Sesten 10 Kat Hızlı Uzay Uçağı Spartan ile Tanışın >> İstanbul’dan New York’a 40 dk’da uçun

Seramik gövdeli uzay uçağı Spartan, mahmuz jet motoru ile yerden 40 km yüksekte saatte 12 bin km hızla uçacak ve İstanbul’dan New York’a 40 dakikada gidecek. Yüksekten uçan uçaklar hava seyreldiği için sürtünmeyi azaltarak çok yüksek hızlara erişiyor.

Dünya atmosferi 100 km yüksekte bitiyor ve uzay başlıyor, ancak atmosfer 40 km yüksekte aşırı seyreliyor ve sürtünme pratikte ortadan kalkıyor.

Queensland Üniversitesi ve Avusturya merkezli Heliaq’ın geliştirdiği “mahmuz jet” motorlu Spartan bu sayede o kadar ucuza o kadar hızlı uçacak ki uzaya roketle uydu fırlatmaya gerek kalmayacak. Uyduları uzay uçağı spartan taşıyacak.

 

 

Neden uzay gemisi değil de uzay uçağı?

Teknik adıyla transatmosferik taşıtlar, yani Dünya yörüngesi ile Dünya arasında gidip gelen mekiklere uzay gemisi değil, uzay uçağı deniyor. Bunun iki nedeni var: 1) Atmosferde uçtukları için uçak gibi kanatları var. 2) Uzay mekiği gibi yerden 400-600 km yükseğe, yani gerçek yörüngeye çıkmıyorlar.

Uzay uçağı Spartan uyduları 40 km irtifaya çıkaracak ve ardından, uyduyu taşıyan roket motorlu 3. kademeyi (silindir şekilli kargo bölmesi) uzaya fırlatacak. 3. kademe, 40 km yüksekte sürtünme ve yerkeçekimi zayıfladığı için uyduyu az yakıtla ve ucuza yörüngeye yerleştirecek.

 

 

Yolcu da taşıyabilir

Bu tür uçaklar aynı mantıkla 40 km yüksekte yolcu da taşıyacak ve İstanbul-New York arasını 40 dakikaya indirecek (tabii İstanbul trafiğinde havalimanına gidebilirseniz. 🙂 Yoksa artık uzay limanı mı demeliyiz?)

Mahmuz jet motoru nedir?

Yüksek irtifa hem uzay uçaklarının nimeti hem de laneti. Yüksekte sürtünme olmadan hızlı uçmak iyi ama bunun bedeli atmosferin seyrelmesi ve hava yetersizliği nedeniyle jet motorlarına yeterince oksijen gitmemesi.

 

Mahmuz jet motorlu uçaklar bunu yükseklerde sesten 5 ila 10 kat hızlı uçarak çözüyor. Yüksek hızlarda jet motorlarının “hava alıkları”, yani havanın önden motora girdiği hava kanalları atmosferi adeta mahmuzluyor: Havayı içine çekmek yerine, havaya hızla çarpıp oksijeni içine alıyor.

Böylece sesten 10 kat hızlı uçan bir uçağın motorları 40 km irtifada atmosfer seyrek olsa da yeterince hava çekip yakıt yakarak gerekli itiş gücünü sağlayabiliyor.

 

 

Öyleyse neden yolcu uçakları turbofan motoru kullanıyor?

Günümüzde yolcu uçakları 8-10 km yüksekte turbofanlı jet motorları kullanıyor. Çünkü bu irtifada hava yoğun, yeterince oksijen var ve bu motorlar düşük hızlarda havayı mahmuzlayamasa da turbofanla içine çekebiliyor.

Öte yandan, sürtünme nedeniyle bu uçakların jet motoru ile alçak irtifada yükse hızlara ulaşması mümkün değil. Bu durumda mahmuz jetli bir uzay uçağı yerden nasıl kalkıp yavaş yavaş yükselecek derseniz Avusturya merkezli Heliaq şirketi onun da çözümünü buldu:

 

 

Üç motorlu uçaklar

Üç motorlu uçaklar üç farklı motorla çalışıyor. Turbofanlı standart jet motorlarıyla 10 km yükseğe çıkıyor ve Concorde gibi ses hızını aşıyorlar.

Ardından 25 km irtifadaki stratosferde mahmuz jeti çalıştırarak ses hızının 5 katına çıkıyorlar. 40 km yüksekte ise ses hızının 10 katıyla giderken roket motorunu ateşleyerek 80 ila 100 km yükseğe erişiyorlar.

