Falcon 9'ların Yeniden Kullanılabilir Olmasının Önemli Sebeplerinden Biri: Grid Fin
grid fin, 1950'lerde rus hesaplamalı mekanikçi sergey belotserkovskiy tarafından geliştirilen -ki kendisi aynı zamanda yuri gagarin'in tez danışmanıdır ve ilginçtir ki tezinin konusu da grid fin üzerinedir- bir uçuş kontrol ekipmanıdır. öte yandan kendisi şu an popülaritesini spacex şirketinin falcon 9 roketine borçludur.
zira atmosfere yeniden giriş yapacak olan roketlerin tekrar tekrar kullanımını mümkün kılmak için gezegen üzerinde istenen yere sıfıra yakın hızla inişi kontrol etmek için gerçekten de işlevsel bir kontrol sistemidir. olayın askeri boyutu ise bambaşka bir potansiyele sahiptir.
askerlerle mühendislerin arasındaki en ciddi iletişim eksikliği buradadır. askerler bir silahın sadece ilk ve sınır şartlarıyla ilgilidirler, mühendisler ise yönetici denklem setiyle ve çözüm uzayının tamamıyla ilgilidirler. askerin, ihtiyaç duyduğu sınır ve ilk şartları ortaya koyarken az ya da çok olayın mühendislik kısıtları hakkında fikir sahibi olması gerekir. bu yüzden savunma sanayinde en çok ihtiyaç duyulan profil hem yetkin mühendislik bilgisine hem de tasarlanacak silahın durumuna göre karargah ya da kıta tecrübesine sahip asker mühendislerdir. dürüst olmak gerekirse memleketin popüler mühendislik okullarının hepsi şu an sivildir.
abd tarafından geliştirilen moab isimli bombada, ki ağırlığı yaklaşık olarak 9 tondur, aktif kontrol sistemi olarak kullanılmıştır. tercihin nedeni ise termobarik bomba olması hasebiyle tahrip gücü yüksek sistemlerde taktik füzelerin aksine radar izinin ikinci planda kalmasıdır. çünkü grid finde konvansiyonel finlerin aksine yüzey alanı daha geniştir ve düşman radar tarafından tespiti ise daha kolaydır, fakat bu kolaylığı zorlaştıran bir diğer nokta ise aerodinamik ısınma limitlerinin tasarımının doğası gereği yüksek olması nedeniyle grid finlerin daha yüksek mach sayılarında kullanılabilmesidir. bu nedenle oksitleyici taşımayıp saf yakıttan oluşan harp başlıklarına sahip termobarik bombalarda kontrolör olarak tercih edilmeleri askeri bir ihtiyaca cevap vermektir.
termobarik bombalara kısaca değinecek olursak tahrip güçleri daha yüksektir çünkü faydalı yüklerinin tamamı yakıttan oluşur. tasarımındaki kritik nokta ise çarpma anında daha fazla yakıtın daha kısa sürede daha fazla oksijenle temasını sağlayabilmektir. böylece yeterince yüksek basınçla üretilen şok dalgaları arkasında cehenneme dönmüş bir ortam bırakarak ilerler. özellikle terörle mücadelede mağaralara saklanan teröristlere karşı oldukça etkindirler. zira kapalı alanların ağzında patlayan bombanın ürettiği şok dalgaları sönümlenene kadar mağara duvarlarından yansıyarak her geçişinde sıcaklığı yüzlerce derece artırır. bu yönüyle terörle mücadelede kısmen taktik olarak da tanımlanabilir, yine de sınıflandırmanın en doğrusunu askerler bilir, yaygarasını ise insan hakları savunucuları yapar zira çarpma anından sonra mili saniyeler içinde çarptığı ortamın sıcaklığını 4000 derecelere çıkardığı için ortada ceset de bırakmaz.
