Uzay Araçları Nasıl Hareket Eder

8
33202
uzay araçları nasıl hareket eder

Merhaba arkadaşlar bu yazımızda sizlere uzay araçları nasıl hareket eder sorusuna cevap arayacağız. Öncelikle uzay nedir; Uzay, Dünya ve diğer gökcisimleri arasında yer alan sonsuz boşluğa verilen isimdir. Uzayın ortalama sıcaklığı yaklaşık olarak -270 derecedir. Uzay’da bizim algıladığımız gibi bir zaman kavramı yoktur. Zaman insanların algılarıyla yarattığı ve yaşamlarını kolaylaştıran bir kavramdır.

Uzayla ilgili birçok teori, araştırma ve teknolojik gelişmeye rağmen bu sonsuz boşluğun tam sınırları bilinememektedir. Uzayda milyonlarca gök cismi ve yıldız sistemi olduğu tahmin edilmektedir.

Uzay Araçları Nasıl Hareket Eder

uzay araçları nasıl hareket eder bilgi

Uzay Araçları Nasıl Hareket Eder ? Boşlukta hareket eden cisimler  Newton’un, “etki eşittir tepki” şeklinde özetlediğiniz üçüncü yasasını, hedeflenen ivmenin tersi yönde bir miktar kütle ‘fırlatarak’ kullanır. Örneğin, kütlesi m olan bir roket, yerde sabit duran birine göre v hızıyla hareket ediyor olsun. Diyelim Δt kadar süre içerisinde geriye doğru, kendisine göre u hızıyla, küçük bir miktar, Δm kadar gaz fırlattı. Gazın rokete göre fırlatılma hızını, roket motorlarının yapısı ve gücü belirler. Yerdeki kişiye göre bu hız (v-u)’dur. Roketin kütlesi Δm kadar azalacak ve momentum korunmak zorunda olduğundan, hızı da bir miktar artacak, diyelim v+Δv olacaktır. Fırlatmadan önceki toplam momentum m.v, sonraki ise (m-Δm).(v+Δv)+Δm(v-u) olduğuna göre; m.v=(m-Δm).(v+Δv)+Δm.(v-u)=m.v+m.Δv-Δm.v-Δm.Δv+Δm.v-Δm.u olması gerekir. Ki bu da, m.Δv=Δm.Δv+Δm.u eşitliğini verir. Eğer Δm çok küçükse, burada sağdaki birinci terim, ikinci terime oranla gözardı edilebilir. Yani yaklaşık olarak, m.Δv=Δm.u’dur. Eğer her iki tarafı da Δt’ye bölüp, Δt’yi sıfıra doğru, çok küçük bir diferansiyel dt’ye gönderirsek, şu tam eşitliğe doğru gideriz: (1/u)dv/dt=(1/m)dm/dt. Dikkat edilecek olursa; bu ifadede soldaki m roketin kütlesi iken; sağdaki dm, fırlatılan gazın kütlesindeki son artıştır. Dolayısıyla, roketin kütlesi dm kadar azalmıştır. Eğer sadece roketin kütlesiyle ilgili bir denklem istiyorsak, sağdaki dm yerine –dm, yani (1/u)dv/dt=-(1/m)dm/dt yazmamız gerekir.

Yani; (1/u)dv/dt = -(1/m)dm/dt 

Sağ taraf m’nin doğal logaritmasının türevi olduğuna göre; ∫(-1/u)dv/dt = d(lnm)/dt. 

Her iki tarafın t=0’dan t=t1’e kadar integralini alırsak; (1/u)[v(t1)-v(0)] = -lnm(t1)+lnm(0) = ln[m(0)/m(t1)].

Roketin başlangıç hızını v(0)=0 varsayar ve m(0)’ı da m0 olarak gösterirsek; v(t1) = u.ln[m0/m(t1)] olur.

Durağan halden kalkıp, sabit u hızıyla gaz fırlatarak yol alan bir roketin kütlesi sürekli azalır ve herhangi bir t1 anındaki hızı, u.ln[(m0/m(t1)]’e ulaşır.

Tabii, gazın fırlatıldığı yönü değiştirmek suretiyle, roketin ivmelenme yönünü değiştirmek mümkün.

Astronotik Nedir?

Uzaya fırlatılan gemilerin (uzay araçlarının) yapısını, çeşitli gayeler için donatılmasını, fırlatılmasını, uzayda takip edeceği yolu, uçuşun insan ve diğer canlılar üzerindeki tesirini inceleyen bir ilimdir. Uzay araçlarının şekilleri kullanıldıkları gayeye ve zamana göre değişiklikler göstermek üzere küre, koni, silindirik, mermi şeklinde veya örümcek gibi karmaşık olabilir.

