Yolcu Uçakları Neden Uzaya Çıkamaz?
uçak motorları genellikle turbo-fan ve türbinli gaz motorlarıdır. ön tarafta bulunan fanlar toplanan hava akımıyla, hava basıncını yükselten hava kompresörlerini döndürür ve elektrik üretir; yanma odasında havayla birleşen yakıt ile de enerji kazanılır. bu yanma işlemi uçağın yerçekimine karşı yeterince tepki verebilmesi için kilit noktalardan biridir. bu, newton’un üçüncü yasasını karşılar.
uçak motorları kanatlara kaldırma kuvvetini veren aracılardır. buradan sonra işe bernoulli yasası dahil olur. bernoulli yasası, hava ve deniz araçlarının tasarımında kullanılır. kısaca bernoulli yasası; enerjinin korunumu ilkesinin sıvılara uygulanmasından elde edilen prensiptir. kararlı durumda bulunan bir sıvının enerjisi, genel olarak, yerçekiminden doğan potansiyel enerji ve kendi üzerinde bulunan sıvının aşağı itmesinden doğan potansiyel enerjiden meydana gelmektedir. eğer sıvı hareket halindeyse, potansiyel enerjiye ilaveten hızından doğan kinetik enerji de mevcuttur. bernoulli ilkesine göre, akım çizgilerine sahip turbulent ve viskoz olmayan bir akımda bu enerjilerin toplamı değişmez. buna göre eğer bir sıvının hızı çoğalıyorsa, orada basıncı düşer, birim zamanda geçen kütlesi eşit olur.
yani bu ne demek ve uçaklarda nasıl uygulanır? bir uçak kanadı, üstünden geçen akımın daha hızlı, altından geçen akımın daha yavaş olacak şekilde düzenlenir. uçak kanatlarının üst kısmının bombeli alt kısmının ise düz olmasının sebebi budur. bu suretle üst tarafta alçak basınç, alt tarafta ise yüksek basınç oluşur ve sonuç olarak yukarı doğru bir kaldırma kuvveti ortaya çıkar. uçağın uçma prensibi motorlar ve kanatlar arasındaki bu yasalara dayanır.
peki bir uçak neden uzaya çıkamaz? bunun temel nedeni oksijendir. bunun ardından, yolcu uçakları bakımından konuşmak gerekirse, kabin basıncı ve radyasyon gelir. yolcu uçakları genellikle azami 15 kilometre yükseklikte uçacak şekilde tasarlanmıştır. yeryüzünden yükseldikçe atmosfer katman katman incelir. atmosfer inceldikçe hava da incelir ve oksijen miktarı düşer. yanma işleminin gerçekleşmesi için oksijen temel bir elementtir. oksijen yoksa veya az ise bu durumda yanma işlemi gerçekleşmez veya çok düşük seviyede kalır. oksijenin olmaması yakıtın yanmasını engeller ve motorlar durur. motorlar durursa newton yasası ve bernoulli yasası çalışmaz. bu yasalar çalışmazsa uçak irtifa kaybetmeye başlar veya düşer. ancak motorlar dursa dahi kütük gibi düşmez, doğru açıyla sürtünme enerjisinden faydalanarak bir miktar daha süzülerek yol alabilir. nihayetinde uçakların uzaya çıkamamasının ana sebebi yakıt yakmak için oksijene bağımlı olmalarıdır. bunun ardından yüksek irtifaya dayanıklı olmayan kabin basınçları ve yüksek radyasyon gibi ikincil ve üçüncül nedenler gelir. sırf daha dayanıklı bir kabin oluşturmak için bile daha güçlü ve büyük motorlar gerekeceğinden, uçakların uzaya çıkabilecek şekilde tasarlamak başlı başına maliyettir.
uzaya çıkmayı başarabilen araçlar roket motorları kullanırlar. uzaya gerçekten çıkmayı başaran, yani 160 kilometrelik sınırı geçebilen kanatlı araçlar mekiklerdir. nasa, uzun zaman önce uzay yolculuğunda mekik kullanımına son verdi. ki zaten bu araçlar resmi olarak space craft değil “space shuttle” yani uzay mekiği olarak adlandırılıyordu. aslında mekikler sadece kanatlı planörlerdi. peki uçaklar uçamazken bu araçlar oksijen olmayan ortamda nasıl uçuyordu?
roket motorlarının, jet motorlarına göre tasarımından kaynaklı büyük bir avantajı vardır. kendi oksijenlerini yanlarında taşırlar. yani bir roket motorunda yakıt hücresine ek olarak bir de oksijen hücresi bulunur ve bu yüzden atmosfere bağımlı değillerdir. bu sayede uzaya çıkabilmektedirler. ama kullanışlı değillerdir çünkü taşıyabilecekleri yük miktarı kendi ağırlıklarının %2-3’ü kadardır.
nasa’nın 2001 yılında uçurduğu, 30 kilometre yüksekliğe ulaşan prototip bir uzay uçağı olan helios buna istisnadır. çünkü adı her ne kadar uzay uçağı olsa da enerjisini güneş panellerinden ve yakıt hücrelerinden alır.
helios’un uçtuğu irtifada hava 100 kat daha incedir ve bugüne kadar bu irtifaya en yakın uçan sivil uçak yaklaşık 20 kilometre irtifada, sesten iki buçuk kat hızlı yol alan ve artık kullanılmayan concorde’dur. öyle ki bir concorde seyahatinde stratosfer katmanında uçulduğu için yukarı bakıldığında gökyüzü siyah, aşağı bakıldığında mavi görülüyordu. 1977’de 37 kilometreye çıkmayı başarmış mig uçağı ise en yüksekten uçan askeri uçaktır. ancak uzay sınırı yeryüzünden 160 kilometre yüksekte olduğu için hiçbiri uzaya çıkamamıştır. bunu tek başaran araçlar yörüngeye oturmak için bir roketle kalkış yapmaya bağımlı olan, uçak sınıfında olmayan, ancak planör sayılabilen nasa mekikleridir. soyuz gibi araçlar başlı başına uzay araçları olup, mekikler gibi iniş yapamamaktadır.
Londra'dan New York'a 3.5 Saatte Giden Süpersonik Yolcu Uçağı: Concorde
