Sydney Üniversitesi’nden Dr Patrick Neumann , doktora tezinde geliştirdiği yeni iyon motoruyla Mars’a gidip, dönüşte de bir tank yakıtla dönebileceğimiz bir teknoloji geliştirdiğini belirtiyor. Henüz deneysel aşamada olan motorun , NASA’nın HiPEP- Yüksek Güçlü Elektrikli İtiş iyon motorundan daha iyi olduğu iddia ediliyor.
İyon motorları it, elektrik veya manyetik alan kullanarak iyonlaştırma ile itiş sağlayan bir teknoloji. Aslında aynı kaplumbağa – tavşan hikayesine benzetiliyor. Normalde kimyasal roketler tek seferde milyonlarca kg itiş kuvveti sağlarken, bir iyon motoru ancak bozuk para itecek kadar güç sağlar. Buna rağmen kimyasal roketler sadece birkaç dakika içinde tüm yakıtı bitirirken, iyon motorları binlerce saat aralıksız çalışabilir. Uzayda sürtünme olmadığından bu motor aracı inanılmaz hızlara ulaştırabilir. Dünyada iyon motorları yeterli itişi sağlamasa da , uzayda kimyasal roketlerin erişemeyeceği hızlara ulaşabilir.
Buraya kadar her şey güzel fakat sorun şu ki, ortada tek bir çeşit iyon motoru yok. Aslen bunları bazı dezavantajları var. Bunların bazları çok basit olsa da, aşırı derecede verimsiz çalışıyorlar. Diğerleri çok itiş sağlıyor fakat kompleks ve ağırlar. Burada önemli olan en verimli sonuçları elde edebileceğimiz, en uygun tasarımı bulacağız.
Bugün kullanılan en etkili iyon motorları elektrostatik veya elektromanyetik itiş sistemleridir. Bu sistemler zenon gibi gazları alarak elektron bombardımanıyla iyonlaştırarak, radyo frekansla uyarılma yapılır veya diğer metotlar ile hızlandırma sonucunda bir sistemdeki elektrostatik şebeke veya manyetik alan kullanılarak plazma veya gaz iyonlaştırılır.
Bu tekniklerden en etkili olanı Hall etkisine dayalı sistemlerdir, fırlatılan elektronlar eksensel elektrik alan ve radyal manyetik alanda tutulur. Manyetik alan elektronlara yerinde tutarken, itici gaz tanımlandığında yükü yakalarlar. Gaz elektronlardan daha ağırken, elektrik alan uygulandığında, gaz atomları manyetik alana kolayca kaçabildiğinden, itiş üretirler.
İşte en iyi uçuş sağlayan iyon motorlarını olduğu yarışta kazanan NASA’nın HiPEP motorudur. Bu motor konvansiyonel boşluklu katot konfigürasyonu ve mikrodalga elektron hızlandırıcı konfigürasyonu kullanarak 40kW’ya varan güç seviyelerinde saniyede 90,000 metre hızlara ulaşabilir ki, bu da saatte 320,000 km/s eder. Bu performans rekoru olsa da Neuman motoru bunu rekoru değiştirebilir.
Neumann ‘a göre kendi iyon motoru katot ark motoru ile titreşiyor ve mekanik açıdan daha basit. Bu hiç şaşırtıcı değil çoğu açıdan ilk yapılan Sovyet iyon motoruna benziyor. 1964’te Soviet Zond 2 Mars aracıyla uzaya fırlatılan başarısız iyon motorunda plastik kartuşların kaynayana kadar ısıtılması ve sonucunda ortaya çıkan gaz hızlanma sağlıyor. Bu çok basit bir tasarımdı, fakat çok verimsizdi. Çünkü ortaya çıkan gazın büyük kısmı soğuduğundan, iyonlaşma olmuyordu. Sonrasında plazma akıntısı bloke oluyor.
Neumann motoru eski Sovyet teknolojisinden farklılıklara sahip olsa da bu ark kaynağı makinesiyle benzerlikler gösteriyor. Katı yakıt üzerinden ateşlenen yüksek voltaj boşalımları katot gibi davranır. Devre tamamlanınca,kartuş buharlaşarak iyon karışımına dönerek nötral bir buhar veriyor. Bu karışım genişleyerek anot halkasında hızlanarak, manyetik halka tarafından odaklanarak bir itiş dumanına dönüyor.
Neumann’a göre bu motor şimdiden , Hall iticilerine göre avantaja sahip. Daha basit ve potansiyel olarak daha stabil. Hall iticileri ve benzer sistemler kriyojenik gazlara dayandığından , çok düşük sıcaklıklara inilerek , motor beslenir. Yani tanklar,pompalar ve bir çok tesisat gerekir. Ayrıca HiPEP gibi yüksek performanslı motorlar çok ince ve çok sıkı şebekelere ihtiyaç duyar ki, bu sayede iyonlar hızlandırılır ve çıkan yakıt elektrik yükle dengede tutulur. Eğer bu olmazsa, uzay aracı çok güçlü elektrik yükü oluşturur, bu da deşarj olan iyonların mekiği geriye götürmesine yani yavaşlatmasına neden olur.
Buna karşın, Neumann motoru yakıt olarak magnezyum, titanyum, vanadyum, molibden ve hatta karbon tapa kullanılıyor. Motor odasında bulunan bu yakıt yakıldığından diğer motorlar gibi tesisata ihtiyaç duymaz. Ayrıca şebekeye ihtiyaç yoktur. HiPEP’de şebeke atomlarla sürekli bombardıman olduğundan, itiş azalır ve kafeste büyük delikler oluşana kadar sürer ve motor sonunda fonksiyonunu yitirir. Fakat Neuman motoru reaksiyon doğası gereği, kendi kendini nötralize olur.
Buna rağmen ,Neuman motorunun performansı en önemli faktör. Yapılan testlerde Neumann motorunun son teknoloji cihazlarla yarışamayacağı bulundu. Hall iticileri 30 ila 40 µN/W itiş sağlarken, Neumann ancak 20 µN/W güçte kalıyor. Yani spesifik impulslarla ifade edersek, Neumann motorunun kendisininkine sahip olduğu belirtiliyor.
Spesifik impulsu açıklamak için pek çok yöntem olsa da temelde bu motorun itiş –zaman veriminin bir göstergesi denilebilir. Yada diğer açıdan motorun birim zamanda itiş sağlamak için kullandığı yakıt ağırlığı olarak tanımlanabilir. HiPEP sistemleri 9600 saniye(+/- 200) spesifik impuls verebilirken, Neumann motoru yakıta bağlı olarak, 14690 (+/- 2000) saniye spesifik impuls sağlayabiliyor.
Neumann uygun geliştirme sayesinde, bu motorun pratik versiyonunun Dünya alt yörüngesinden güneş sisteminin içlerine kadar kullanılabileceğini belirtiyor. Buna rağmen her şeyden önce bu yeni motorda halen bazı geliştirmeler yapılarak, birkaç engelin üstesinden gelinmelidir. Yakılan kartuşları değiştirmek için kolay bir yol bulunursa, performans arttırılabilir. Manyetik alan odaklanmasının geliştirilmesiyle itiş geliştirilebilir. Katot alanının yönlendirme için kullanılması daha fazla yakıt kartuşu kullanılmasına neden olabilir.
Neumann motorun patentini alarak Neumann Space firmasına dönüşecek.
Kaynak :
Bir Yorum