Fırlatma üslerinden dev kademeli füzelerin uç kısmında fırlatılan bu araçlar içlerinde çeşitli cihazlar ve uzay adamları için lüzümlu techizatları ihtiva ederler. Dış kısmı ısı geçirmez bir izolasyon malzemesiyle kaplıdır. Dünyaya dönüşte atmosferle olan sürtünme dış cidarları akkor haline getirir. Bu yüksek sıcaklığın araç içindeki insanlara tesir etmemesi için izolasyon lüzumludur.

Araçtan dışarıyla irtibat özel pencere ve periskoplarla sağlanır. Atmosfere geri dönüşte frenlemeyi sağlayan füzeler ve paraşütler, kumanda cihazları, astronotların oturduğu özel koltuklar, astronotun pozisyonunu dünyaya gönderen kameralar, haberleşmeyi sağlayan radyo sistemleri vb. uzay gemilerinin diğer ana parçalarını teşkil eder. Astronotun önündeki bir harita ona yerin neresinde olduğunu gösterir. Yön verme füzelerine kumanda, hem astronot tarafından hem de yerdeki istasyon tarafından yapılabilir.

Uzay gemisini fırlatmak için yapılacak esas iş yerçekimi kuvvetini yenmektir. Bu da roket motorlarıyla çalışan dev füzelerle sağlanır (Bkz. Roket). Uzay gemisi bu motorların uç kısmına yerleştirilir. İlk ateşleme anında hız saatte 100 kilometre civarında olduğu halde, dünya etrafındaki bir yörüngeye oturtulabilmek için hızın saatte 25.000 kilometreyi aşması lazımdır. Yine dünya dışında yıldızlararası boşlukta, bir hedefe doğru yollanacak gemilerin, yerçekiminden kurtulabilmeleri için hızlarının 40.000 kilometreye ulaşması lazımdır. Araç yükseldikçe yerçekiminin tesiri azalır. Yaklaşık 100.000 km civarında yeryüzündeki çekimin yirmide birine düşer. Aracın yükseldikçe hızının artmasını sağlamak için roket motorlarının teşkil ettiği füze birkaç kademe halinde yapılır (daha çok üç kademe). Önce birinci kademe ateşlenir. Yakıt bitince bu kademe atılarak araç hafifleştirilir. Sonra sırayla diğer kademeler devreye girer.

Aracın az yakıt harcaması ve ucuz olması için istenen hıza çok çabuk ulaşması gerekir. Fakat bu hız artışı(ivme) aracın içindeki araçlara ve insanlı araçlarda astronotlara zarar vermemesi için sınırlanır. Mesela insanın dayanabileceği ivme, yerçekimi ivmesinin 5 veya 6 katıdır. Yerçekiminin yedi katı olan bir ivmede kanın özgül ağırlığı yaklaşık demirin özgül ağırlığı kadar olur. Bu da insan organizması için dayanılmaz bir şeydir. Bunun zararından korunmak için astronot koltuğa sırtüstü yerleştirilir ve özel elbiseler giydirilir. Ani ivmeler de insan fizyolojisini etkileyen önemli bir faktördür.

İnsan fizyolojisi bakımından karşılaşılan diğer bir problem beslenme ve solunumdur. Ağırlığın artmaması için götürülecek gıdalar ve ihtiyaç maddeleri hesaplanıp, özel olarak korunurlar. Solunum için lüzumlu oksijen şimdilik tüplerle sağlanmaktadır. Vücuttan atılan karbondioksitin güneş enerjisinden faydalanarak tekrar oksijen olarak kullanılır hale getirilmesi henüz mümkün değildir. Bunların yanında araca çarpabilecek meteorlar, radyasyon da birer problem teşkil ederler. Neticede insan fizyolojisine tesir eden çeşitli uzay şartlarını incelemek üzere geliştirilen uzay tıbbını pekçok problem beklemektedir.

