İçeriğe atla

Delta-v

Astrodinamik'te delta-v kavramı tam anlamıyla "hızdaki değişiklik" demek olmasına rağmen belirli bir anlamı vardır: sayıl olup sürat birimlerini alarak bir yörünge manevrası yapabilmek, başka bir ifadeyle bir rotadan başka bir rotaya geçmek için gerekecek olan "gayreti" hesaplar.

Burada

anlık itişi
anlık kütleyi

belirler.

Dış kuvvetlerin olmaması ve itişin belli bir yönde uygulanması durumunda formül, şu basitleşmiş şekli alır:

Bu da yalın biçimde hız değişikliğidir.

Roketler için 'dış kuvvetlerin olmaması' ile genelde atmosfer sürüklemesi ve geriye doğru aerostatik basıncın aracın burnunda olmaması ifade edilir. Bu durum vakum ispin hesaplarda kullanılmasına imkân verir ve delta-v kapasitesi böylece roket denklemiyle hesaplanır. Atmosfer kayıplarının oluşturduğu "masraflar"sa gezegen yüzeyinden kalkışlar hesaplandığında delta-v bütçesine aktarılır.

Uçuş yolları için kullanılan delta-v'ler

Bir uçuş yolu tasarlandığında delta-v, kullanılacak yakıtın ne kadar olduğunu gösteren bir göstergedir. Yakıt kullanımı, delta-v'nin roket denklemiyle gereğince hesaplanan üslü bir işlevidir.

Aracın ilk ve son konumundaki tüm enerjisini kullanarak enerjinin korunumu prensibiyle delta-v ihtiyaçlarını tespit etmek mümkün değildir. Çünkü yakıt yandığında sistemden enerji götürmektedir (aşağı da bakınız). Aynı zamanda yakılan yakıt da yok olmaktadır. Meselâ çoğu uzay aracı bir yörüngeye gönderildiğinde uzaya fırlatıldığı yerin enlemine yakın bir eğiklikle hareket ettirilir. Böylece Dünya'nın dönüşünden kaynaklanan yüzeysel hızından yararlanılmış olur. Gerekirse uzay uçuşu görevinden kaynaklanan sebeplerden dolayı uzay aracını bu eğiklikten farklı bir eğiklikle uzaya fırlatılması durumunda ilk ve son yörüngelerdeki potansiyel enerji aynı olmasına rağmen hatırı sayılır ve daha büyük bir delta-v'ye ihtiyaç vardır.

Bir rokete itiş kısa ateş darbeleriyle etkidiğinde diğer ivmeyle ilgili kaynaklar ihmâl edilebilir olabilir ve hız değişikliğinin büyüklüğü delta-v'ye bakarak basit bir yaklaşımla saptanabilir. Bu durumda etkiyecek tüm delta-v, her ayrık ateş darbesinde gereken delta-v'lerin toplamıyla basit bir şekilde hesaplanabilir. Bu, her ateş darbesinden sonra hızın büyüklüğü ve yönünün çekim etkisiyle meselâ eliptik yörüngeye girerken değişmesine rağmen böyledir.

Delta-v hesâbına örnekler görmek için Hohman transfer yörüngesi, çekimsel katapult ve gezegenlerarası sürat yoluna bakınız. Ayrıca büyük itişlerin çekimsel sürüklemeyi azalttığı da kayda değerdir.

Delta-v, aynı zamanda satelitleri gerektiği gibi yörüngede tutmak için gerekli olup itici yörüngesel konumu tutma manevralarında harcanır. Çoğu satelitlere kalkıştan önce konan yakıt sonradan tekrar yakıt tanklarına doldurulamadığından satelite başta yüklenen yakıt miktârı, pekâlâ onun ömrünü belirliyebilmektedir.

Oberth etkisi

Delta-v'nin hız yönünde uygulandığı ve güç göz önüne alındığında her delta-v birimi için kazanılan belirli yörüngesel enerjinin o anlık hıza eşit olduğu görülür. Hem o anki çekimin, hem de oluşturuduğu ivmenin değişmez olduğu bir roket ateşlemesi için her delta-v birimi için kazanılan yörüngesel enerji, ateşlemeden önce ve sonraki hızın ortalama değerine eşittir. Meselâ eliptik bir yörüngede bulunan bir yapay uydunun enerjisi yüksek hızda (yâni düşük yükseklikte) düşük hıza (yâni büyük yüksekliğe) göre daha verimli bir şekilde arttırılabilir. Bu gerçek Oberth etkisi olarak bilinir.