Ancak tahmin edebileceğiniz gibi bu çok maliyetli bir sistem. Bir uçağa 3 motor yerleştireceksiniz. Bunlar belirli yüksekliklerde tek tek sorunsuz çalışacak. Uçağın ağırlığı ve yakıt tüketimi artacak. Böylece uzaya roketle uydu göndermek daha ucuz olacağı için uzay uçağı geliştirmenin manası kalmayacak.

 

 

Heliaq sorunu nasıl çözdü?

Avustralya merkezli Heliaq Gelişmiş Mühendislik şirketi, Queensland Üniversitesi’nin yardımıyla yeniden kullanılabilir bir katı yakıt roketi geliştiriyor.

Uzay mekiklerinin yardımcı katı roketleri gibi işi bitince paraşütle dünyaya inecek olan bu uçak kademesinin adı ise tahmin edebileceğiniz gibi Avustralya Fırlatma Aracı veya İngilizce kısaltması ile ALV.

ALV uzay uçağını 25 km’ye fırlatacak ve sesten 5 kat yüksek hıza erişmesini sağlayacak. Ardından yukarıda anlattığımız mahmuz jet devreye girecek. Resme bakarsanız bu özel mahmuz jetin hava alığının köpekbalığı gibi sivri dişleri olan silindir şekilli bir boru olduğunu göreceksiniz, yani F 16 jetlerinin köpekbalığı ağzına benzeyen hava alıklarından farklı bir tasarım.

 

 

Bu yüzden adı 3B mahmuz jet

Bunun nedeni hava alığının 3B printerda basılmış olması değil. Sadece mahmuz jet kaportasının üç boyutlu silindirik bir şekle sahip olması. Bu sürtünmeyi daha da azaltan ve 25 km’den 40 km’ye çıkışı kolaylaştıran bir tasarım.

Sürtünmenin azalması yakıt tüketimini ve uçağın taşıması gereken yakıt miktarını azaltıyor. Böylece 100 kg’lık bir uyduyu daha düşük maliyetlerle uzaya taşıyabiliyorsunuz.

Ancak sürtünmenin azalmasına sadece yakıt maliyeti olarak bakmamak lazım. Bir de ısınma sorunu var ve uzay uçağı Spartan’ın gövdesinin seramikten imal edilmesinin sebebi de bu.

 

 

Seramik ısıya dayanıklı

Uzay uçaklarını alüminyumdan üretemezsiniz, çünkü nispeten ucuz ve son derece hafif olsa da sesten 10 kat hızlı uçan bir uçağın gövde sıcaklığı 1000 dereceyi aşıyor. Bu nedenle ABD hava kuvvetlerinin ünlü casus uçağı SR-71 Blackbird sesten sadece 3 kat hızlı uçmasına rağmen titanyumdan üretilmişti.

Ancak, titanyum az bulunan pahalı bir metal ve yüksek ısıya dayanıklı olmasına rağmen çok ağır. Bu nedenle Spartan’ın gövdesi uzay mekiğinin ısı kalkanını (gövdesinin altındaki siyah kısım) oluşturan karolara benzeyen özel bir seramik malzemeden üretilecek. Böylece hem hafif hem de yüksek ısıya dayanıklı olacak.

 

 

İyi de kaç kg yük taşıyor?

Bir uzay uçağının roketlerle rekabet etmesi için hızlı, ucuz ve aşağıda anlatacağımız gibi yeniden kullanılabilir olması yetmiyor. Bir de ağır uyduları taşımak zorunda. Nitekim Spartan 50 ile 500 kg’lık orta boy uyduları rahatlıkla yörüngeye taşıyacak.

Bunlar da telekomünikasyon uyduları gibi en sık fırlatılan uydular. Dolayısıyla Spartan mali ve lojistik problemleri çözerek uzay ekonomisine büyük katkıda bulunacak. Spartan’ın roket motorlu 3. kademesi 40 km irtifada devreye girerek uyduyu 400, 600, 2000 km irtifadaki çeşitli yörüngelere taşıyacak.

 

 

İşin sırrı nerede?

İşin sırrı Spartan’ın yerden roketle 25 km yükseldikten sonra, Top Gun filmindeki F-14 Tomcat avcı uçaklarında olduğu gibi kanatlarını açacak olması.