Uzay araçlarının yerden fırlatılması, yer yörüngesinde dolaşması, yerçekiminden kurtulması, gezegenlere doğru gitmesi ve dünyaya geri dönmesi için takip edeceği yollar önceden bilgisayarlarla hesaplanır. Araç uzayda giderken, diğer gezegenler de hareketli olup, durumları değiştiğinden ve araç bunların değişik çekim kuvvetlerine maruz kaldığından, yol alırken sabit birreferans noktası bulamaz. Bunun için hiçbir dış referans noktasına ihtiyaç göstermeyen sadece atalet tesiriyle çalışan jiroskopik yön bulucularından faydalanılır (Bkz. Jiroskop). Jiroskoptan gelen sinyaller bilgisayarda değerlendirilerek küçük roket motorlarına kumanda edilmek suretiyle yönde lüzumlu düzeltmeler yapılır. İnsansız araçlarda yön bulmak diğer haberleşme işlemleri gibi radyo sinyalleriyle olmaktadır. Araç dünyaya dönerken atmosfere yeryüzü ufuk düzlemine göre 5-7° açıyla girmesi lazımdır. Bu açının altına inilirse araç atmosferden çıkıp tekrar uzaya kaçabilir. Bu açıdan büyük açıyla girilirse sürtünme ısısı ve yerçekimi araca ve astronota zarar verebilir. Amerikalılar uzay gemilerini denize, Ruslar ise Sibirya’ya indirirler. Denizden helikopter ve gemilerle kurtarırlar. Bazı araçlar ise havada uçakla yakalanarak indirilir.

İki uzay aracının uzayda bir araya gelerek kenetlenebilmesi uzay çağında elde edilmiş en önemli başarılardan biridir. Uzayda kurulabilecek uzay laboratuarları için kenetlenme şarttır. Şimdiye kadar pekçok kenetlenme yapıldı. Hatta Amerikan uzay araçları ile Rus araçları arasında gerçekleştirilen kenetlenmeler sayesinde Amerikan astronotlarıyla, Rus kozmonotları arasında uzay ziyaretleri yapıldı. 21. yüzyılda içinde binlerce insanın barınacağı uzay şehirleri, Ay’da ve Merih’te uzay kolonileri kurulacak, güneş sisteminin dışına çıkılarak yıldızlararası uzayın araştırılması hayal olmaktan çıkabilecek. Uzay hakkında bugünkü bilgilerimizi hiç derecesine indiren bilgiler elde edilecektir. Bu yazımızda sizlere uzay araçları nasıl hareket eder sorusuna cevap verdik. Diğer yazımızda görüşmek üzere.

Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikAraçlarda Aerodinamik Nedir
Sonraki İçerikRise Of Nation Tam Ekran Sorunu Çözümü
Oğuzhan Mallı
Merhaba Ben Oğuzhan Mallı Mühendis Beyinler sitesinin editörüyüm, Bir süre Karadeniz Teknik Üniversitesinde Elektrik ve Elektronik mühendisliği okuduktan sonra, yurtdışında eğitimime devam etmekteyim. Advanced seviyesinde İngilizce ve Rusça bilmekteyim. Yazılarımda yaptıklarımla, düşüncelerimle ilgili pek çok şey bulabilirsiniz. Yorumlarınız, düşünce ve tavsiyeleriniz benim için çok önemli. Yalnızca “Merhaba, buralardaydım.” demek için dahi olsa vakit ayırıp bıraktığınız her bir yorum için çok teşekkür ederim. Bütün yorumlara cevap vermeye çalışıyorum.

8 Yorum

  1. Merhabalar uzayda hava olmamasina karsin neden ates cikar bilgilendirirseniz sevinirim
    Bi de sudan nasil cikiyo okyanuslardan firlatilir ken kaldirma kuvvetinden yaraslaniliyor oyle ise ates sonmez mi suda
    Yok sa ates deilmi o nitrojen diye duymustum lutgen bilgilendirin tesekkurler

  2. Buna ek; atmosfer olmayan gezegen vb. (misal: Ay) yerlere uzay aracı nasıl indirilir? [Anlatım olarak; “roket kullanılacaksa, uzay boşluğunda nasıl yanma gerçekleşir/gerçekleşmez belirtilerek anlatılabilir mi?”]

    Aslında benim ilk sorum; “Uzayda güneş enerjisi kullanılarak hareket gerçekleştirilebilirse nasıl gerçekleşir?”

    Bu yazınız en verimli araştırmalarımdan biri oldu. Teşekkür ediyorum paylaşım için.