Ayrıca yörüngesel katapulta bakınız.

Porkchop çizimi

Gezegenlerin zamanla birbirlerine göre değişen konumlarına göre farkı delta-v'ler değişik fırlatılış târihlerine göre gerekmektedir. Bu durumu aydınlatan ve delta-v'yi zamâna karşı değişimini gösteren diyagrama kimi zaman Porkchop çizimi de denir. Bu diagram fırlatış için en uygun zaman aralığını hesaplamaya mümkün kılar. Çünkü uzaya fırlatılış, ancak kullanılan uzay aracının kapasitesi dâhilinde olmalıdır.[1]

Delta-v oluşması

Delta-v, tipik olarak bir roket motorunun itişiyle ya da başka reaksyon motorlarıyla sağlanabilir. Delta-v'nin zaman değişimi motorlarca oluşan ivme büyüklüğü, başka bir ifâdeyle itişin tüm araç kütlesine oranıdır. Asıl ivme vektörü, kütle başına itiş kuvvetini çekim vektörü ve cisme etkiyen bütün diğer kuvvetlere ekleyerek bulunur.

Gereken toplam delta-v, tasarımın başlangıç safhası için iyi bir başlama noktasıdır. Daha sonra eklenen karmaşalar, tasarımın ileri safhalarında ele alınmak üzere geciktirilir.

Roket denklemi, gereken yakıtın artan delta-v'yle dramatik olarak arttığını gösterir. Bu yüzden modern uzay aracı sevk sistemlerinde hatırı sayılır çaba, uzay aracının toplam delta-v'sini azaltma ve büyük delta-v vermeye muktedir uzay araçları tasarlama yönünde harcanmıştır.

Delta-v'yi bir itiş sistemiyle arttıramak için şu tedbirler alınmalıdır:

Bunun yanı sıra (çeken gök cismine yakınken) itiş düzeyini arttırarak delta-v bâzen arttırılabilir.

Güneş Sistem etrâfındaki Delta-v'ler

Konvensiyonel roketlerle muhtelif yörünge manevraları için km/s cinsinden delta-v'ler.[2] Kırmızı oklar, o yönde istemli hava freninin nerede kullanılabileceğini gösterirken siyah rakamlar her iki yönde uygulanan delta-v'yi km/s cinsinden göstermektedir. Gösterilenden daha düşük delta-v transferlerine çoğu zaman erişilebilirse de ender transfer zaman dilimlerinde olur veya hatırı sayılır ölçüde daha uzun sürerler. Mümkün bütün yollar gösterilmemiştir.

Kullanılan kısaltmalar

C3 Kaçış yörüngesi
YEY Yere eşzamanlı yörünge
YSEY Yere göre sâbit eşzamanlı yörünge
L5 Dünya-Ay uzaklığının beşte biri (Lagranj noktası)
ADY Alçak Dünya yörüngesi

Ayrıca bakınız

  • Delta-v bütçesi
  • Çekim sürüklemesi
  • Yörüngesel manevra
  • Uzay gemisi itişi
  • Özgül itici kuvvet
  • Tsiolkovsky roket denklemi

Kaynakça

  1. ^ "Features of Mars Exploration". 5 Ekim 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 29 Aralık 2008. 
  2. ^ "cislunar delta-vs". 20 Temmuz 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 29 Aralık 2008. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Yörünge</span> bir gökcisminin bir diğerinin kütleçekimi etkisi altında izlediği yola yörünge adı verilir

Gök mekaniğinde yörünge veya yörünge hareketi, bir gezegenin yıldız etrafındaki veya bir doğal uydunun gezegen etrafındaki veya bir gezegen, doğal uydu, asteroit veya lagrange noktası gibi uzaydaki bir nesne veya konum etrafındaki yapay uydunun izlediği kavisli bir yoldur. Yörünge, düzenli olarak tekrar eden bir yolu tanımlamakla birlikte, tekrar etmeyen bir yolu da ifade edebilir. Gezegenler ve uydular Kepler'in gezegensel hareket yasalarında tanımlandığı gibi, kütle merkezi elips biçiminde izledikleri yolun odak noktasında olacak şekilde yaklaşık olarak eliptik yörüngeleri takip ederler.