Spartan 25 km yüksekte küt kanatlarını Tomcatler gibi açarak burnundaki hidrojen yakıtlı pervaneleri çalıştıracak ve alçalmaya başlayarak uzay limanına inecek. Burada kafamız karışmadan durup kısaca toparlayalım:

Spartan’ın 1. kademesi onu 25 km’ye çıkaran bir katı yakıt roketten oluşuyor ve bu roket işi bitince paraşütle süzülerek Dünya’ya dönüyor. 25 km irtifada 2. kademe olan mahmuz jet devreye girip 40 km’ye çıkıyor ve uyduyu uzaya taşıyacak olan roket motorlu 3. kademeyi fırlatıyor. Ardından mahmuz jet motorlu 2. kademe kanatlarını açarak uçak gibi yere iniyor.

 

 

Kompleks ama etkili bir çözüm

Heliaq şirketine göre üç motorlu ve üç kademeli bir uzay uçağı üretmenin en ucuz yolu bu. Nitekim Queensland Üniversitesi Hipersonik İtki Kürsüsü profesörü Michael Smart, konuyla ilgili açıklamasında şöyle söylüyor:

“Avustralya hipersonik uçak sektörünün uzay topluluğuna katılması için her kuşakta sadece bir kez gelen bu fırsatı kesinlikle kaçırmamalıyız.”

“Şu anda uzayda yörüngede dönen 1265 uydu var ama tek bir uydu fırlatmanın maliyeti bile astronomik. Projemiz ile küçük ülkelerle kuruluşların kendi uydularını uzaya fırlatmasını sağlayarak maliyetleri makul bir seviyeye çekmeye çalışıyoruz. Böylece yeniden kullanılabilir bir fırlatma sistemi ile kendi uzay faaliyetlerini yürütebilirler.”

 

 

Yüzde 95’i yeniden kullanılabilir

Spartan uçağının yüzde 95’i yeniden kullanılabilecek ve böylece eski Sovyet nükleer füze fırlatıcılarından bozma Rus roketlerini kullanmaya veya küçük uyduları daha büyük uyduları yüksek yörüngeye taşıyan roketlerin yanına katmaya gerek kalmayacak. Her ülke kendi uydusunu fırlatıp yönetebilecek.

Küçük modeli yolda

Şu anda Ar-Ge ekibi küçük ölçekli ALV ve Spartan maketleri geliştirirek uçuş testleri yapmaya hazırlanıyor. Örneğin 2015 sonunda test uçuşlarına başlayacak olan ALV-0 konsept gösteri aracının kanat açıklığı 3 metre olacak. ALV-0 düşük hızlarda sistemin düzgün çalıştığını denetlemekte kullanılacak.

 

Profesör Smart, “Normal uçak gibi ama kanatları katlı halde kalkacak ve ardından kanatlarını açacak” diyor. “Bu test uçuşu prototipin gerçekten çalıştığını kanıtlamak için düşük hızlı sevk ve idareye odaklanacak. Yeni şeylere yoğunlaşıyoruz, daha önce yapılan klasik roket testleriyle işimiz yok.”

Ardından, roket motorlu ALV-1 test aracı gelecek ama bunun için henüz fon ayrılmadı. Masabaşı tasarımlar güvenli ve ekonomik uçuş garantisi verdiğinde, üinversite ve özel sektör ALV-1’in imalatı için gereken parayı sağlayacak.

Ardından tüm sistemlere sahip olan ALV-2 prototipi gelecek ve ticari uçuşlar için satılacak olan ALV-3’ün seri üretimine başlanacak.

 

 

Spartan’ın farkı ne?

Yazıyı sonlandırmadan önce bu önemli noktaya da değinelim. Spartan’ı farklı kılan şeyler aslında yenilikçi teknolojileri değil. Asıl farkı, NASA prototiplerinin tersine, bu uçağın  gerçekten satışı yapılacak ve ticari olarak kullanılacak bir sistem olarak tasarlanmış olması.

Heliaq şirketi testler bittiğinde Spartan’ı satışa sunmaya hazırlanıyor. Dolayısıyla 5-10 yıl içinde dünyanın ilk uzay uçağına merhaba diyebilirsiniz. Siz de resimleri dikkatle gözden geçirerek şimdiden Spartan’la tanışın.

 

X-51A Waverider, NASA’nın sesten 5 kat hız mahmuz jeti