  3. Burada eksiklik olduğu kanaatindeyim, gazın cinsine göre değişkenlik gösterebilir. Molekül ağırlığı daha fazla olan gazın boşlukta yayılma hızı, molekül ağırlığı daha az olan bir başka gaza göre oldukça azdır. Buda başka unsurları da meydana getiriyor. Gazın sıkıştırılma miktarı etkili yani iç basınç ne kadar fazlaysa dış basıncı sıfır kabul edersek iç basınç artarsa gazın dışarıya çıkışı da o denli fazla olacak. Kullanılan gaz hidrojen demiş olsak ve basıncını olabildiğince artırabildiğimiz bir kaba koysak ve kucuk bir kapakçıkla gazı dışarıya gönderebiliyor olsak ve bu kabı uzayda hareket etmeyen bir noktaya koysak ve o küçük kapakçığı açsak asıl şeyin kütlesinden daha çok basıncın etkili olduğunu görürüz diye düşünüyorum. Bu düşünce bana newtonun koyduğu 3. yasadan daha fazlası olduğunu düşündürüyor, kütleden bağımsız bir şey olmalı. Newtonun evinde vakumlu bir fanusta duran minnacık bi pervane var ve bu pervanenin iki kanadına zıt yönlerden iki ışık gönderildiğinde pervanenin döndüğü bir düzenek var. Yani ışık denilen şey aslında enerji dolu olan paketçikler olduğu için uzay araçlarına öyle bi sistem yapılmalıki uzay aracından ışık çıkarken uzay gemisini ite bilmeli. Yine 3. yasaya gelirsek bir nevi etki tepki kuvvetini olunca ışının gemiden ayrılma hızı ile geminin ışıktan ayrılma hızı eşitleninceyedek sürecek ve aslında gemi ışık hızında hareket edebilecek. Şimdi iyi güzelde kardeşim bunlar zaten denenmiştir olmadığı görüldüğü için yapılmıyor diyebilirsiniz fakat ya gemiler bu dediğim sisteme uygun değilse yahut hali hazırda olmayan bir sistem gerektiriyorsa ya da bundan bin sene önce nasıl elektromanyetik spektrumdan bi haberken şuanda mantıklı geliyorsa günün birinde de öyle bir etken bulacazki gazla gönderdiğimize hayretle bakıcaz ne ilkel diyecez. Düşünebiliyorsak yapıladabilinir sadece suan uygun zaman değildir. saygılar :D

    • Bütün yazını okudum, Newton’un 3. yasasına kadar haklısın, ama gerisi mantıken eksik veya yanlış. Birincisi, bahsettiğin o gaz için, yaptığın basınç hızına etki eder, ama o ağır gemiyi hızlandırmak veya yön değiştirmen için momentum gerekir. Şöyle düşün, sen diyorsun ki ya araba saatte 200km hızla gidiyor ben bunu yavaşlatmak için karşıdan 50mm çapında(5cm) taş atayım. Bu taşın hızıyla zaten durur/yön değiştirir. Gene manyaklığım tuttu hesap yapalım, arabanın ağırlığı 1200kg,(1 200 000gr) hızı 200km/h yani 55.5555 m/sn eder. 1200000X55.5555 sana momentini verir, (gram cinsinden aldım işlemi ona göre yapalım diye) = 66666600 grm/sn momenti… Bu arabayı durdurmak için uygulaman gereken moment 66666600 yani. Taşa gelelim, taşın özgül ağırlığı 1.9-2.6 gr/ cm3 diye verilmiş bi kaynakta. 5cm çap dedim, hacmi 65.4498 yani 65.45, ağırlığı lazım, çarp özgül ağırlığı hacimle, hadi senin teroinin lehine olsun en yüksek yani 2.6 gram alalım o da 170.17 eder. Taşımız 170.17 gram, moment ilişkisinden aracı durduran taşın hızını bulalım, m1v1=m2v2 66666600=170.17V v hızı buradan V=391764.70588 m/sn çıkar bu da saatte 1410352.941168km hız demek. Böyle bi taş atman için gerekli olan enerjiyi sen hesapla 1/2mv^2 den. Yani ışık hızı böyle bir mantığa göre hayallerde kalıyor. Aynı denklemi de ışık için yap, ışığın ağırlığı olması lazım diyorsak eneriyi ve momentumu düşün. Böyle manyaklıklar yapıp hesaplamayı seviyorum, eğer istersen iletişime geç bilim konuşalım, severim böyle şeyleri ben.

  4. Çok güzel bir mskale olmuş. Uzay araçları ile dünya aradında iletişimin ne şekilde kurulduğu, aracın enerjisini ne şekilde remin ettiiği konusunda da bizi aydınlatabilirmisiniz?

Düşünceleriniz Nedir?