<span class="mw-page-title-main">İvme</span> hızın büyüklüğü ve / veya hız yönünün zamanla değiştiği hız

Fizikte ivme, hızın zamana göre türevi olarak tanımlanır. Büyüklüğü uzaklık/zaman2 olan bir vektörel niceliktir ve cismin hem hızının hem de yönünün şiddetlerindeki değişimini gösterir. İvmeölçer yardımıyla ölçülen ivmenin SI birimi metre/saniye²'dir.

<span class="mw-page-title-main">Düzgün dairesel hareket</span>

Düzgün dairesel hareket, sabit bir kuvvetin etkisinde, bir çember üzerinde süratin değişmediği harekettir.

<span class="mw-page-title-main">Roket</span> itiş için kullanılan pirokinetik motor; yanıcı silah için bkz. Q2037215

Roket bir uzay aracı, hava aracı, araç, atkı veya bombadır. Roket, roket motorundan itme gücü elde eder. Roket motoru egzozu tamamen roket içinde taşınan roket itici yakıtından oluşur. Roket motorları etki ve tepki ile çalışır ve sadece egzozlarını yüksek hızda ters yönde dışarı atarak roketleri ileri doğru iter ve bu nedenle uzay boşluğunda çalışabilir. Etimolojik kökeni İtalyancada "bobin" anlamına gelen rocchetto olup, silindirik şekil benzerliğinden ötürü modern anlamında sahiplenilen kelimenin kullanımı 20. yüzyıl başlarında savaş gemilerinin öz itmeli ateşleme mermilerine dayanmaktadır. Türk Dil Kurumuna göre Türkçeye Fransızca roquette kelimesinden geçmiştir.

Fizikte, birim zamanda aktarılan veya dönüştürülen enerjiye ya da yapılan işe güç denir, P simgesiyle gösterilir. Uluslararası Birim Sistemi'nde güç birimi, saniyedeki bir joule'e eşit olan watt'tır kısacası J/s. Eski çalışmalarda güç bazen iş olarak adlandırılırmıştır. Güç türetilmiş bir nicelik ve skaler bir büyüklüktür.

<span class="mw-page-title-main">Kurtulma hızı</span> bir cismin kendisini bağlayan kütleçekim alanından kurtulak için varması gereken hız

Fizikte, kurtulma hızı kütleçekim alanındaki herhangi bir cismin kinetik enerjisinin söz konusu alana bağıl potansiyel enerjisine eşit olduğu andaki hızıdır. Genellikle üç boyutlu bir uzayda bulunan cismin kendisini etkileyen kütleçekim alanından kurtulabilmesi için ulaşması gereken sürati ifade eder.

<span class="mw-page-title-main">Dairesel yörünge</span>

Astrodinamikte dışmerkezliği sıfıra eşit olan eliptik yörünge olarak özetlenebilecek dairesel yörünge, tanım olarak fizikte sabit eksen etrafında rotasyonun tipik bir örneğidir. Burada bahsedilen eksen, hareket düzlemine dik olarak kütle merkezlerinden geçen doğrudur.

<span class="mw-page-title-main">Eliptik yörünge</span>

Eliptik yörünge, Astronomi ve uzay mühendisliğinde, dışmerkezliği (basıklık) 0'dan büyük ancak 1'den küçük olan yörüngedir. Dışmerkezliği 0'a eşit olan yörünge daireseldir ve bu yörüngeye dairesel yörünge denir. Eliptik bir yörüngede özgül enerji her zaman negatiftir. Hohmann transfer yörüngesi, Molniya yörünge ve Tundra yörünge başlıca eliptik yörüngeler arasındadır.

<span class="mw-page-title-main">Yörüngesel uzay uçuşu</span>

Yörüngesel uzay uçuşu, bir uzay aracı içinde aracı kalkış noktasından başlayarak yerçekimine karşı hareket ederek çizilen eğmeçli bir gidiş yönünde dış uzayda gezegen çevresi üzerinde eliptik bir yörüngeye yerleştirmek için yapılan uçuştur.

