11 Ekim 2018'de Baykonur'dan kalkan Soyuz MS-10 roketinin yan iticilerinden biri, kalkıştan iki dakika sonra ana gövdeye çarptı. Kapsül roketten ayrıldı ve dik bir yolla atmosfere geri düştü. Kozmonot Aleksey Ovçinin telsizden yükü okudu: 6,7 g.1 Yanındaki NASA astronotu Nick Hague birkaç gün sonra, normal bir dönüşte zaten dört beş g yaşadıklarını, bunun o kadar da fazla olmadığını anlattı.
Uzay mekiği aynı yörünge hızından dönerken mürettebata binen yük 1,5 g civarındaydı. NASA'nın mekik rotasını çizen mühendisleri bu sayıyı baştan hedef olarak koymuştu.2 Sierra Space'in kanatlı kargo aracı Dream Chaser da ilk uçuşunu aynı sözle bekliyor: 1,5 g'nin altında bir dönüş ve sıradan bir piste iniş.3 Kanat frenlemeyi gerçekten yumuşatıyor. Isı hesabı ise bu kadar tek yönlü çıkmıyor.
- Bir kapsülle bir uzay uçağının dönüşte taşıdığı yük farkını tek bir oranın nasıl belirlediği hesaplanıyor.
- Kanatların en yüksek ısınmayı düşürüp toplam ısıyı neden artırdığı, mekiğin rota kurallarıyla anlatılıyor.
- Columbia kazasında kanadın hangi noktasının neden en sıcak yer olduğu var.
- Bir kapsülün atmosferden sekerek dönmesinin ısı kalkanında neden beklenmedik kopmalara yol açtığı ve 2026'daki düzeltme anlatılıyor.
Kaldırma kuvveti yükü nasıl düşürüyor
Atmosfere giren her araç yörünge hızını havaya sürtünerek harcar. Mühendisler aracın bu sırada ne kadar kaldırma kuvveti ürettiğini tek bir oranla ölçüyor: kaldırma kuvvetinin sürüklemeye bölümü, kısaca L/D. Apollo kapsülünün ağırlık merkezi bilerek yana kaydırılmıştı, bu yüzden kapsül havaya hafif eğik girer ve sürüklemenin üçte biri kadar kaldırma üretirdi. Apollo 11'in verisinde bu oran 0,30 çıktı.4 Mekik burnu 40 derece yukarıda uçarak oranı 1 civarına taşıyordu.25
Bu farkın yüke etkisi basit bir hesapla görülebiliyor.
Araç süzülerek yavaşlarsa, hız düştükçe ağırlığını taşıyan şey kaldırma kuvveti olur. Sürükleme o zaman ağırlığın L/D'ye bölümü kadardır ve iki kuvvetin bileşkesi mürettebatın hissettiği yükü verir. Oran 0,30 iken bu yük 3,5 g, oran 1 iken 1,4 g çıkıyor. Gerçek kapsül dönüşleri daha dik başladığı için bu tabanın üstünde kalır. NASA'nın Soyuz raporu normal dönüş için 4-5 g, kaldırma kuvvetinin hiç kullanılmadığı balistik dönüş için 8-10 g veriyor.6
Kaldırma kuvvetinin ikinci getirisi giriş açısında. NASA'dan Thomas Wong 1960'ta, yükü 10 g ile sınırlanan bir aracın atmosfere güvenle girebileceği açı aralığının kaldırma kuvveti kullanılınca üç ila beş kat genişlediğini hesapladı.7 Mekik aynı kuvveti yana çevirerek rotasından yaklaşık 750 deniz mili, yani 1.390 kilometre sapabiliyordu ve bu sayede bir piste daha sık dönüş fırsatı buluyordu.
