabilir.
Eksoz soğutması bizzat yakıt tarafından yapılır. Yakıt yanma hücresine gelmeden evvel eksoz çevresinde dolaştırılarak eksoz soğutulur. Aynı zamanda gaz da ısıtılmış olur.
Çok kademeli roketler için ideal bir yakıt türüdür. Birden fazla hedef yük taşıyabilirler (örneğin aynı anda iki veya üç uydu, ya da birden fazla nükleer yakıt başlığı taşımaları).
Yanma süreleri uzundur ve yanma sıcaklıkları 22000 °C kadar çıkabilir.
Sıvı Yakıtlı Roketlerin Dezavantajları
Fırlatılmaları için dev rampalara ihtiyaç duyarlar. Dev yapılı roketlerdir ve ağırdırlar.
Öz itimleri katı yakıtlara nazaran %15 daha azdır.
Yakıt kütlesi, yükün on katından fazla olamaz.
Çok karışık mühendislik gerektirirler bu nedenle çok pahalı roketlerdir. Ariane roketlerinin bir atılışta iki veya üç uyduyu yörüngeye oturmalarının nedeni, roket sisteminin pahalılığından kaynaklanmaktadır.
Yakıtın yanması ve kontrolü, vana ve pompa sistemleri ile yapıldığından ek bir yük getirir.
Kullanılan yakıt oksitleyici özelliğe sahip olduğundan vana ve pompalarda arızaya bu da roketin kontrolden çıkmasına ve düşmesine neden olmaktadır. Bundan dolayı mekanik pompalardan kaçınılır. Bunların yerine mekanik olmayan gazla çalışan pompalar veya yardımcı gazın basıncı ile püskürtme işini sağlayan yollar denenmiştir. (Ariane V’in V63 nolu fırlatılması: 24 Ocak 1994 günkü uçuşun numarası V63 idi ve diğer birçok uçuş gibi 2 uydu taşıyordu: Türksat 1 ve Eutelsat 2F5. Fırlatma aracı Ariane filosunun ikinci en güçlü modeli olan Ariane-4 AR44LP idi. Ancak uçuş başarısızlıkla sonuçlandı. Toplam kayıp 350$ civarında idi. Kaza Ariane’nın 1976’dan beri meydana gelen 6. kazası. Başka bir deyişle 63 fırlatmadan 57’si başarılı, 6’sı başarısızlıkla sonuçlanmıştı. Kazaya cryogenic 3. aşama motorunun görevini yapamaması neden olmuştur. Aslında 6 kazadan dördünde suç aynı motorda bulunmuştur. Bu motor Fransız SEP (Societe Europeene de Propulsion) tarafından üretilmekte. Yetkililerin açıklamalarına göre, fırlatmadan 6 dakika 47 saniye sonra (3. aşama motorunun ateşlenmesinden bir dakika sonra) sıvı oksijen turbo pompasındaki bir mil yatağında hızlı bir sıcaklık artması gözlendi. Bu turbo motor 13000 devir/dakika hızla dönmekte ve -170 oC sıcaklıkta tutulmada idi. 20 saniye sonra pompa tamamı ile durdu. Uzmanlar mil yatağının tahrip olduğunu düşünüyorlar. 3. aşama motoru ve iki uydu, Batı Afrika açıklarında Atlantik’e düştü.)
Yakıt çok zehirli ve yanıcı olduğundan olağanüstü güvenlik tedbirlerine ihtiyaç vardır.
Yakıt, roket ateşlenmeden kısa bir süre önce rokete yüklenmelidir. Eğer herhangi bir nedenle fırlatma ertelenirse, yakıt derhal boşaltılmalıdır.
Roket yakıtlarının pahalı olması, taşınmaları ve korunmalarının tehlikeli olması roket mühendislerini daha değişik kaynaklar aramaya sevk etmiştir. Özellikle yörüngeye oturtulan uydularda yörünge düzeltmeleri yapmak, her türlü haberleşme için hep enerjiye ihtiyaç vardır. Enerji uydunun sistemlerindeki elektronik donanım içinde en önemli unsurdur. Bu nedenle enerjiyi sağlayan kaynak ya uydu ile beraber gönderilir ya da uzaydan tedarik edilmeye çalışılır. Eğer uydunun içersine enerji kaynağı konulursa bu hem sınırlı bir kullanım sağlar aynı zamanda uydu içinde bir tehlike oluşturur. Bu nedenle insanlı ve insansız uydularda enerji güneş pilleri yardımıyla sağlanır ya da akü sistemi kullanılır. Böyle oluncada yörünge düzeltmesi için kullanılan motorlar daha özenli ve kullanışlı yapılmak zorundadır. Hangi yolla olursa olsun elde edilen enerjinin büyük bir kısmı yörünge düzeltmelerinde kullanılır.
