Yeni nesil uzay uçakları en son teknolojiden yararlanıyor

NASA’nın uzay mekiği 2011’de kullanımdan kaldırılana kadar 30 yıl boyunca alçak Dünya yörüngesinde görev yaptı. Ancak ABD uzay ajansının bu aracın yerine geçen OrionApollo görevlerinden tanıdık konik kapsül tasarımına geri döndü. Bunun nedeni, NASA’nın bu yeni aracın ay gibi derin uzaydaki hedefleri araştırmak için kullanılmasını amaçlamasıydı.

Ancak son yıllarda uzay uçağı tasarımının geri dönüşünü görüyoruz. 2010’dan beriABD Uzay Kuvvetleri (ve eski adıyla ABD Hava Kuvvetleri) X-37B adı verilen robotik bir uzay uçağının fırlatılması gizli görevlerde alçak Dünya yörüngesine. Çin’in kendine ait Shenlong adlı askeri uzay uçağı.

Bu yıl Sierra Space şirketinin test uçuşunu görebiliriz Rüya yakalayıcıYörüngesel uçuş yapabilen ilk ticari uzay uçağı. Her şey yolunda giderse araç, Uluslararası Uzay İstasyonuna (ISS) kargo ve nihayetinde mürettebat ikmali yapmak için kullanılabilir.

Uzay uçakları, suya veya kapsül gibi düz zemine inmek için paraşüt kullanmak yerine, Dünya atmosferinde uçabilir veya süzülebilir ve pistlere inebilir. Ayrıca uzay aracı atmosfere yeniden girdiğinde daha manevra kabiliyetine sahip oluyor ve belirli bir yeniden giriş noktasından inişin mümkün olduğu Dünya yüzeyinin alanını artırıyor.

Uzay uçakları aynı zamanda yeniden giriş sırasında daha yumuşak ama daha uzun bir uçuş yoluna ve daha yumuşak bir inişe olanak tanır; bu, mürettebat ve kargo açısından büyük bir gürültüyle inebilen kapsüllere göre daha kolaydır. Pist aynı zamanda yer destek ekiplerinin ve altyapının iniş noktasında hazır olmasını sağlar.

Maliyet ve karmaşıklık

Ancak uzay uçakları eşdeğer bir kapsülden daha karmaşık ve daha ağırdır. Kanatlı gövde şekli, gemiyi yeniden girişte kavurucu sıcaklıklardan koruyan ısıya dayanıklı malzemeler olan termal koruma sistemlerinin (TPS) tasarlanması açısından özel bir zorluk teşkil etmektedir. Bu ek maliyetler, tek bir uçuş için bir uzay uçağı tasarlamanın pratik olmadığı anlamına geliyor. Yaşayabilmeleri için tekrar tekrar kullanılmaları gerekir.

İnsanoğlunun uzay uçuşunun ilk günlerinden beri uzay uçaklarına ilgi duyulmaktadır. Askeri uzay uçağı projesi Dyna-Yükselme ABD’de 1957’de başlatıldı, inşaat başladıktan hemen sonra iptal edildi. Araç, zamanına göre çok gelişmişti, yüksek sıcaklıklara dayanabilen bir metal alaşımı kullanılarak yapılmıştı ve pilotun iniş sırasında net bir şekilde görebilmesi için ön tarafında uzaydan döndükten sonra çıkarılabilen bir ısı kalkanı bulunuyordu.

1981 yılında hizmete giren uzay mekiği, ilk operasyonel uzay uçağıydı. Normalden daha sık fırlatılması gerekiyordu ve daha fazla yeniden kullanılabilirlik ancak lansmanlar arasında kapsamlı bir yenilemenin gerekli olduğu ortaya çıktı. Ancak astronotları ve büyük kargoları yörüngeden geri getirme yeteneğini gösterdi.

Diğer uzay ajansları 1980’lerde ve 1990’larda Avrupa’da yatırım yaptı. Hermes uzay uçağıve Japonya ile umut aracı. Her iki program da maliyet nedeniyle büyük ölçüde iptal edildi. Sovyetler Birliği kendi sistemini geliştirdi Buran adı verilen mekik benzeri araç1988’de bir kez başarıyla uzaya uçtu. Program, Sovyetler Birliği’nin dağılmasının ardından iptal edildi.

Sıcaklığı hissetmek

Uzay uçaklarının, yolculuklarının son kısmı olan uzaydan dönüşleri için özel gereksinimleri vardır. Atmosfere yeniden giriş sırasındaSaniyede yedi kilometrenin üzerinde hipersonik hızlarda, yani ses hızının 20 katından daha fazla bir hızla hareket ederken bin santigrat derecenin üzerine kadar ısıtılırlar. Küt burun tasarımı (uzay aracının kenarının yuvarlatıldığı yer) ideal bir şekildir çünkü aracın ön kısmında ısı birikmesini azaltır.

