UZAY ÇALIŞMALARI
Uzay çalışmaları Yer atmosferinin
dışından insanlı ve insansız uzay araçlarıyla yürütülen araştırmalardır. Daha
çok gelişmiş ülkelerin yürüttüğü uzay araştırmalarının genel amacı; temel
bilimlerin ve teknolojinin de itici gücü ile uzayda doğal olayların ölçülmesi,
bilinmeyenin araştırılması, bilginin genişletilmesi, Yer dışında insanlığa
yararlı olabilecek kaynakların bulunmasıdır. Genel itici güçler arasında ulusal
itibar, ulusal güvenlik, bilimsel merak sayılabilir. Özel amaçlar ise yer altı
ve yer üstü kaynaklarının bulunup incelenmesi, denizlerden yararlanma,
meteoroloji (hava tahminleri), iletişim (haberleşme) ve enerji gibi sorunlara
yer atmosferi dışından yanıt aramaktır.
6.1 Uzay Çalışmalarının Tarihî
Gelişimi
Uçma ve uzaya çıkma fikri çok
eskidir. İranlıların, Hintlilerin ve Çinlilerin efsaneleri uçan adamlarla
doludur. Atmosfer varlığının kanatlı uçuşlar için gerekli olduğu, atmosfer
olmazsa kanatlı uçmanın mümkün olmadığı çok sonra ancak 16. yüzyılda
öğrenilmiştir. Örneğin; Ay'a kadar kanat takıp uçmak öncelikle arada atmosfer
olmasını gerektirir. Halbuki yer atmosferinin kalınlığı Ay uzaklığının ancak on
binde birini kapsar. 17. yüzyılda Ay'a yolculuk üzerine bilim kurgu hikâyeleri
yazılmaya başlanmıştır. Bunlardan bazıları roket kullanımını da öngürüyordu.
Çünkü o zamanlar roket denebilecek âletler savaşlarda kullanılıyordu. İlk roket
muhtemelen 13. yüzyıl başlarında Çinliler tarafından keşfedilmiştir. 1232 de
Çinlilerin bir savaşta yakıtı barut olan roketler kullandığı bilinmektedir.
Barut yakıtlı ilk roketlerin yapımı Avrupada da öğrenildikten sonra roketlerin
askerî amaçlarla savaşlarda kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu arada zamanla barut
yakıtlı roketlerin güçleri menzilleri, ağırlıkları ve hedefe ulaşımda
güvenilirlikleri oldukça geliştirildi. İkinci Dünya Harbi'ne kadar roketler
sadece patlayıcı maddeleri uzak hedeflere fırlatma amacıyla kullanıldı. Ancak bu
arada, roketlerin başka amaçlarla da örneğin, uzay uçuşlarında kullanılabileceği
öğrenilmişti. 19. ve 20. yüzyıllarda gerçekleşen teknolojik ilerlemeler sonunda,
bir çok kimse roketlerle Ay'a gidilebileceğine inanmaya başlamıştır. Rusyada
N.I.Kibalchich (1853-1881) insan taşıyan roketlerin yapılabileceğini savunmuş ve
1890'da Alman H. Ganswindt (1856-1934) bu düşünceyi daha da geliştirerek roketlerle
yönlendirilebilen insanlı uzay araçlarının yapılabileceğini göstermeye
çalışmıştır. 1898 de Rus K.Tsiolkovsky (1857-1935) roket operasyonunun
matematiksel formülleri üzerine ilk çalışmasını tamamlamış, roketlerde katı
yakıt yerine sıvı yakıt kullanımının gerekliliği üzerinde durmuştur. Sıvı
yakıtla daha fazla güç elde edildiğini ve bu gücün daha kolay kontrol
edilebildiğini göstermiştir. Tsiolkovsky daha sonraki çalışmalarıyla çok
kademeli roket kavramını geliştirmiştir. Ancak Tsiolkovsky kuramcı olduğu için
düşüncelerini deneme evresine sokamamıştır. Tsiolkovsky'nin sıvı yakıtlı roket
önerisini ilk kez Amerikalı bilim adamı R.H.Goddard (1882-1945) 1926'da uygulamaya
sokmuştur. Diğer taraftan Almanyada H.Oberth 1917'de sıvı yakıtlı askerî amaçlı
roket yapımının projelerini doktora tezi olarak tamamlamış, ancak tez uygun
bulunmayarak 1922'de geri çevrilmiştir. Daha sonra Oberth'in, roketleri temel
alan uzay uçuşları üzerine yazdığı bilimsel kitaplar hâlâ önemini yitirmemiştir.