<span class="mw-page-title-main">Alçak Dünya yörüngesi</span>

Alçak Dünya Yörüngesi (ADY), Dünya'nın etrafında 160 km yüksekliğinden 2000 km (1200 mi) yüksekliğine kadar olan aralığa denk gelen bir yörüngedir. 160 km yüksekliğin altındaki nesneler çok hızlı bir şekilde yörüngesel çöküşe ve irtifa kaybına maruz kalırlar. Alçak Dünya yörüngesinde dengeli bir konum elde edebilmek için gerekli olan hız 7.8 km/s değerindedir ancak yörüngenin yüksekliğinin artmasıyla dengeli konum için gerekli bu hızın miktarı azalmaktadır.

Özgül itici kuvvet roket ve jet motorlarının verim oranını tanımlamak için kullanılan bir yöntemdir. Kullanılan itici yakıt miktarı ile ilgili olarak itici kuvvetin türevini belirtir. Başka bir deyişle, itme kuvveti birim zamanda kullanılan itici yakıt miktarına bölünür. İtici yakıt "miktarı" kütlece verilirse, bu durumda özgül itici kuvvet hız birimine sahip olur. İtici yakıt miktarı ağırlıkça verilirse, o zaman da özgül itici kuvvet zaman birimi ile ifade edilir. Özgül itici kuvvetin iki sürümü arasındaki dönüşüm sabiti g dir. Özgül itici kuvvet ne kadar yüksekse, belirli bir itme kuvveti için gerekli itici yakıt akış hızı o kadar az olur ve bu durumda Tsiolkovsky roket denkleminde bahsi geçen delta-v için roketin daha az itici yakıta ihtiyacı olur.

<span class="mw-page-title-main">İnsansız uzay gemisi</span> otomatik olarak uzayda uçabilen ve insansız uzay uçuşları için kullanılan uzay gemileri

İnsansız uzay gemisi ya da insansız uzay aracı, otomatik olarak uzayda uçabilen ve insansız uzay uçuşları için kullanılan uzay gemilerine verilen genel addır. Ne derece insanlardan bağımsız, yani özerk olduğu gemi modelleri arasında farklıdır. Uzaktan kumandalı, uzaktan güdümlü ya da tamamen özerk (robotik) olabilirler. Mesela Salyut 7, Mir ve UUİ'nun modülü Zarya, insansız uzaktan güdümlü şeklide istasyonu işletebilme, her iki yeniden ikmâl aracı ve yeni modüllerle kenetlenme imkânına sâhipti. En yaygın insansız uzay gemileri robotik uzay gemileri, insansız yeniden ikmâl araçları, uzay sondaları ve uzay rasathaneleridir. Her insansız uzay gemisi robotik olmamaktadır. Meselâ uzaya yollanan bir yansıtıcı top, robotik değildir.

<span class="mw-page-title-main">Roket motoru</span>

Roket motoru, genellikle yüksek sıcaklıktaki gaz olan yüksek hızlı itici bir sıvı jeti oluşturmak için tepkime kütlesi olarak depolanmış roket itici gazlarını kullanır. Roket motorları, Newton'un üçüncü yasasına göre kütleyi geriye doğru fırlatarak itme üreten tepki motorlarıdır. Çoğu roket motoru, gerekli enerjiyi sağlamak için reaktif kimyasalların yanmasını kullanır, ancak soğuk gaz iticileri ve nükleer termal roketler gibi yanmayan biçimleri de mevcuttur. Roket motorları tarafından tahrik edilen araçlara genellikle roket denir. Roket araçları, çoğu yanmalı motorun aksine kendi yükseltgen taşır, bu nedenle roket motorları, uzay aracını ve balistik füzeleri itmek için bir boşlukta kullanılabilir.

<span class="mw-page-title-main">Kütle çekimsel sapan</span>

Yörüngesel mekanikte ve uzay mühendisliğinde, kütleçekimsel sapan veya çekim etkili manevra, yakıt, zaman ve gider açısından tasarruf yapmak için uzay araçlarının hız ve yönünün bir gezegenin veya başka bir astronomik aracın çekim etkisiyle değiştirilmesidir. Çekim etkisi, uzay araçlarının ivmelendirilmesi, hızlarının artırılıp veya azaltılması ve yönlerinin değiştirilmesi için kullanılabilir. Bu etki, kütleçekimi uygulayan gök cisminin uzay aracını çekmesiyle sağlanır. Bu teknik, ilk olarak 1961'de üç cisim problemi üzerinde çalışan Michael Minovitch tarafından önerildi. Gezegenler arası araştırma yapan Mariner 10 dan itibaren bu teknik kullanılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Fırlatma aracı</span> uzaya bir obje taşımayı sağlayan roket