öte yandan faydalı yük kütlesi arttıkça termobarik bomba artık terörle mücadele sınıfından çıkıp kitle imha silahı olma noktasına kadar gidebilir. kullanılan yakıtın ısıl yüküne de bağlı olmakla beraber, açık arazide piyadeye ya da büyük şehirlerde halka karşı kullanımı gerçekten bir savaş/insanlık suçu olarak da tanımlanabilir.
düşünülenin aksine bir füzeyi yüksek hızlara çıkarmanın önünde, tabii uzaya çıktığı sürece, ciddi bir engel yoktur. zor olan şey mekanik olarak stabil koşullar altında o hızlarda kontrolü sağlamaktır. sistemin nasıl çalıştığına gelecek olursak, aslında temelinde ses üstü kanat profilinden çok farklı bir şey değildir. sadece birden fazla delikli ızgara tipi karenin birbirine eklenmesinden ibaret bir sistemdir. avcı jetlerdeki taşıyıcı kanat profilinden olan temel farkları ise dış değil iç akış olması nedeniyle sarsım ve genleşme dalgalarının karşılıklı etkileşimidir. kuşkusuz bu etkileşim mach sayısı arttıkça sistemin ürettiği dik kuvveti etkilemekten uzaklaşacaktır, tabii bu durum da grid finleri blast etkisi yüksek füzelerin biricik aşkı yapacaktır.
tasarımında pek de bir parametre yoktur; sadece fin kalınlığı, çerçeve genişliği ve chord* uzunluğu kullanılır. gel gelelim işin optimizasyonu bambaşka bir deryadır. birçok farklı disiplini içinde barındırdığından dolayı farklı alanlarda uzmanlaşmış güçlü bir mühendislik kadrosu gerekir, ki bu alanları aerotermodinamik, termomekanik, yapısal, kontrol ve entegrasyon olarak sıralayabiliriz.
mesela veter uzunluğu arttıkça performans iyileşir ama aynı zamanda veter arttıkça hem genleşme ve eğik sarsım dalgalarının kanat içi etkileşimi performansı düşürecektir, hem de yansıyan sarsım dalgaları fin içi hava sıcaklığını yükselterek termomekanik mukavemetten yiyecek ve yapısal bütünlüğü düşürecektir. bu durumun önüne geçmek için mach'a bağlı hücum açısı bandı tanımlanabilir, fakat bu da kontrolörün ihtiyaç duyduğu manevra kabiliyetinin altında kalmakla sonuçlanacak bir duruma yol açabilir. ayrıca artan veter uzunluğu sınır tabaka rejiminde değişime yol açacak yüksek reynolds sayılarına çıkarsa artan sınır tabaka deplasman kalınlık türevinden dolayı yeni sarsım dalgaları da üreterek kanat içi sıcaklığı cehenneme çevirebilir.
öte yandan kanat genişliği azaldıkça artan ıslak yüzey alanı sayesinde performans iyileşir ama daralan alanda baskın hale gelecek olan sınır tabaka-sarsım etkileşimleri sonu boğulmayla bitecek ikinci kritik mach sayısında yükselmelere de yol açabilir. bütün bunlar bir yana istenen kontrolör gereksinimlerini sağlayacak bir sistemin farklı disiplinlerin isterleriyle çakışması durumunda tasarım çıkmaza da girebilir.
grid finlerin bu kadar soruna rağmen konvansiyonel kontrol sistemine göre en büyük avantajları arasında stall riski taşımaksızın geniş hücum açısı bandında çalışabilmeleri, daha yüksek dik kuvvet üretebilmeleri ve daha yüksek mach rejiminde sıcaklık sorunu yaşamadan çalışabilmeleri vardır. görüntü olarak bu kadar iptidai duran bir sistemin ise arkasında binlerce saatlik mühendislik çalışması barındırması doğa'nın bize oynadığı bir oyun değil de nedir diye sorarak bu yazıyı bitirmek isterim.
Roket Motoru Tasarımını Ayrı Bir Zorluk Seviyesine Çıkaran Problemler