Oberth'in çalışmalarından esinlenerek Avrupa'da ilk sıvı yakıtlı roket
denemesini 1931 de Alman J.Winkler (1897-1947) yapmıştır. 1927'de kurulan
Alman Uzay Uçuşları Derneği de sıvı yakıtlı roket denemelerine başlamıştır. Bu
denemeleri yapanlardan biri de o zaman çok genç olan W. Von Braun
(1912-1977)
dur. Almanya'da roket çalışmaları 1932'de ordu tarafından ele alınmış, 1937 'de
bir deneme istasyonu kurulmuş ve sonra bu istasyonda V-2 roketleri geliştirilmiştir.
Bir tonluk savaş başlığı taşıyan bu sıvı yakıtlı roketler, bugünkülerin öncüsü
olarak savaşların gidişini değiştirdi ve Dünya'nın uzay çağına girişinde önemli
bir rol oynadılar.
İkinci Dünya Savaşı sonunda Alman
roket uzmanları, başta Von Braun olmak üzere Amerikan ordusuna teslim olup
çalışmalarına Amerika'da devam ettiler. Savaştan hemen sonra Amerikan hava
kuvvetleri; Atlas, Titan ve Thor gibi güçlü roketler geliştirirken Rus roket
uzmanları (Örneğin; F.Tsander, S.Korolev, V.Glushko ve M.Tikhonravov)
Tsiolkovsiky'nin bulgularını izleyerek kısa zamanda Atlantik'i bile geçebilecek
güçte roketler geliştirdiler. 1950'de uluslararası Astronotik Federasyonu
kurulmuş, yıllık toplantılarında uzay uçuşu problemleri tartışılmış, uzay uçuşu
için gerekli teknolojiye ulaşıldığında önce âletli ardından insanlı uzay
araçlarının Dünya yörüngesine sokulması düşünülmüş, sonraki hedefler; Ay, Venüs,
Mars ve diğer yakın gezegenler olarak belirlenmiştir. Uygulamalar zengin ülkeler
tarafından yapılabilmiş, l955'lerde Rusya'da ve Amerika'da uzay uçuş programları
plânlanarak uygulama aşamasına girilmiştir. Ruslar ilk kıtalararası roketi 1957
Ağustos'unda fırlattılar. Rusya'da bu güçlü roketler aynı yılın 4 Ekim günü ilk
yapay uydu Sputnik 1'i Dünya yörüngesine oturtmak için kullanıldı. Böylece çok
kademeli roketler uzay uçuşlarında uygulamaya sokulmuş ve uzay çağı başlamıştır.
Sovyetler güçlü çok kademeli roketlerine sürekli yeni kademeler ekleyerek,
Vostok ve Soyuz gibi insanlı ve insansız uzay araçlarının fırlatılmasında
yararlanmışlardır. Sovyetler hemen birincinin ardından 3 Kasım 1957'de Sputnik 2
yi içinde Laika adlı bir köpekle birlikte Yer yörüngesine oturturken ABD, aynı
yıl Vanguard uzay aracının fırlatılmasında başarısız olmuş ve sonra 31 Ocak
1958'de ilk başarılı uzay aracını (Explorer 1) fırlatmıştır.
Amerika'da Redstone ve Uno
roketlerinden sonra Von Braun ekibi, insanlı uzay uçuşları için çok kademeli
Satürn roketini geliştirdiler. Apollo projesi için geliştirilen o zaman
Dünya'nın en güçlü roketi Satürn V ilk kez 1967 de uygulamaya sokuldu. Sovyetler
Satürn V in yarı gücünde Proton roketini geliştirmişlerdi. Proton roketi insanlı
Ay yolculukları için geliştirilmiştir. 1968'de Apollo projesiyle ilk insanlı Ay
yolculuğundan sonra Ruslar insanlı Ay projesini iptal edip Proton roketini
insansız uzay uçuşları için kulanmışlardır. Daha sonra Ruslar, Satürn V ten çok
daha güçlü dev bir roket, yaptılar. Bu roket Ay yolculuklarında ve dev bir uzay
istasyonunun Dünya yörüngesine oturtulması için kullanıldı. Bu roket, 10 tonluk
kütleyi Dünya yörüngesine oturtacak, 60 tonluk kütleyi Ay'a gönderebilecek
güçtedir. Raporlara göre üç kademeli olan bu dev roket, 1968-1972 yıllarında kaza geçirdiği
için Ruslar daha sonra Energia adlı daha güçlü yeni bir roket sistemi
geliştirmişlerdir.
