SpaceX'in Yeniden Kullanılabilir Falcon Roketlerinin Kısa Bir Tarihi...

Bu yazımızda bahsedeceğimiz Falcon roketlerini anlamak için, roketlerin sahibi, SpaceX'in felsefesinden bahsetmekte fayda var. 

Abartı, neredeyse imkansız hedefler belirle ve asla vazgeçme. Gardını al ve sınıra koş. Bütün bunları yaparken akıllı ekonomik hamlelerde bulun.

1995, teknoloji için yeni bir devir olmuştu. Radyo ve televizyon rekabetini yerle bir eden internet çağı o yıl ivme kazanmıştı. "İnternetin insan doğasını yeniden yapılandıracağını düşünmüştüm." diyen Elon Musk, kariyerini internet üzerinden inşa etmeye çalışanlar arasındaydı. İlk başlarda Confinity isimli firma altında X.com adıyla bilinen, sonradan PayPal adını alan para transfer sistemiyle milenyumun yeni yıldızı olmaya başlasa da, önce X.com CEO'luğuna Musk yerine Peter Thiel'in atanması, sonrasında 2002 yılında eBay’in PayPal’ı 1,5 milyar dolara satın alması ile genç girişimci için işler değişti. Bilim ve teknoloji uğruna Güney Afrika’daki ailesini geride bırakan Elon Musk, oyuncağı elinden alınan küçük bir çocuk gibiydi. Ancak o, yeni hedef olarak farklı bir şey belirlerdi; uzayın karanlıkları Musk'ın yeni hedefi oldu. 

"Gelecek nesillerin vatanı" olarak adlandırdığı uzay, Musk için saplantı haline almaya başladı. Bu saplantısını mantıklı bir çerçeveye oturtmak için adımları hızlı ama sağlam atmaya başladı. 2002’nin sonlarında Teksas’ta bulunan 197 dönümlük araziyi, bir deneme rampasını ve beş binayı yıllık 45.000 dolar karşılığında kiraladı. Daha sonraki yıllarda çoğu şirketin sloganı haline gelecek olan "hemen ve en güzel şekilde yap" görüşünü uzay teknolojileri için de uygulamaya başladı. 

Ana adını Star Wars’taki Millennium Falcon isimli uzay gemisinden, yan adı olan ‘’1’’ rakamını ise motor sayısından alan Falcon 1 isimli roketinin bir modeli görücüye çıkmaya hazırdı; ancak NASA'yla yaşanan sorunlar işleri biraz aksattı. Şirket yeni kurulduğu için NASA’nın ilgisini çekmedi hatta başvuru dosyası kabul bile edilmedi. 2003’ün sonlarına doğru roketini tamamen hazırlayan Musk, kararını verdi: NASA ona gelmezse NASA’ya kendisi gidecekti. Independence Meydanı'nda Falcon 1'in maketi ile, polis eskortu eşliğinde bir sergi yaptı ve Washington ile NASA yetkilerine ilk ciddi mesajını vermiş oldu.

Yeniden kullanılabilir roketleri zirveye çıkaran ve günümüze kadar çığ gibi büyüyen SpaceX’in erken emekleme hikayesi kısaca böyleydi. Şimdi yeniden kullanılabilir roketlerin teknik detaylarına geçelim. 

Yeniden Kullanılabilir Sistem Nasıl İşliyor? 

Falcon roketlerinden bahsetmeden önce şirketin medarı iftiharı olan yeniden kullanılabilirlik sistemine bir göz atalım. Aslında bu dev yapılara "roket" demek yanlış olacaktır zira onlar bir nevi "robot" gibi dikey hareketle okyanus üzerindeki rampaya inebilmekteler! Bunun nasıl başarılabildiğini adım adım inceleyelim: 

İlk olarak taşıyıcı roketler ayrılmaktadır. Yaklaşık 75 kilometre yükseklikte gerçekleşen bu işlemin ardından ayrılma sırasında yatay pozisyona yer alan roket yeniden dikey konuma döndürülmektedir. Bu işlem Dünya’daki kontrol ekibi tarafından kullanılan soğuk gaz püskürtücülerinin ayarlanmasıyla gerçekleştirilmektedir. Daha sonra roketin motorlarından %35’i ateşlenerek, doğru yörünge takibi sağlanırken, atmosfere iyice yaklaşılmaktadır. Atmosfere girmenin ilk aşamasında merkez motor tamamen ateşlenmektedir. Tabii burada hava koşulları, rüzgar, roket ağırlığı ve kalan yakıt hesaplamaları hayati önem taşımaktadır. Bütün bu unsurlar her 15 saniyede bir hesaplanarak inişin başarılı gerçekleşme ihtimalini arttırılmaktadır. 

