3B Basılmış Roket Motorları

Hızlı üretim yöntemleri Rus roketlerine bağımlılığı ortadan kaldırabilir.

1960’ların ortasında NASAnın Huntsville dışındaki Marshall Uzay Uçuş Merkezinde hummalı bir roket çalışması vardı. Burası ABD’nin uzay dendiğinde dünyadaki ilk isim olma çabasının merkeziydi. Sovyetlerin 1957’de Sputnik’i fırlatmasının ardından, varlığını hâlâ sürdüren Soğuk Savaş zihniyeti, mühendislerin sayısız güçlüğü bir anda aşmasını sağlayan tek bir stratejik hedef belirlemişti: Ruslarınkinden daha iyi roketler yapmak.

Yarım yüzyıl sonra bir şeylerin değiştiğini zannediyorsamz yanılıyorsunuz. Bugünlerde Huntsville’de yepyeni bir roket bilimci grubu var. Bunlar Huntsville merkezli Dynetics firmasının ve itki devi Aerojet Rocketdyne’ın araştırmaları NASA tarafından finanse edilen mühendisleri. Uğraşları, bir zamanlar Apollo programının Satürn V roketlerini uçuran aym F-ı roketini yeniden yapmak. Hedefleri ise çok tanıdık: Ruslarınkinden daha iyi roketler inşa etmek.

Tıpkı Apollo dönemi mühendisleri gibi bu hedefin altında büyük oranda jeopolitik gerekçeler var. Rus – Amerikan ilişkilerinin geçtiğimiz yıldan bu yana kötüye gitmesi, 1990’lardan beri roket motorlarını Rusya’dan alan ABD’nin ticari ilişkilerini tehdit ediyor. Fakat atalarından farklı olarak, Dynetics / Aerojet Rocketdyne ekibi, 20. yüzyıla ait roket bileşenlerini yüksek güçlü bilgisayar modellemesi ve 3B yazdırma gibi 21. yüzyıl teknolojilerini kullanarak, kimi zaman geleneksel üretim takviminden bir yılı bulan tasarruf sağlayarak üretiyor.

Mühendisler, programı şu an hayal ettikleri biçimde sonlandı-rabilirse NASA ve ABD Hava Kuvvetleri çok yakında göğü şimdiye dek delmiş en güçlü roketleri 3B yazıcılarla basacak.

“Son 10-15 yılda geliştirdiğimiz teknolojiler sayesinde bunu Rusların bugün yaptığından daha ucuza mal edebiliyoruz,” diyor Dynetics’in kurumsal gelişim müdürü ve Ares Proje OFısi’nin eski müdürü olan Steve Cook. Ares Proje Ofisi, NASAnın yeni roket motoru geliştirmek için giriştiği son büyük tasarıydı.

Amerika’nın Rus roketlerine olan bağımlılığı. Soğuk Savaşın sona ermesiyle neredeyse aynı anda başlıyor. Sovyetler Birliği çöktüğünde Amerikan roket motorları çok pahalıydı. Oysa Rusların yaptığı süper güçlü RD-170 gibi ağır yük taşıyabilen roket motorları ise bol, güvenilir ve ekonomik bakımdan karmaşanın hüküm sürdüğü o yıllarda gayet ucuzdu. “Herkesin aklı buna yatmıştı,” diyor Cook, Rus roket teknolojisini benimseme kararı hakkında. “Şöyle bir anlayış hâkimdi: İş görüyor, yerine yenisini koymak çok pahalıya çıkacak, o yüzden kullanmaya devam edelim.”

Bu teslimiyetin sonucunda çok geçmeden ABD hükümetinin en hassas ulusal güvenlik uyduları bile Rus roket motorları olmadan yörüngeye oturtulamaz oldu. 2012’de NASA, Dynetics’le bir sözleşme imzalayarak Apollo dönemi Satürn V roketlerini uçuran F-l roket motorlarını temel alan, ABD yapımı, gelişmiş roket iticilerini araştırmaya başladı. O sıralar NASAnın böyle bir motor istemesinin sebebi, yine Huntsville’de geliştirilmekte olan, ağır yük taşıyacak Uzay Fırlatma Sistemiydi (SLS, yani Space Launch System). Ne var ki NASA daha sonra SLS’nin ilk uçuşlarım Uzay Mekiği projesinden artakalan RS-25 motorlarıyla yapmaya karar verdi.

