Son yüzyıl boyunca uzayı daha iyi anlamamızı sağlayan ve hatta uzaya çıkmamızı sağlayan, askeri gelişmelere neden olan roket bilimi hepimizin kafasında kuşkusuz oldukça karmaşık yapıların canlanmasına neden oluyor. Belki de roketlerin yapımı için ileri düzey fizik bilgisine ve uzmanlığına sahip olunması gerektiğini düşünüyorsunuz. Oysaki roketlerin çalışma prensibi incelendiğinde anlaşılması oldukça basit temel fizik prensiplerine sahip olduğu görülür. Roketin çalışma prensipleri temel olarak yerçekimi kuvvetinden kurtulmayı amaçlar.

Bir roketi havaya fırlatabilmek için yerçekimi kuvvetinden kurtulmak gerekir. Dünyada ki her şey gibi roketler üzerlerine bir kuvvet etki etmediği sürece durumlarını koruyarak hareketsiz kalırlar. Roket motorunun görevi, rokete onu hareket ettirecek kuvveti sağlamaktır. Roket motoru bu kuvveti gazlardan sağlar. Bunun için roket yapımına uygun gazlar yüksek ısıyla ısıtılır. Yüksek ısının etkisiyle gaz molekülleri oldukça yüksek hızlarda harekete başlarlar. Gazların hızlarından kaynaklanan püskürtme etkisi itici bir güç uygular ve bu kuvvet roketin hareket etmesini sağlar. Gazların yarattığı itici kuvvet yerçekimi kuvvetini geçtiği an da roket hareket eder. Buradaki prensip Newton’un 3. Yasasıdır: etki ve tepki prensibi. Yani her kuvvet kendisine zıt ve eşit büyüklükte dengeleyici bir kuvvete sahiptir. İşte yerçekimine tepki olarak yarattığımız bu itici kuvvet roketi hareket ettiren şeydir.

roket

Roket hareket ettikten sonra hareketine uzayda da devam edebilmesi için oldukça büyük hızlarda hareket etmesi gerekir. Roketin uzayda uçabilmesi yani uçuş hızına ulaşması için gaz moleküllerinin yarattığı kuvvetin kısa sürede çok yüksek seviyelere çıkması gerekir. Burada fizikte ki ivme kavramıyla karşı karşıya kalırız. Newton’un 2. Yasasına göre kuvvet kütle ile ivmenin çarpımına eşittir yani ivmenizi artırmak için kütleyi azaltmalısınızdır. Bu hafif bir roketin daha ağır olana göre daha kısa sürede yüksek hızlara ulaşacağı anlamına gelir.

Roket fırlatılırken hepimiz  yoğun bir gaz bulutu görürüz ve bunun nedenini merak ederiz. Roketin fırlatılışı sırasındaki bu olay aslında kimyasal bir tepkimedir. Anlattığımız kütleyi azaltarak itici güç uygulama için bu kimyasal tepkimeye ihtiyaç vardır. Kimyasal tepkime genelde fuel ile oksitleyici madde arasında olur. Fuel dışında günümüzde ateşleme için katı yakıtlarda kullanabilmektedir, ancak ilk yapılan roketlerde fuel kullanılmıştır. Tepkime ile fuel(fosil yakıt çeşidi) oksitlenerek muazzam bir enerji oluşuma neden olur. Bu kimyasal tepkime yanma odası adı verilen roket bölgesinde yüksek basınç altında gerçekleşir. Tepkime sonunda sıcak gaz çıkışı gözlenir ve bu gaz roketin alt bölgesinden yoğun bir şekilde çıkarak roketin hareketini ve hızlanmasını sağlar. Fizik açısından incelediğimizde kütlenin azaltılması ile ivmenin artışı ve Newton’un 3. Yasasına göre olan tepki kuvvetiyle roket ateşlenir.

Roketlerin genel çalışma prensibi budur. Newton’un 2. Ve 3. Yasaları ile momentum ilkesine göre çalışır. Momentum kütle ile hızın çarpımıdır ve roket her türlü durumda momentumunu koruyacaktır. Bu basit kavram ile roketin kütle azalışına bağlı olarak her anki hızı takip edilebilir, dolayısıyla kuvvet, enerji gibi büyüklüklerde momentum kavramı sayesinde hesaplanabilir. Momentum kavramı roketin uçuşu planlamamızdaki en önemli fizik kavramıdır.

Roketlerin uçuş sırasında ihtiyacı olan en önemli noktalardan biri Aero dinamik yapıya sahip olmalarıdır. İlk ve hatta günümüzdeki birçok roket tipinin standart şekilde koni biçimli yapılmasının nedeni budur. Aero dinamik yapısı roketin uçuşunu yapmasını sağlar. Roketlerin uzaya çıkmalarından sonraki diğer önemli husus kullanılan gazların oksijensiz ortamda kullanabilinmesidir. Roketler bu temel sistemlere ve Aero dinamik yapıya sahip oldukları sürece hareket edip uçabilirler. NASA’nın yaptığı karmaşık uzay roketlerinden, askeri amaçla yapılan roketlere ve model roketlere kadar tüm roketler bu temel prensipler çerçevesinde çalışırlar.