En yüksek ısı düşüyor, toplam ısı artıyor
Kaldırma kuvveti aracı yoğun havaya inmeden, ince havada uzun süre tutar. ODTÜ Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü'nde Sibel Kaçmaz'ın 2024'te Serkan Özgen danışmanlığında hazırladığı yüksek lisans tezinde, mekik benzeri bir aracın en yüksek ısınmayı 71 kilometrede, en sert frenlemeyi 45 kilometrede yaşadığı hesaplandı.5 Tez, balistik dönüşte ısınma tepesinin 30 ile 46 kilometre arasında geldiğini aktarıyor. Hava ne kadar inceyse yüzeye çarpan ısı akısı o kadar düşük kalır.
Bunun karşılığı süre. Mekik yörünge enerjisini yaklaşık yarım saatte harcıyordu. Mekiğin dönüş kurallarını anlatan NASA mühendisi B. Kent Joosten, bu uzun ve yüksek süzülüşün ısıyı yüzeyden içeri doğru biriktirdiğini yazdı: ısı kalkanının arkasındaki alüminyum gövdenin sıcaklığı, pratikte rotayı yüzey sıcaklığından daha çok sınırlıyordu. Isı birikimi bu yüzden dönüşten önce bile hesaba katılıyordu; mekik yörüngedeyken alt yüzü güneşten gölgede kalacak biçimde çevriliyordu.2 Wong da 1960 hesabında, sabit oranla giren bir araçta L/D 1'i geçince ısı bedelinin ağırlaştığını bulmuştu.7
- 1,5 g
- Mekiğin dönüş rotasının hedeflediği toplam yük; aracın yapısal sınırı 2,5 g idi.Joosten, NASA, 1985
- 8-10 g
- Soyuz kapsülünün kaldırma kuvveti kullanılmadan yaptığı balistik dönüşteki yük; normal dönüşte 4-5 g.NASA/SP-2010-578, 2010
- 1.650 °C
- Mekik kanadının ön kenarındaki karbon panellerin dönüşte ulaştığı yaklaşık yüzey sıcaklığı.Columbia Kaza İnceleme Kurulu, 2003
- 103 ve 9
- Artemis I ve Artemis II ısı kalkanlarında sayılan kömürleşmiş malzeme kopması noktası.NASA, 15 Ekim 2026
Kanadın ön kenarı
Kapsülün küt şekli de bu hesabın ürünü. NACA'dan H. Julian Allen ile Alfred Eggers 1950'lerde, küt burunlu bir cismin önünde oluşan şok dalgasının ısının büyük kısmını araçtan uzakta tuttuğunu gösterdi.8 Isınma burun yarıçapının kareköküyle ters orantılı olduğu için geniş yüzey daha az ısınır. Kanadın ön kenarı ise dardır.
Columbia Kaza İnceleme Kurulu'nun raporuna göre mekiğin burnundan ve kanadından çıkan iki şok dalgası, kanattaki 9 numaralı karbon panelin çevresinde kesişiyordu ve en yüksek yüzey sıcaklığı orada görülüyordu. Ön kenarın hemen önündeki hava yaklaşık 5.500 santigrada ulaşıyor, yüzeye yapışık ince hava katmanı paneli yaklaşık 1.650 santigratta tutuyordu.9 1 Şubat 2003'te Columbia'yı düşüren hasar, kalkışta dış yakıt tankından kopan bir köpük parçasının sol kanattaki 8 numaralı panelin alt yarısında açtığı delikti. Dönüşte bu delikten giren sıcak hava kanadın alüminyum iskeletini eritti ve yedi kişilik mürettebat hayatını kaybetti.
Kapsül de kaldırma kullanıyor
Kaldırma kuvvetiyle dönüşü uzatmak kapsüllerde de denendi. NASA'nın Orion kapsülü 11 Aralık 2022'de Ay'dan dönerken atmosferin üst katmanına daldı, kaldırma kuvvetiyle yeniden yükseldi ve ikinci kez girerek Pasifik'e indi. Ay dönüşünde kalkanın karşılaştığı sıcaklık 2.760 santigrada yaklaşıyor.10
İki dalış arasında ısınma azaldı. NASA'nın soruşturması, bu sırada Avcoat adlı kalkan malzemesinin içinde gaz biriktiğini buldu. Malzeme gazı dışarı veremeyecek kadar sıkıydı; içerideki basınç yükseldi, kömürleşmiş dış katman çatladı ve yer yer koptu.10 Uçuştan önceki yer testleri daha yüksek ısınmayla yapıldığı için bu davranış görülmemişti. Kalkanda 103 noktada kopma sayıldı.