Uzay yolculuğu alanında fırlatma aracı ya da taşıyıcı roket bir görev-yükünü Dünya'nın yüzeyinden uzaya taşımak için kullanılan bir rokettir. Bir fırlatma sistemi fırlatma aracından, fırlatma rampasından ve diğer çeşitli altyapı bileşeninden oluşmaktadır. Genelde taşıyıcı roketler yörüngeye yapay uydu yerleştirmek için kullanılırken, araştırma roketi gibi bazı uzay uçuşları Yörünge-altı uzay uçuşu olarak sınıflandırılır. Bazı roketler ise bir uzay aracının Dünya'nın yörüngesinden tamamen kurtulamasını sağlarlar.

<span class="mw-page-title-main">Sabit bir eksen etrafında dönme</span> dönme hareketinin özel bir durumu

Sabit bir eksen etrafında dönme dönme hareketinin özel bir durumudur. Sabit eksen hipotez yönünü değiştirerek bir eksen olasılığını dışlar ve salınım devinim gibi olguları tarif edemez. Euler’in dönme teoremine göre, Aynı zamanda, sabit eksenler boyunca eş zamanlı rotasyon imkânsızdır. Eğer iki rotasyona aynı anda kuvvet uygulanırsa, rotasyonun yeni ekseni oluşur.

<span class="mw-page-title-main">Uzay aracı itki sistemi</span> Uzay aracını ivmelendirmeye yarayan her türlü yönteme verilen ad

Uzay aracı itki sistemi ya da Uzay aracı sevk sistemi, uzay aracını ve uyduları ivmelendirmekte kullanılan her türlü yönteme verilen addır. Pek çok farklı yöntem bulunmaktadır. Her yöntemin bazı sakıncaları ve üstün tarafı vardır ve uzay aracı sevki etkin bir araştırma alanıdır. Ancak, günümüzdeki pek çok uzay aracı, aracın arkasından/geri tarafından bir gazı roket motoru çıkışı yüksek hızda geçirmek suretiyle itki/sevk üretir. Bu çeşit bir motora roket motoru denmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Yörünge mekaniği</span>

Yörünge mekaniği veya astrodinamik, roketler ve diğer uzay araçlarının hareketini ilgilendiren pratik problemlere, balistik ve gök mekaniğinin uygulamasıdır. Bu nesnelerin hareketi genellikle Newton'un hareket kanunları ve Newton'un evrensel çekim yasası ile hesaplanır. Bu, uzay görevi tasarımı ve denetimi altında olan bir çekirdek disiplindir. Gök mekaniği; daha genel olarak yıldız sistemleri, gezegenler, uydular ve kuyruklu yıldızlar gibi kütle çekimi etkisinde bulunan yörünge sistemleri için geçerlidir. Yörünge mekaniği; uzay araçlarının yörüngelerine ait yörünge manevraları, yörünge düzlemi değişiklikleri ve gezegenler arası transferler gibi kavramlara odaklanır ve itici manevralar sonuçlarını tahmin etmek için görev planlamacıları tarafından kullanılır. Genel görelilik teorisi, yörüngeleri hesaplamak için Newton yasalarından daha kesin bir teoridir ve doğru hesaplar yapmak ya da yüksek yerçekimini ihtiva eden durumlar söz konusu olduğunda bazen gereklidir.

Yeniden kullanılabilir fırlatma sistemleri sayesinde uzaya birden fazla kez yük taşıması yapılabilir. Bu sistem genişletilebilir fırlatma sistemlerininin çalışma prensibinin tam zıttında yürüyordu. Genişletilebilir fırlatma sistemlerinde araç bir kere kullanıldıktan sonra kullanılmıyordu.

<span class="mw-page-title-main">Antimadde roketi</span>

Antimadde roketi, güç kaynağı olarak antimadde kullanması önerilen bir roket sınıfıdır. Bu hedefi gerçekleştirmeye kalkışan birçok tasarım vardır. Bu tür roketlerin yararı madde-antimadde karışımının değişmez kütlesinin büyük bir kısmının antimadde roketlerinin diğer önerilen roket sınıflarından çok daha fazla enerji yoğunluğunun ve özgül itici kuvvetinin olmasını sağlayan enerjiye dönüşebilmesidir.