Bununla birlikte o günden beri ABD’de yerli roket teknolojisine olan ihtiyaç giderek arttı. Rusya’nın geçen yıldan bu yana Ukrayna’daki provokasyonları Amerikan roket motorlarına olan ilgiyi de ivmelendirdi. Dahası, bu ilgi sadece NASA kaynaklı da değil; Eylül ayında ABD Hava Kuvvetleri de Amerika’nın askeri ve casus uydularını yörüngeye taşıyan Rus RD-180 motorlarının yerine konabilecek alternatiflerle ilgili resmi olarak bilgi talep etti. Bunun üstüne, ABD Kongresi de Rus roketlerine bağımlılığı kırmak için gereken fonları onayladı. Cook, “Artık maliyetten daha büyük sebepler var,” diyor. “Geçtiğimiz bahar Rus hükümetinin eylemleri bunu iyice netleştirdi.”

Savunma Bakanlığının Rus roketlerine bağımlılığını azaltmak için Huntsville’deki ekip yeni teknolojilerle, gelişmiş üretim teknikleriyle deney yapıyor. Dynetics / Aerojet Rocketdyne ekibinin yeni AR-ı motoru eski F-ı tasarımından büyük oranda etkilense de, üretim sürecinin eskisiyle uzaktan yakından ilgisi yok. Büyük oranda eklemeli üretim (yani 3B baskı) kullanan ekip, zaman ve malzeme tasarrufunun roketin maliyetini hatırı sayılır biçimde aşağı çektiğini, hatta süreyi kimi durumlarda bir yıl kısaltabildiğim gördü.

“Eski Satürn F-ı motoru için üretilmiş bir parçayı -örneğin gaz jeneratör enjektörü- alıp normalde 15 ayda üretilen bu parçayı 15 günde üretebiliyoruz,” diyor Cook. Yeni enjektörün üretim maliyeti de %70 düşük. Parçanın eskisinden daha hafif olması da uzaya taşınacak yükün artırılabilmesi demek.

Tasarım ekibi, malzeme bilimindeki ilerlemenin ve 3B basılmış alaşımların roket motor üretiminin başka hangi alanlarında haftalarla, aylarla ve elbette nihai olarak da dolarla ölçülebilecek tasarruf sağlayabileceğini araştırıyor.

“Eklemeli üretimin uygulanabileceği çok sayıda sac levha, kaynak ve bağlantı var,” diyor Cook. “Bu süreçte ön enjektördeki onlarca, ana enjektördeki yüzlerce bağlantı noktasını ortadan kaldırabilir, hatta aynı teknolojiyi nozülde bile kullanabiliriz.”

Tüm bu emeklerin karşılığında şimdiye dek “basılmış” en güçlü roket motoru ortaya çıkacak.

Tümüyle 3B basılmış bir itki odası (yani enjektör, yanma odası, nozül, valf yuvaları, hava girişleri, manifoldlar vb.) eskiye kıyasla %35 daha ucuza mal edilebiliyor. Ayrıca üretim süresi aylarca kısaldığından NASA ya da Hava Kuvvetleri, roketleri çok daha hızlı üretebilecek. Ekibin geliştirdiği yenilikler önümüzdeki yıllarda roket üretiminde neler yapılabileceğini yeniden belirleyecek ve tüm roket üreticilerinin yetişmeye çalışacağı bir örnek olacak.

Cook, bu çabaların sonucunda ortaya şimdiye dek basılmış en güçlü roket motorunun çıkabileceğini söylüyor. Söz konusu motor, F-ı’in daha kompakt ancak daha yüksek performanslı bir versiyonu olacak ve 250 ton (550.000 pound) itki sağlayacak. Kıyas için hemen belirtelim ki SpaceX’in Merlin motorları deniz seviyesinde kabaca 68 ton itki sağlıyor ve bir Falcon 9 roketini yörüngeye taşımak için dokuz adet Merlin motoru gerekiyor. Çift olarak kullanılacak motor kümeleri toplamda 500 tondan (1 milyon pound’dan) fazla itki sağlayarak, çift nozülden 390 tonluk itki sunan RD-180’in yerini rahatça alabilecek.

Cook, programın sorumluluğunu NASAdan alması beklenen Hava Kuvvetleri, onay verdiği takdirde 2018’de tümüyle çalışan bir deneme roketinin üretilebileceğini söylüyor.

“Uzun vadede roketin büyük kısmını 3B basmamak için hiçbir neden göremiyorum,” diyor Cook. “Eklemeli üretimin roketlerde çığır açacağına inanıyorum.”