Isı Kalkanı: Dünya’ya Dönmek Mi, Yoksa Düşmek Mi?

Uzay araçları, yeryüzüne dönerken güçlü ısı kalkanlarına ihtiyaç duyarlar. Bu kalkanlar olmasa, atmosfere girişte yanıp kül olmaları kaçınılmaz olur. Peki, uzaya çıkarken de aynı atmosferi geçiyorlar ama,  o sırada  yanmıyorlarsa dönüşte niçin başlarına bu geliyor?

Öncelikle, uzay araçlarının yeryüzüne “iniş” adı altında gerçekleştirdikleri yolculuğun gerçekte “bodoslama düşüş” olduğu gerçeğini kabullenerek işe başlayalım. Şu aralar bolca reklamını gördüğünüz SpaceX kapsülleri bile, eğer yeniden kullanılmaları gerekliyse (veya insan taşıyorsa) Dünya’ya bu şekilde “sağlam olarak” geri dönüyorlar. 

Isı Kalkanı Neden Gerekli?

Hem artık kulanılmayan uzay mekikleri, eskiden kullanılan Apollo (ABD) ve şu an en yoğun kullanılan Soyuz (RUSYA) gibi kapsüller; Dünya’ya dönerken atmosfere çok sınırlı bir yönlendirme kontrolüyle, fakat büyük bir hızla girerler. Saatte 30 bin km‘yi bulan bu düşüş hızı, mekiğin veya kapsülün atmosferin seyrek dış katmanlarıyla sürtünmesine ve 1.500 santigrat derecenin üzerine ulaşabilen bir sıcaklıkta ısınmasına neden olur. (Araç uzaya çıkarken, atmosfer içinde bu hıza ulaşmaz, hatta yaklaşmaz bile. O nedenle tehlikeli derecede ısınması söz konusu değil.)

Isı Kalkanı
Apollo Kapsülü’nün ısı kalkanı. Apollo ve Soyuz araçlarında kullanılan bu kalkan, atmosfere giriş sırasında “yanarak” oluşan enerjiyi “kullanır” ve kapsülün iç gövdesini aşırı ısıdan korur.

Atmosferin bu seyrek üst katmanı, uzay aracını yavaşlatamayacak kadar düşük yoğunluklu gazlardan oluşuyor. Buna karşın, aracın çok yüksek hızı nedeniyle oluşan sürtünme böylesi büyük ısıların oluşması için yeterli.

Araç, ısı kalkanı sayesinde bu düşük yoğunluklu atmosfer katmanını geçip, yeryüzüne yakınlaştıkça atmosferin artan kalınlığının oluşturduğu baskı ile yavaşlar ve giderek soğur. Ardından inen cisim bir kapsül ise paraşütleri açılır, bir uzay mekiği ise uçak gibi normal iniş gerçekleşir. Sadece birkaç dakika önce 1.000 derecenin üzerine çıkmış olan ısı kalkanı sıcaklığı, araç yeryüzüne indiğinde elle dokunulabilecek kadar düşmüş olur.

Bu arada ısı kalkanı dediğimiz şey öyle über süper teknolojik bir sistem değil. Kapsüllerde bildiğimiz şişe mantarına benzer bir kaplama kullanılıyor. Mantar atmosfere girişte yanarken ısıyı dağıtıyor ve kapsülün yanması engelleniyor. Uzay kapsüllerinin dönüşte alev topuna dönüşmelerinin nedeni aslında bu. Mekiklerin dış katmanları ise inşaatlarda görebileceğiniz hafif tuğlalar gibi seramik bir malzemeyle kaplı. Bu kaplamanın dış kısmı bin dereceye kadar ısınsa bile, içte bulunan mekiğe bu ısının çok azını iletiyor.

Isı Kalkanı
Uzay mekiklerinin tüm yüzeyi, ısıyı dışarıda tutup geminin gövdesini koruyan seramik tuğlalardan meydana gelen ısı kalkanı ile kapladır. .

Peki bu “düşerek geri dönme” sıkıntısından kurtuluşumuz mümkün mü?

Hayır, şu an için teknolojimiz bunun yapabilmek adına yeterli değil. Bir aracın, ısı kalkanına ihtiyaç duymadan yeryüzüne dönebilmesi için, iniş sırasında hızını azaltmasını sağlayacak frenleyici güçlü roketlere ihtiyacı vardır. Ancak, bu frenleyici roketlerde kullanmak için de bolca yakıtı taşımanız gerekir. Uzay araçlarını çok büyük maliyetleri olan muazzam miktarda yakıt kullanarak fırlatıyoruz. Hem aracın, hem de onu fırlatmak için gereken yakıtın ağırlığı arttıkça, fırlatma maliyetleri ve mühendislik sorunları da artıyor.

Uzaya gönderdiğimiz araçların, küçük bir uzay aracını yeryüzünden fırlatmak için kullandığımız miktarda yakıta sahip olması gerekir ki, dönüşte bu roketlerini ateşleyerek hızını azaltsın ve ısınma sorunu olmadan geri dönebilsin. Ancak, bahsettiğimiz maliyet ve böylesi büyük miktardaki yakıta sahip ağır bir aracı uzaya göndermenin getireceği mühendislik sorunları yüzünden bunu yapabilmemiz mümkün değil.

İleride ucuz, hafif ve güçlü yeni itki sistemleri geliştirebilirsek, elbette bu sorundan da kurtulmuş olacağız. Ancak, günümüzde ve yakın gelecekte şimdilik bu mümkün görünmüyor. İtki sistemleri demişken; isterseniz sizi geleceğin itki sistemlerini anlattığımız şu yazı dizimizin ilk bölümüne davet edelim: Geleceğin İtki Sistemleri

Not: Hayır, SpaceX şirketinin şu roketi “uzaydan geri dönmek” amacıyla inşa edilmedi. Amacı, uzayda uyduları yerleştirdikten sonra geri dönmek. Yoksa, 300 küsür kilometre ve ötesi yörününgeye uydu yerleştirdikten veya araç gönderdikten sonra geri dönmek “şimdilik” (2018) değil. 

Zafer Emecan

Fotoğraflar telif: NASA / ESA / RSA

image_printPDF Kaydet & Yazdır

Yazar: Zafer Emecan

Bir astronomi işçisi. Kozmik Anafor'un kurucusu, her şeyi ve hiçbir şeyi. İlgisiz üniversiteler bitirmiş olmasına rağmen, içinden atamadığı gökbilim sevgisini kaleme, klavyeye, araştırmalara dökmeye çalışan, haddini bilen, ama bazen aşan bir amatör astronom.

Keşfet!

Evrende En Fazla Bulunan Elementler (Bolluk Sıralaması)

Bilindiği gibi, evrenin büyük patlama teorisinin öngördüğü biçimde oluştuğu düşünülüyor. Bugün çevremizde var olan elementler …