Roketlerde Elektrik ve Manyetizma Kullanımı

Günümüzde birçok gelişmiş ülke roket itkisinde kullanılmak üzere elektrik ve manyetizma üzerinde çalışıyorlar. Son yıllarda yaptığı adımlarla Tübitak’ta Hale projesiyle bu ülkelerin arasına bizi soktu. Projenin tamamlanmasının 2018 yılını bulacağı tahmin ediliyor. Peki bu pek yeni olmasada yeni yeni bilim insalarının uğraşmaya başladığı teknoloji nasıl çalışıyor, kimyasal tepkimeler dururken elektrikte nereden çıktı? Neden bu tür bir itkiye ihtiyacımız var ? Bütün bu soruların cevabını teknik bilgimizde bulabilirsiniz.

Temel  roket mantığı tamamen momentum korunumu yasasına ve Newton’un etki tepki yasasına göre oluşturulmuştur. Egzozdan atılan maddenin momentumundaki değişme rokete bir itme kazandırır. Bunu matematiksel olarak ifade eden  Tsiolkovsky’ nin ilk olarak düşündüğü iyon hareketiyle itki kazandırma, çok düşük kütleli olan elektronların kullanılmasından dolayı başarısız olmuştur. Fakat son yıllarda elektron yerine daha ağır olan protonlar yani artı yüklü iyonlar kullanılmasıyla çok daha başarılı olmuştur. 

Burada prensip belirli bir elektrik alan içerisindeki hareketli parçacığa etki eden manyetik kuvvetin kazandırdığı ivmeyle itki sağlamadır. İki negatif gerilime sahip plaka arasına (biri çıkarma diğeri ivmelendirme plakası) konulan bir manyetik kuvvetten etkilenen gazla, önce çıkarma plakasından salınan elektronlarla gaz atomlarının elektronları itilip sonra, protonların bu levhalar arasında hızlandırılması ilkesidir. 

         

Yukarıda görüğünüz roket, İyon motorlarını ilk kullanan roket Deep Space 1 adlı uzay aracıdır(1998). Fakat bu motorlarda en büyük problem kullanınlan voltajın çok yüksek oluşudur. Bunu çözmek için Rusların geliştirdiği Hall etkili motorları ortaya çıktı. Manyetik alan içerisinde bulunan ve üzerinden akım geçen bir iletken boyunca gerilim (Hall gerilimi) oluşması olayına Hall etkisi denilmektedir. Bu motorlarda gazdan alınan elektronların düz bir şekilde değilde(düz bir şekilede artı yüklü iyonların tersi yönünde bir beam akımı oluşur),  spiral bir şekilde ilerlemesi voltaj ihtiyacını beş altı kat düşürüyor. 

Kimyasal yakıtlı motorlarda çok daha büyük miktarda kuvvet sağlansada, iyon motoruna  göre  itkinin depolanması oldukça zor. Kimyasal yakıtlı motorlar kısa süre içinde kullanılırken iyon motorları yıllarca kullanılabilir. Hem Hall etkili motorlarda hem de iyon motorlarında ortalama  83 mNluk(mili newton) bir kuvvet elde ediliyor ki bu kuvvet neredeyse  bozuk paraların ağırlığıyla eşit miktarda. Bu motoların kullanımı, kalkış kısmından ziyade, uyduların , roketlerin yada herhangi bir uzay aracının yörünge veya yön değişikliği gibi kontrol edilebilir küçük kuvvetler gerektiren işlevlerde kullanılıyor.