Atmosfere giren roketin üzerinde ızgara yüzgeçler açılmaktadır. Roket hareketlerini stabil hale getirmekle görevli olan bu yüzgeçler, dikey inişin anahtarıdır. Yüzgeçlerin tamamen açılmasının ardından son ateşleme gerçekleştirilerek roketin hızı azaltılmaktadır. Hızın azaldığı andan sonra sıkıştırılmış helyum yardımıyla karbon fiber ve alüminyum iniş takımları açılmaktadır. 

Falcon 1 

İlk Falcon 1 fırlatmaları, Pasifik okyanusundaki Kwajalein bölgesindeki Reagan Test Sahası’nda gerçekleştirilmiştir. 26 Mart 2006’da ilk resmi uçuşunu gerçekleştiren roket, fırlatma tablasını terk ettikten saniyeler sonra, yakıt hortumlarındaki bir yırtılma sebebiyle başarısız olmuştur. Aynı konumda 25 Mart 2007 yılında yapılan ikinci uçuş, roketin kendi etrafında dönüşünün dengeye oturtulamamasıdan kaynaklanan motor kapanması nedeniyle başarısız olmuştur. Üçüncü uçuşta ise roketin motor kısmı Merlin için yeni "tazeleyici soğutma sistemi" kullanıldı. Bu sistem sayesinde motorların sıcaklık dengesini stabilize etmek hedeflenmişti; ancak yüksek yakıt kapasiteli soğutma sisteminden arta kalan fazladan yakıt yüzünden elde edilen ek itki sebebiyle, ilk aşama ikinci aşama motoruna çarpmış ve üçüncü denemenin de başarısız olmasına yol açmıştır.

Takvimler 28 Eylül 2008’i gösterdiğinde özel uzay taşımacılığında bir devrim yaşandı. SpaceX'in kurulmasından sadece 6 yıl sonra Falcon 1, dördüncü denemesinde yörüngeye ulaşarak bunu başaran ilk özel sermayeli, sıvı yakıtlı roket olmuştur. Bir yıl sonra, 13 Temmuz 2009’da, tarihindeki beşinci fırlatılışında ilk ve başarılı olan tek ticari görev-yükünü de yörüngeye çıkararak kendi misyonunu tamamlamıştır.

Roketin ilk bölümü sürtünmeye dayanıklı olması için Al-2219 isimli bir alüminyum alaşımından yapılmıştır. LOX ve RP-1 tanklarının uçuş basıncını dengelemesi için Irvin Corporation tarafından roketin ilk bölümüne bir paraşüt sistemi inşa edilmiştir. Ayrıca yapılan yüksek oluk kanalları da basınç dengesini sağlamada önemli bir rol oynamıştır. Merlin 1A, 1B ve 1C motorları kullanılırken roketin ana kaplaması alüminyum lityum alışımı ile yapılmıştır. Böylelikle olası bir patlama sonucu bazı önemli parçalar kurtarılabilmektedir. 

• Boy: 21,2 metre 
• Çap: 1,7 metre 
• Ağırlık: 27.670 kilogram 

Falcon 5

Şirketin başlarda üzerinde çalıştığı beş motorlu hızlandırıcı aşamalı fırlatma aracı olan Falcon 5, tasarım aşamasındayken iptal edilmiştir. Bu iptalin nedeni ise daha gelişmiş bir roket olan Falcon 9’a ayrılan kaynaktır.

Falcon 5, teknik detaylarda fazla şey vaat etmese de, tasarım aşamasında yarattığı hikayeyle büyük sermaye kazancı yaratmıştır.