Öyle olsa bile, aracın maruz kalması beklenen sıcaklıklar hala 1600°C’ye kadar çıkabiliyor ve bu da aracın dışında bir termal koruma sistemi gerektiriyor. Uzay mekiği TPS özellikle ısıya dayanıklı seramik karolar ve 2400°C’ye kadar yüksek sıcaklıklara dayanabilen güçlendirilmiş karbon-karbon matrisi içeriyordu.

Columbia mekiğinin kaybı 2003 yılında yeniden giriş sırasında yedi astronotun ölümüne neden olan olay, kanadın ön kenarındaki TPS’deki bir ihlalin sonucuydu. Bu, Columbia’nın fırlatılması sırasında mekiğin dış tankından uçan ve kanada çarpan bir parça yalıtım köpüğünden kaynaklandı.

Bu köpük sorunu, mekiğin harici itici yakıt tankının yanından fırlatılma şekli nedeniyle tekrar tekrar yaşanıyordu. Ancak daha yeni uzay uçağı tasarımları, köpüğün düşmesinin sorun olmayacağı geleneksel roketlerin üzerinde uçacak.

Etkili bir TPS hayati önem taşıyor uzay uçaklarının gelecekteki başarısıTPS performansını gerçek zamanlı olarak izleyen sistemler gibi.

Mevcut araçlar

Şu anda yörüngeye ulaşabilen, biri Çin diğeri Amerikalı olmak üzere iki adet çalışan uzay uçağı mevcut. Çin’in Shenlong’u hakkında çok az bilgi mevcut ancak ABD ordusunun X-37B’si daha iyi biliniyor. Fırlatma anında ağırlığı beş tona yakın olan dokuz metre uzunluğundaki mürettebatsız araç, geleneksel bir roket kullanılarak fırlatılıyor ve görevinin sonunda otonom olarak bir piste iniyor.

X-37B’nin TPS’si, güçlendirilmiş döşemeye daha düşük maliyetli bir alternatifle alt yüzeyde mekiğe benzer döşemeler kullanır karbon-karbon Burun ve ön kenarlarda X37B için geliştirilen Tufroc adı verilen.

Yakın zamanda şirketin hem kargo hem de astronot taşımak üzere geliştirdiği Dream Chaser’ın da onlara katılması bekleniyor ancak NASA, onu önce uzay istasyonuna kargo taşımak için kullanarak insanları taşımadan önce güvenliğini kanıtlamak istiyor. Daha yumuşak bir iniş nedeniyle nispeten kırılgan kargoyu yüzeye geri döndürme yeteneği önemli bir yetenektir. Dream Chaser’ı koruyan fayanslar silikadan yapılmıştır ve her birinin benzersiz bir şekli vardır Korumak üzere tasarlandıkları araç alanıyla eşleştirilir.

Gelecekteki gelişmeler

Mürettebatı ve kargoyu piste geri gönderme yetenekleri nedeniyle uzay uçaklarına olan ilgi devam ediyor. Bu yeteneğe olan talep şu anda sınırlıdır. Ancak uzaya fırlatma maliyetleri düşmeye devam ederse ve uzaydaki endüstrinin genişlemesi talebi artırırsa, kapsüller giderek daha geçerli bir alternatif haline gelecek.

Daha uzun vadede, pistten kalktıktan sonra yörüngeye ulaşabilen uzay uçaklarının da potansiyeli var. Bu tek aşamalı yörüngeye (SSTO) araçları geliştirmenin zorlukları oldukça büyüktür. Fakat, Skylon aracı gibi konseptler sonunda bir SSTO aracının geliştirilmesini destekleyebilecek teknik gelişmelere yol açıyor.

Öngörülebilir gelecekte, uzay uçakları aşağıdaki nedenlerden dolayı umut verici görünmektedir: yeni tasarım teknikleri, TPS için geliştirilmiş malzemeler, tasarım ve uçuş parametrelerinin farklı yönlerini optimize etmek için gelişmiş bilgisayar modellemesi ve simülasyon araçları ve tahrik sistemlerinde sürekli iyileştirmeler.

Dünya çapında birçok hükümetin, uzay ajansının ve özel şirketin uzay uçağı araştırma ve geliştirmesine yoğun yatırım yaptığı göz önüne alındığında, bu araçlarla uçuşların rutin hale geleceği bir gelecek görebiliriz.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.