İyon İticiler

    NASA’nın Dawn(Şafak) uzay aracı uzun süredir cüce gezegen Ceres’e ulaşıp yörüngesine girmek üzere uzayda yol alıyor. Bu ayın başında yörüngeye ulaştı ve çektiği fotoğrafları merkeze gönderdi.

Dawn Space Craft

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dawn, uzaydaki hareketini iki adet elektrikli iyon itici motoruna borçlu. Gezegenler arası uzay keşif görevlerinde kullanılan, iyon itici ile güçlendirilmiş ilk uzay aracı. Aynı görev kapsamında iki gezegenin yörüngesine giren ilk uzay aracı olma niteliğini de taşıyor.

 

İyon motorları elektrik gerilimi kullanarak yakıt partiküllerini yüklü hale getirirler. Genellikle Xenon gazı atomları elektron bombardımanına tutularak iyon oluşumu sağlanır. İyonlar saatte 145.000 km. hızla motorların arkasındaki 1000 volt gerilim uygulanmış metal ızgaraya püskürtülerek itki sağlanıyor.

 

Sağlanan itki çok düşük fakat sürtünme ve yer çekiminin olmadığı ortamda itki saniyede 10 km gibi muazzam bir hıza ulaşabiliyor. Motorlara gereken gücü sağlamak için her biri 8.2 metre uzunluğunda iki adet güneş panelinden yararlanıyor. Paneller yardımıyla herhangi bir harici enerji kaynağına ihtiyaç duymadan uzayda yol almaya devam ediyor.

İyon itkisi
İyon itkisi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Geleneksel roketlerde itme hızı yakıtın moleküler bağları arasındaki kimyasal enerji ile sınırlıdır. Bu da itme hızını saniyede 5 km(18,000 km/s) ile sınırlar. İyon motorları uzay aracının sahip oldukları elektrik gücü doğrultusunda çalışır. Parçacıkların iticiden çıkış hızı saniyede 15 ile 35 km arasında değişiklik gösterir.

 

İyon iticilerin geleneksel kimyasal yakıt kullanan seleflerine göre daha az yükle aynı görevi gerçekleştirmesi maliyet açısından önemli derecede avantaj sağlar. 1 kg yükü dünya yörüngesinin dışına göndermenin bedelinin yaklaşık 20 bin $ civarı olduğu göz önüne alınırsa iyon iticileriyle donatılmış araçların gelecek uzay araştırmaları için ne denli önemli olduklarına bir işaret.

Elektriksel itmenin yakıtı hızlandırma amaçlı kullanılan üç yaygın kullanımı vardır. İticilerde iyonları hızlandırmak için kullanılan elektrik bazlı motor türleri:

Elektro-termal Motorlar: İki tane çalışma prensibine sahipler. Isıtma elemanlarından akım geçirerek(Resistojet) ve sıcak iyonize gaz yada plazmayı geçirerek(Arcjet).  Yöntemlerini itici gücü sağlayacak yakıtı ısıtmak için kullanırlar.

 

Elektromanyetik Motorlar: Yakıtı elektriksel olarak iletken plazmaya çevirerek iyonize ederler. Yüksek elektrik akımı ve manyetik alanın beraber çalışması sonucu hızlanma sağlanır. Titreşimli plazma iticileri olarak bilinen sistemin çalışma prensibi geleneksel elektrik motoruna benzer.

 

Elektrostatik Motorlar: Yakıta yüksek voltaj uygulanarak oluşan çok sayıda boşluk sonucu oluşan elektrik alanı mantığıyla çalışır. Izgaralı iyon motoru olarak adlandırılan sistem Dawn’da da kullanılıyor.

 

Elektriksel itici konsepti ilk defa Amerikalı roket bilimci Robert Goddard tarafından 1906 yılında ortaya atıldı. Uzun yıllardan beridir var olan fikir önemli projelerde kullanım için fazla deneysel sayıldı

 

Ta ki 1998 yılına kadar, Deep Space 1 uzay aracı ilk deney amaçlı iyon iticilerin kullanıldığı uzay görevini tamamlamak üzere fırlatıldı. Deneysel düşünülen uçuş sanılanın aksine Braille 9969 astreoidi ve  Borelly kuyruklu yıldızının yakınından geçerek o güne kadarki en iyi kuyrukluyıldız görüntülerini çekti.

 

Bir diğer başarılı girişim ise Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından gerçekleştirildi. ESA GOCE (Gravity Field Steady State Ocean Circulation Explorer) uydusu dünyanın yer çekimi alanını gösteren, eşi benzeri görülmemiş haritasını çıkardı.

GOCE Uydusu
GOCE Uydusu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gelecek Tasarımlar

Maliyetleri önemli ölçüde azalttıkları için ticari amaçlı uyduların yörüngeye gönderilmelerinde 1979 yılından beri iyon iticileri kullanılıyor. Yakın zamanda uzay araçları bu teknolojiyi daha da benimseyecek hatta Mars’a yapılacak insanlı görevlerde bile nükleer tabanlı elektrik iticiler ile kullanılabilecek. Kompakt iyon motorları ile uydular kendi kendilerine yeryüzünden jeosenkron yörüngeye dış kaynak gücüne ihtiyaç duymadan çıkabilecekler. Bu durum ağırlığın önemli ölçüde düşürülmesi ile muazzam miktarda yakıt tasarrufu ve daha küçük boyutlardaki araçlarla aynı görevin gerçekleştirilmesini ve en önemlisi de uzay araştırmalarında büyük miktarda tasarruf sağlayacak.

 

Halihazırda elektrikli itici tasarımlarında Xenon gazı itici yakıt olarak kullanılıyor. Fakat soy gaz olan Xenon gazı kaynağının sınırlı ve çok pahalı olması nedenleriyle uzay görevlerinde kullanılacak alternatif itici yakıtı arayışları sürüyor.

 

Newton’un 3. kuralına göre her etkinin kendisine eşit ters yönde bir tepkisi vardır. Roketlerin çalışma prensibi bu kanuna dayanır. Havanın olmadığı ortamlarda içten yanmalı motorlar işe yaramaz.  Bu kanun sayesinde günümüzde uzayı kateden roketler yapılabiliyor. İyon iticileri de gelecek nesil uzay araçları için itici gücü oluşturacak, kullanımının yaygınlaşması ile uzayın ve yeryüzünün keşfi başka boyutlara taşınacak.

Kaynak:
discovermagazine.com
popsci.com
nasa.gov
Bu yazı hakkında ne düşünüyorsun ?
  • Faydalı 
  • Müthiş 
  • Gereksiz 
  • Normal 
İsmail KIYICI

About İsmail KIYICI

Elektrik-Elektronik yüksek mühendisi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği'nde doktora eğitimine devam etmekte. Komhedos.com kurucu ortağı ve yazarı. İlgi alanları nesnelerin interneti (IoT), endüstri 4.0, tahmin ve karar sistemleri, yapay zeka, savunma sanayi ve yenilenebilir enerji. Eski bir IEEE gönüllüsü.   İsmail'in yazılarını okumak için tıklayınız 

View all posts by İsmail KIYICI →