Falcon 5 ile ilgili ufak bir detay, SpaceX'in maliyet konusuna yaklaşımını netleştirmemizi sağlayabilir: Falcon 5’in tasarım toplantılarında konu, Uzay İstasyonu’ndaki yüksek maliyetli kapı mandallarına gelmiştir. İstasyon'daki her kilit için ikişer mandal gerekiyordu ve bunlardan biri 1.500 dolar tutuyor ve toplamda 20-25 adet mandal gerekiyordu. Toplam maliyeti 32.000 dolar olan bu mandal sistemlerinin yerine, tuvalet kapılarında kullanılan ve her biri 30 dolar olan mandal sistemi SpaceX tarafından önerildi. Güvenlik testlerinin de olumlu sonuç vermesi sonrasında mandalların toplam maliyeti 650 dolara kadar indirilebilmiştir.

Falcon 9

İlk uçuşunu birkaç ertelemenin ardından 4 Temmuz 2010 tarihinde Cape Canaveral Hava Kuvvetleri İstasyonu'ndan başarıyla gerçekleştiren Falcon 9, kullanıldığı zaman zarfında; Pasifik Okyanusu’nun üzerinden uçan ilk roket olmuş ve ayrıca Merlin 1D roketlerini de başarıyla kullanarak Falcon Heavy'nin dev gücünün temellerini atmıştır. 

SpaceX bir önceki fırlatma aracı olan Falcon 1'i tamamen kendi sermayesiyle geliştirmişti; ancak Falcon 9, Ticari Yörüngesel Taşımacılık Hizmetleri (COTS) programı çerçevesinde, NASA'nın sağladığı maddi destekle birlikte geliştirilmiştir. 2006 yılında SpaceX, "ticari yörüngesel taşıma hizmetini geliştirip ispat etmek" üzere doğrudan-kaynak-sağlanan, üç adet ispat uçuşu da içeren "Uzay Yasası Anlaşması"na hak kazandı. Böylece hem maddi destek, hem de asil üyelik kazanmış oldu.

NASA ayrıca, 2008 yılında UUİ'ye Ticari İkmal Hizmetlerinin fırlatmalarını (ilk uçuştan iki yıl önce) satın alarak fırlatma aracının ana müşterisi olmuştur. 1.6 milyar dolar değerindeki sözleşme, UUİ'ye malzeme götürüp ve UUİ'den malzeme getirecek olan en az 12 adet görev içermektedir.

Falcon 9, uyduların ve Dragon uzay aracının yörüngeye güvenilir bir şekilde taşınması için tasarlanmış iki aşamalı bir rokettir. Bu roketi diğerlerinden ayıran özelliği ise yeniden kullanılabilirlik sisteminin ilk defa tam güçte çalışmasıdır.

İlk Falcon uçuşlarının bazı aşamaları paraşütle donatılmış olmasına ve mühendislerin gelecek için kullanılabilirlik sistemine yardımcı olmak amacıyla, kurtarılmaları amaçlanmış olmasına rağmen, SpaceX başlangıçtaki test fırlatmalarında başarılı olamamıştır. Falcon'un ana hızlandırıcıları, ayrılma sonrasında maruz kaldıkları aerodinamik gerilmesinden ve aşırı ısınmadan sağ çıkamamıştır. Başarısız geçen denemelerin ardından 2011 sonlarında, SpaceX yaklaşımda değişikliğe gidildiğini bildirmiştir.

Paraşüt yöntemi terk edilerek itkili-güç-verilen-iniş yaklaşımına odaklanılmaya başlanmıştır. 29 Eylül 2011 tarihinde Ulusal Basın Kulübü'nde Musk, Falcon 9'un yeniden kullanılmasınının tamamen dikey kalkış, dikey iniş özelliğine sahip roketle olacağını ve bu sistemin geliştirilmesi için özel sermayeli bir programın başladığını belirtmiştir. Roketin ilk bölümüne inişe güç verecek olan bir dönüş sistemi, ikinci bölümüne ise atmosfere giriş yaparken ilk bölümdeki sistemi koruyacak olan ısı kalkanı yerleştirildi. 2015'in Aralık ayında bütün aşamaların başarıyla tamamlanması ve roketin yeniden dik bir şekilde yüzeye dönmesiyle birlikte ana hedef gerçekleştirilmiş olmuştur.

