TRACE Projesi ile Uzay Uçuşlarında Kullanılan Transpirasyon Soğutma Teknolojisi

TRACE, yani TRAnspiration Cooling Experiment (Transpirasyon Soğutma Deneyi), ısı kalkanları için transpirasyon soğutma teknolojisini test etmeyi amaçlayan bir proje. Deney, atmosferik yeniden giriş sırasında Mach 3,2 hızlarına kadar çıkan sıcaklık yayılımını ölçmek için bir roketten serbest bırakılan bir uçuş birimini (FFU) içeriyor. Ekip, transpirasyon soğutmanın, uzay araçlarının yeniden giriş süreçlerinde geleneksel ısı kalkanlarına yeniden kullanılabilir ve verimli bir alternatif olarak büyük potansiyele sahip olduğunu belirterek bu teknolojiyi geliştirmeyi hedefliyor. Bu yenilik, gelecekteki uzay görevleri için maliyetleri ve malzeme gereksinimlerini önemli ölçüde azaltabilir.

Transpirasyon Soğutmasının Önemi

Isı kalkanları, uzay araçlarının diğer gezegenlere inişi veya Dünya’ya güvenli dönüşü için hayati öneme sahiptir. Bu kalkanlar, yörüngeye yeniden giriş sırasında oluşan yüksek kinetik enerjiden kaynaklanan yoğun aerotermal yükleri engelleyerek, bu enerjinin yüzeye ulaşmadan önce güvenli bir şekilde dağıtılmasını sağlar. Mevcut ısı koruma sistemleri genellikle karmaşık bakım gerektirir veya tek kullanımlıktır. Bu durum, sürdürülebilir uzay keşfi çağında yeniden kullanılabilirliği sınırlamaktadır.

Transpirasyon soğutma, ısıyı yönetmek için yıkıcı pirolize dayanan ablasyon sistemlerine devrim niteliğinde bir alternatif sunar. Bunun yerine, uzay aracının yüzeyinden gaz salınımı yaparak, yeniden giriş sırasında oluşan yoğun termal yüklere karşı koruma sağlayan bir soğutma tabakası oluşturur.

Fikirden Gerçeğe: TRACE Projesinin Yolculuğu

TRACE konsepti, Almanya Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) ile ortaklaşa yürütülen bir lisans teziyle ortaya çıktı. Bu ilk çalışma, bir REXUS roketinde yeniden giriş uygulamaları için bir transpirasyon soğutma sisteminin uygulanabilirliğini araştırdı. İlk fikirleri geliştirerek belirli deneysel hedefler koyduk ve teorik tasarımları pratik, test edilebilir bileşenlere dönüştürdük.

TRACE’yi geliştirmek, birçok teknik zorluğun üstesinden gelmeyi gerektirdi:

• Minyatürleştirme: Tüm sistemlerin kompakt bir kapsül içine sığdırılması ve işlevselliğin korunması.
• Paraşüt Açılımı: Süpersonik hızlarda yüksek hızlı paraşütün güvenli bir şekilde açılmasının test edilmesi.
• Aerodinamik: Sürüklemeyi en aza indirmek ve istikrarlı bir yörünge sağlamak için kapsülün şeklini optimize etme.
• Üretim Gecikmeleri: Kaçınılmaz gecikmelerle başa çıkmak için zaman çizelgelerini ayarlama ve projenin diğer alanlarına odaklanma.

TRACE’yi Öne Çıkaran Yenilikler

TRACE, yeniden giriş testi için gereken ekstrem koşulları karşılamak amacıyla bir dizi ileri teknik özelliği bir araya getiriyor. Kapsül, yoğun atmosferde Mach 3 hızlarına ulaşacak şekilde tasarlanmış ve soğutma sistemini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için yoğun ısınma koşulları oluşturuyor. Yüksek balistik katsayısı sayesinde kararlı bir iniş ve sabit bir hız sağlıyor.

İnovasyonun merkezinde, Argon gazı kullanarak ısıya maruz kalan yüzeyleri koruyan bir transpirasyon soğutma sistemi bulunuyor. Bunun yanında, yaklaşık Mach 2 hızında ve 10 km irtifada açılabilen süpersonik bir paraşüt, kontrollü bir iniş sağlayarak yeniden giriş sırasında güvenilir veri toplama imkânı sunuyor.

TRACE, transpirasyon soğutmayı ısı kalkanı olarak uçuş sırasında test eden ilk deneylerden biri olmasıyla dikkat çekiyor. Bu yenilik, yüksek hızlı yeniden girişler için yeniden kullanılabilir termal koruma sistemlerine yönelik önemli bir adımı temsil ediyor. Kapsülün, SLM’ye benzer ancak sürekli lazer kullanan metal 3D baskı yöntemiyle üretilen ve Titanyum Grade 5 (Ti6Al4V) kullanılan fasulye şeklindeki basınç kabı, gelişmiş 3D baskının karmaşık yapısal konfigürasyonları oluşturmadaki hassasiyetini ve çok yönlülüğünü sergiliyor.

Ayrıca, Mach 2 hızında açılmak üzere tasarlanan süpersonik paraşüt, güvenli bir iniş sağlayarak aşırı yüksek hız koşullarında bile tutarlı veri iletimini mümkün kılar.

Uzayda Gelecek İçin Dersler ve Tavsiyeler

TRACE’in Mart 2024’te İsveç’in Esrange bölgesinden başarıyla fırlatılması, ekibimiz için büyük bir gurur kaynağı oldu. Bu başarı, hem teknik mükemmeliyet hem de kararlılık gerektiren zorlu bir süreçti. En önemli kazanımlarımızdan biri de, karşılaştığımız zorluklar karşısında birbirimize verdiğimiz destek oldu. Bu dayanışma, hem büyümemizi sağladı hem de ekibimizi güçlendirdi.

Geleceğe bakarken TRACE projesinin bir devamı olan TRACER üzerinde çalışmayı dört gözle bekliyoruz. TRACER, birden fazla soğutma ortamını araştırmamıza olanak tanıyan ve sistem basitliğini artırmayı hedefleyen bir tasarımla doğrudan rokete entegre edilecek.

Benzer bir projeye başlamayı planlayanlar için en önemli tavsiyemiz, mümkün olduğunca erken aşamada prototipleme ve test yapmaktır. Bu yaklaşım, tasarımınızı etkin bir şekilde geliştirmek için paha biçilemez geri bildirimler sağlar. Çevik bir zihniyet benimseyin, esnek olun ve test sonuçlarına dayalı olarak kendinizi uyarlamaya hazır olun. Bu iteratif yaklaşım, iddialı bir projede başarılı bir sonuca ulaşmak için gereklidir.

TRACE Projesi ve Space Team Aachen hakkında daha fazla bilgi edinin..

Uzay sistemlerinin, özellikle ısı yönetimi, tahrik veya malzeme mühendisliği alanlarında çalıştınız mı? Yeniden kullanılabilir ve verimli uzay araçlarının yeni neslini yaratma konusundaki fikirlerinizi paylaşın!

Bookmark (0)

Close

Paylaş