Şekil 6.1: Rusların 2. nesil Mir
uzay istasyonu.
Roketlerdeki itici gücün kaynağı
roket motorlarında oluşturulan sıcak gazın hızla dışarı atılmasından doğan
tepkidir. Newton'un üçüncü yasasına göre her etkiye zıt yönlü bir tepki kuvveti
oluşur. Roketlerde roket motorlarından hızla püskürülen gaz, rokete zıt yönlü
bir hareket sağlar. Roketlerde bu itici gücü daha iyi anlamak için şişirilmiş
bir balonu, ağzını bağlamadan havaya bırakın, balonun sönerken çıkardığı havanın
itme gücüyle zıt yönde hızla hareket ettiğini göreceksiniz. Roketler sıvı veya
katı bir yakıtın yanında ateşleyci olarak ayrıca oksijen taşırlar. Yakıt ve
oksijen ayrı ayrı tanklarda depolanır ve pompalama sistemiyle belli oranlarda
yanma odasına püskürtülür. Yanma odasında oluşturulan küçük bir kıvılcım
reaksiyonu başlatır. Ortaya çıkan sıcak gaz büyük bir basınçla dışarı
püskürtülerek zıt yönünde etki-tepki prensibine göre hareket sağlanır. Hareketin hızı,
roketin kütlesi yanında püskürtülen gazın ilk hızına ve birim zamanda
püskürtülen gazın kütlesine bağlıdır. Birim zamanda püskürtülen yakıt kütlesi
arttırılarak çok büyük kütleli roketler uzaya fırlatılabilir. Ancak bu durumda,
uçuş boyunca fazla yakıt gerekeceğinden, büyük kütleli roketlerin
fırlatılmasında yakıt depolarının büyük olması yanında, püskürtülen gazın ilk
hızı da arttıralarak daha fazla tepki kuvveti sağlanır. Roketleri jet
motorlarından ayıran tek özellik, jet motorlarında oksijen tankı bulunmamasıdır.
Jet motorları oksijeni atmosferden alırlar. Ancak bu nedenle jetler sadece
oksijeni bol olan alt atmosfer katmanlarında uçabilirler. Roketlerse atmosferin
üst katmanlarında hatta boşlukta da etki-tepki prensibine göre
hareketlerini sürdürebilirler.
Şekil 6.2: ABD'de NASA'nın
geliştirip kullandığı uzay mekiklerinden biri.
1980'li yıllara gelinirken hem
ABD'de hem Rusya'da uzay mekigi denen ve tekrar tekrar kullanılabilen uzay
araçları geliştirildi. Uzay mekikleri güçlü roketlerle uzaya fırlatılmakta,
Dünya etrafındaki yakın uzayda görevlerini yaptıktan sonra tekrar kullanım için
tıpkı bir uçak gibi yer yüzüne inebilmektedir. 1980'li yılların başında ABD
tarafından uygulamaya sokulan uzay mekikleri birbirine bağlı üç roketle hareket
ettirilmekte, yakıt olarak ayrı tanklarda sıvı hidrojen ve sıvı oksijen
kullanılmaktadır. Ek olarak yanlarda iki tane katı yakıtlı roket bulunmaktadır.
Mekik, Yer çekiminden yavaş yavaş kurtuldukça kademeli olarak işi biten yakıt
depolarını okyanus üstlerinde boşluğa bırakmaktadır. Ayrıca, mekiklerin kendi
üzerlerinde küçük yapılı manevra roketleri bulunmaktadır. Bugün için roket
yakıtları büyük hacimli ve ağır kimyasal yakıtlardır. Özellikle büyük kütlelerin
uzaya fırlatılmasında kullanılan roket yakıtları çok fazla olması gerektiğinden,
fırlatma işi mühendislik açısından oldukça zorlaşmakta hatta tehlikeli
olmaktadır. Bu bakımdan geleceğin roketleri için başka yakıt türleri
düşünülmektedir. Yeni düşüncelerden birisi iyon roketi veya elektrik roketidir.