Mürettebatlı Artemis II için NASA kalkanı değiştirmedi, dönüşte uçulabilecek mesafeyi kısalttı. Kapsül 10 Nisan 2026'da San Diego açıklarına indi. 15 Ekim 2026'da açıklanan incelemede kalkanda yalnızca 9 kopma noktası bulundu.11
Dream Chaser'ın ilk aracı Tenacity, Vulcan roketiyle Kennedy Uzay Merkezi'nden kalkacak, birkaç gün yörüngede kalacak ve Kaliforniya'daki Vandenberg Uzay Kuvvetleri Üssü'nün pistine inecek. Şirket 1,5 g sözünü bu uçuşun verisiyle göstermek zorunda.3 Ekim 2026'nın sonunda uçuş için kesin bir tarih yok; Sierra Space hedefi yılın son çeyreği olarak veriyor.
Dipnotlar ve Kaynaklar
- Spaceflight Now (2018). "Soyuz crew lands safely after emergency launch abort", 11 Ekim 2018. spaceflightnow.com; "NASA astronaut unfazed by frightening launch abort", 16 Ekim 2018. spaceflightnow.com ↩
- Joosten, B. K. (1985). "Descent Guidance and Mission Planning for Space Shuttle". Space Shuttle Technical Conference, NASA Johnson Uzay Merkezi. NASA Technical Reports Server 19850008593. ntrs.nasa.gov/citations/19850008593 ↩
- Sierra Space (2026). "Sierra Space Secures National Security and Commercial Payload Contracts for Dream Chaser Inaugural Flight", basın bülteni, 2 Eylül 2026. sierraspace.com ↩
- Graves, C. A., Harpold, J. C. (1972). "Apollo Experience Report: Mission Planning for Apollo Entry". NASA TN D-6725, Tablo I. ntrs.nasa.gov/citations/19720013191 ↩
- Kaçmaz, S. (2024). "Trajectory Optimization of a Lifting Re-entry Vehicle". Yüksek lisans tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği; danışman Prof. Dr. Serkan Özgen. open.metu.edu.tr ↩
- NASA (2010). "NASA Astronauts on Soyuz: Experience and Lessons for the Future". NASA/SP-2010-578, Johnson Uzay Merkezi. ntrs.nasa.gov/citations/20110002949 ↩
- Wong, T. J. (1960). "Motion and Heating During Atmosphere Reentry of Space Vehicles". NASA TN D-334. ntrs.nasa.gov/citations/19980231044 ↩
- Allen, H. J., Eggers, A. J. (1958). "A Study of the Motion and Aerodynamic Heating of Ballistic Missiles Entering the Earth's Atmosphere at High Supersonic Speeds". NACA Report 1381. ntrs.nasa.gov/citations/19930091020 ↩
- Columbia Accident Investigation Board (2003). Report, Volume I, Bölüm 3.6 ve Yönetici Özeti. nasa.gov ↩
- NASA (2024). "NASA Identifies Cause of Artemis I Orion Heat Shield Char Loss", 5 Aralık 2024. nasa.gov; "NASA Shares Orion Heat Shield Findings, Updates Artemis Moon Missions". nasa.gov ↩
- NASA (2026). "Rigorous Analysis Confirms NASA's Artemis II Heat Shield Performance", 15 Ekim 2026. nasa.gov ↩
Kapak: Dream Chaser Tenacity, Kennedy Uzay Merkezi, 20 Mayıs 2024. Fotoğraf: NASA; kamu malı, Wikimedia Commons.
kafa1milyon
Meraklı bir kafa. Bilimsel makaleleri, arşiv belgelerini ve saha notlarını okuyup gündelik dile çeviriyor; bilinmeyeni bilinmiyor diye yazmaktan çekinmiyor.