Falcon 9’un ilk bölümü; dokuz Merlin motorunu, sıvı oksijen ve roket sınıfı kerosen (RP-1) itici içeren alüminyum-lityum alaşımlı tankları barındırmaktadır. Kalkış sonrası roketlerin tutuş gücünü sağlamak için tam itiş performansına sahip olması ve tam güçte 747 saniye hareket edebilmesi Falcon 9’un diğer önemli özellikleri arasında yer almaktadır.

• Boy: 70 metre 
• Çap: 3,7 metre 
• Ağırlık: 549.054 kilogram 

Falcon Heavy 

2004 yılında Elon Musk’ın tasarım aşamasını başlattığı Falcon Heavy, kendinden önceki roketlerden esintiler sunan ama genel anlamda çok daha güçlü olan devasa bir yapıttır. Nisan 2011’de Washington’da ilk somut adımları atılan roket, üç Falcon 9 çekirdeğinin birleşimini barındırmaktadır.

Bu roket, uzun ve sancılı bir mühendislik dönemi ve birçok problem ile geliştirilmiştir. Roketin güçlü motorlarını sabitlemek ve ana gövdesini tasarlamak en büyük sorunlardan biridir; ancak roketi fırlatacak olan rampanın da muazzam açılarla inşa edilmesi gerekmiştir. Zira Falcon Heavy; yolcu, mürettebat, ağır yükler ve tam yakıtla dolu Boeing 737 jet uçağının kütlesinden 8 kat ağırdır!

Dünyanın en güçlü roketi olarak tanınan Heavy, kalkış sırasında 5 milyon pound (22.2 milyon Newton) kuvvet üretmektedir. Bu devasa yapının en büyük amacı insanları uzaya taşımaktır. Özellikle Mars ve Ay için koloni hayallerini gerçekleştirmeye en yakın roketimiz şu anda budur. Yeniden kullanılabilirlik sistemiyle bir arada uzay seferleri yapması beklenen Heavy'nin bu beklentiyi 2040'lı yıllarda gerçekleştirme ihtimali bulunmaktadır

Roketin ilk bölümü üç Falcon 9 çekirdeğinden oluşmaktadır. Yan çekirdek ve güçlendiriciler, tabana ve merkez çekirdeğin sıvı oksijen deposuna bağlı şekildedir. Toplam 27 Merlin motoru bulunan üç Falcon 9 çekirdekli yapı, kalkışta 22,819 kiloton itme gücü üretirken yan basınç dengeleme sistemi sayesinde olası faciaları önlemeye çalışmaktadır. Kalkıştan kısa bir süre sonra merkez çekirdek motorlarının gücü azaltılırken, yan göbekler birbirlerini stabilize ederek roketin merkezkaç kuvvetini arttırmaktadır.

Roketin ikinci bölümü ise destekleyici güç görevinde. İlk bölüme güç, vakum için uyarlanmış olan, 117:1'lik genleşme oranına ve 345 saniyelik ateşleme süresine sahip, tek bir Merlin 1D motoru tarafından sağlanmaktadır. Üç Falcon 9 çekirdeğini barındıran 27 Merlin motoruna verilen tek destek bu değildir: Rokete eklenmiş olan "tekrar-başlatılabilirlik" özelliğini sağlama almak için, motorun tasarımına çifte yedekli piroforik (havayla temas ettiğinde tutuşan) ateşleyici düzenek de eklenerek destek arttırılmıştır.

• Yükseklik: 70 metre 
• Çap: 12,2 metre 
• Ağırlık: 1.420.788 kilogram 

Gündelik hayatın basitliğini roket teknolojisinin karmaşıklığına en uygun şekilde entegre eden SpaceX, son yıllarda başardıklarıyla geleceğe umut saçıyor. Blue Origin, Virgin ve Boeing gibi diğer özel uzay turizmi şirketlerinin getirecekleriyle birlikte uzayın karanlıklarını aşmaya çalışacağız gibi gözükmektedir.