Düşünceye göre ağır bir elementin, örneğin; sezyumun atomları tamamen iyonize
oluncaya kadar ısıtılacak ve oluşan çok sayıda yüklü parçacık (plâzma) güçlü bir
elektrik alanıyla hızlandırılıp uzaya püskürtülecek. Etki tepki prensibine göre
de roket zıt yönde hızlanacaktır. Hesaplara göre iyon roketlerinde itme gücü çok
fazla olmamakta ancak çok az yakıtla roket uzun süre ivmeli bir hareket
yapabileceği için büyük hızlara ulaşacaktır. İyon roketlerinin ilk fırlatma
sırasında yakıt kütleleri de az olduğundan bu roketlerle yer çekiminin daha
kolay yenileceği sanılmaktadır. Henüz büyük iyon roketleri devreye girmemiş
olmasına karşın uzayda küçük iyon roketlerinin denemeleri başarıyla
yürütülmektedir.
Geleceğin roketleri için diğer bir
düşünce nükleer güçten yararlanmaktır. Nükleer denizaltılarda olduğu gibi bir
reaktörden alınan atomik güçle bir sıvı, örneğin; sıvı hidrojen veya su, sıcak
gaz hâline dünüştürülüp uzaya püskürtülerek rokete zıt yönde hız verecektir.
Daha da önemli bir düşünce yıldızların merkez bölgelerinde var olan nükleer
enerji üretim mekanizmalarının roketlerde uygulanmasıdır. Bilindiği gibi
yıldızların merkezlerinde dört hidrojen çekirdeği, yüksek sıcaklık ve basınç
altında birleşip bir helyum çekirdeğine dönüşmekte ve çok büyük bir nükleer
enerji açığa çıkmaktadır. Gök yüzünde yıldızlar çok uzak oldukları hâlde bu
nükleer enerjinin çok büyük olması nedeniyle parlamaktadırlar. Gelecekte
roketlerde böyle bir enerji üretim mekanizması çalıştırılabilirse, evrende en
bol madde hidrojen olduğuna göre roket yıldızlararası maddeden aldığı hidrojeni
enerjiye dönüştürerek yıldızlararası yolculuk yapabilecektir. Bugüne kadar
roketler, insanoğlunun Ay'a gitmek gibi eski bir tutkusunu gerçekleştirmede çok
önemli bir rol oynamıştır. Güneş sisteminin içinde ve bunun da ötesinde insansız
uzay araştırmalarının yapılabilmesini mümkün hâle getirmiş ve uzayla ilgili
bilgilerin hızla gelişmesini sağlamıştır. Yarının gelişmiş roketleriyle diğer
Güneş sistemlerine ulaşma tutkusu da gerçekleşebilecektir. Bugün kademeli
roketlerle gerçekleştirilen başarılı uzay uçuş projeleri, proje adlarıyla
(örneğin Apollo projesi) bilinmektedir. Sovyetlerin en başarılı uzay uçuş
projeleri sırasıyla; Sputnik, Vostok, Voskhod, Soyuz ve Venera projeleridir.
Önemli ABD uzay uçuş projeleri ise; Vanguard, Pioneer, Mercury, Apollo, Gemini
ve Voyager projeleridir. Ayrıca ilk uluslararası uçuş projesi olan
Apollo-Soyuz
test projesi 15-24 Temmuz 1975'te gerçekleştirilmiştir. Rusya ve ABD'den sonra
gelişmiş Batı Avrupa ülkeleri, Çin, Japonya, Kanada, Hindistan, Brezilya ve
Avustralya gibi birçok ülke uzay araştırmalarında önemli adımlar atmıştır. Ancak
uzay araştırmaları çok pahalı bir uğraş olduğundan, Rusya ve ABD dışındaki
çalışmalar insansız küçük projelerle sınırlı kalmıştır. ABD'deki uzay
araştırmalarını Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi-NASA yürütmektedir. İlk 20 yılda
NASA sivil ve askerî amaçlar için 90 trilyon dolar harcamıştır, yarım milyondan
fazla insan çalıştırmaktadır. Rusya'da bu işi Bilimler Akademisi ve bu kuruma
bağlı Kozmik Araştırmalar Enstitüsü yürütmektedir. Uzay araştırmalarında üçüncü
güç 1964'te Avrupa Uzay Araştırmaları Organizasyonu-ESRO olarak kurulup 1975'te
Avrupa Uzay Ajansı-ESA ya dönüşen Avrupa ortaklığıdır. Bugün ESA; Belçika,
Danimarka, Fransa, Almanya, İtalya, Hollanda, İspanya, İsviçre ve İngiltere'den
oluşmaktadır.
Şekil 6.3: Avrupa Uzay Ajansı (ESA)
nın geliştirdiği çok kademeli roketler.
