.
17 Nisan’da SpaceX şirketi, uzay araştırmalarındaki en büyük kilometre taşlarından birini tamamlamanın eşiğindeydi: Starship uzay aracının ve şimdiye kadar yaratılmış en güçlü uzay roketi olan Super Heavy’nin ilk yörüngesel uçuş testi. Fırlatmadan sadece 40 saniye önce, roketin basınçlandırma valflerinden birindeki donma sorunu, uçuşun 20 Nisan’da yapılması planlanan bir sonraki fırlatma penceresine kadar iptal edilmesine yol açtı.
Her şey beklendiği gibi giderse, Yıldız Gemisi yaklaşık 3 dakika boyunca Super Heavy tarafından çalıştırılacaktır. Oradan, her ikisi de ayrıştırılacak. Roket Meksika Körfezi yakınlarında denize inecek, uçak ise 150 ile 250 km irtifa arasında Dünya yörüngesine ulaşana kadar yörüngesine devam edecek. Bir buçuk saatlik uçuştan sonra (yörüngeyi tamamlamadan), Hawaii’deki Kauai adasından yaklaşık 400 km uzaklıktaki Pasifik Okyanusu’na düşecek.
Ancak SpaceX ve CEO’su Elon Musk’ın tutkusu, Mars’a insanlı bir görevle ulaşmaktır. Sadece ulaşmak için değil, aynı zamanda uzay araştırmaları tarihinde daha önce hiç karşılaşmadığı teknolojik bir meydan okumayı temsil eden Dünya’ya geri dönmek için.
Önemli olan Mars’tan dönmek
Ana zorluklardan biri, ısı kalkanınızın tasarımıdır. Yükün veya taşıdığı astronotların hayatta kalmasını garanti etmek dışında karşılanması gereken temel gereksinim, geminin Dünya’ya dönüş için yeniden kullanılmasına izin vermektir. Bugüne kadar, benzer bir ısı kalkanı kullanan tüm uzay araçları, Dünya atmosferine tek bir yeniden giriş manevrasına maruz kalmıştır. Bu durumda, ikisine katlanmak zorunda kalacaktı: Marslı olan ve karasal yüzeye geri dönen.
Uzay programları, Mercury, Gemini, Apollo, Orion ve SpaceX Dragon kapsülleri dahil olmak üzere onlarca yıldır benzer tasarımlara sahip yeniden giriş kapsüllerini kullandı. Hepsinin yeniden giriş sırasında oluşan ısıyı dağıtmak için yapısının %50’ye kadarını temsil edebilen bir termal kalkana ihtiyacı vardır.
Isı kalkanları, aracı çevreleyen yüksek hızlı gaz akımı tarafından kapsüle iletilen ısıyı dağıtmak için parçalanan ablatif malzemeler kullanır. Yeniden giriş sırasında, kalkanın yüzeyinde 3.000ºC’ye kadar sıcaklıklara ulaşılabilir, bu, içinde yaşayan astronotlarla uyumsuz bir şeydir. Ablatif materyalin ve radyasyon ısı yayılımının birleşik tepkisi, kapsül yapısının ve içinin aşırı ısınmasını önlemelidir.
Bill Ingalls/NASA
Yeniden giriş bölmeleri bir gidiş-dönüş için kullanılabilir mi? Tam olarak değil. Bunlar, uçuş sırasında maruz kaldıkları yüksek bozulma nedeniyle tekrar kullanılamaz.
1970’lerin Uzay Mekiği programı, yeniden giriş araçlarının geliştirilmesinde ilk adımı oluşturdu. Her iki durumda da ısı kalkanının amacı aynıydı: aracın içine ısı transferini en aza indirmek. Bununla birlikte, uzay mekiği sürekli uçuşa dayalı, termal olarak daha az talepkar ve daha düşük sıcaklıklara ulaşan bir yörünge izlediğinden, kullanılan araçlar önemli ölçüde farklılık gösterdi.
Kalkanın tasarımı, yeniden girişten sonra kolayca değiştirilebilmesini sağlayan, çoğunlukla kiremit biçimindeki çeşitli ısı yalıtımı türlerinin kullanımına dayanıyordu. Bu karolar, özellikleri aynı zamanda radyasyon yoluyla ısı dağılımını en üst düzeye çıkarmasına izin veren bir kaplama aracılığıyla gerekli sertliği verilen çok düşük iletkenliğe sahip bir silika elyaf dolgusundan (neredeyse %90 havadan yapılmıştır) oluşuyordu.
TENCERE
Uzay Mekiği, uçuşlar arasında ilgili bakımdan sonra tekrar kullanıldı ve gerekirse hasarlı karolar tamamen aynı olanlarla değiştirildi.
Yıldız gemisinin Mars atmosferine girmek için manevra yapmak zorunda kalacağı bir Mars gezisinde, ısı kalkanının bir kısmının maruz kalacağı yüksek sıcaklıklar nedeniyle bozulması beklenebilir. Dünya’ya dönmeden önce bir onarım süreci gerekli olacaktır.
Ancak Elon Musk’ın planlarında bu yoktu. Kendi sözleriyle: “Yıldız gemisinin inişten hemen sonra tekrar uçmaya hazır olması gerekiyor. Sıfır tadilat.”
Çift cidarlı bir uzay gemisi
SpaceX mühendislerinin aklına gelen ilk fikir kesinlikle devrim niteliğindeydi: yeniden giriş sırasında gemiyi korumak için hiçbir ısı kalkanı izi olmayan, tamamen açık paslanmaz çelik bir gemi. Nasıl elde edilmek istenmiştir?
Doğayı referans alırsak insan vücudunun kendini nasıl soğuttuğunu kendimize sorabiliriz. Temelde su olan ter, kuru bir ortamla temas ettiğinde buharlaşır. Ancak suyu buharlaştırmak için kendi vücudumuzdan aldığı enerjiye ihtiyaç duyar ve böylece sıcaklığını korumayı başarır. Bu işleme evaporatif soğutma adı verilir ve endüstride, termik ve nükleer santrallerde soğutma mekanizması olarak onlarca yıldır kullanılan bir şeydir.
Bunu Starship tasarımına aktarırsak çift cidarlı bir uzay gemisi geliştirilebilir. En dış kısım gözenekli olacaktır, böylece yeniden giriş sırasında, örneğin Mars’ta elde etmenin ne kadar kolay olduğu düşünülürse, aralarında bir sıvı metan akışı dolaşır. Metan, yeniden giriş sırasında büyük miktarda ısı emer, buharlaşır ve gözeneklerden araçtan çıkar. Ama bu çok karmaşık.
seramik tipi karolar
Bu tür bir çözümün karmaşıklığı, SpaceX’in kavramsal düzeyde Uzay Mekiği ile pek çok benzerliği olan pasif bir ısı kalkanını seçmesine yol açtı.
En son testler, uzay aracının yüzeyinin neredeyse üçte ikisinin, paslanmaz çelik yapı üzerine yerleştirilmiş altıgen şekilli 18.000’den fazla karo (bu durumda seramik) ile kaplanacağını gösteriyor. Karolar ile yapı arasına, yüksek sıcaklıklara maruz kalan iç yapıyı dışarıdan yalıtmak için silika veya alümina liflerinden yapılmış bir çeşit örtü konulacaktır.
Bu karolar, ayrılma riskini azaltmak için bir yapıştırıcının kullanıldığı binanın en kritik bölümleri dışında, aralarında belirli bir göreli hareket korunarak üç birleştirme noktası aracılığıyla sabitlenir.
Kalkan tasarımının homojenliği, Uzay Mekiğinde olduğu gibi her biri için özel yedek parçalara sahip olmak zorunda kalmadan hasarlı karoların başkalarıyla değiştirilmesini nispeten kolaylaştırır.
Mühendislik ve teknolojideki diğer yeniliklerin yanı sıra, Starship’in ısı kalkanı, Mars’a seyahatin ve insanlığın uzaydaki geleceğinin anahtarı olabilecek diğer uzun mesafeli uzay keşiflerinin yolunu açıyor.
.
