ISRO'nun metanlı roket motoru LME1100'de ilk ateşleme: gaz üreteci tam ölçekte çalıştı

Hindistan Uzay Araştırmaları Örgütü (ISRO), sıvı oksijen ve sıvı metanla çalışacak yeni nesil roket motorunda önemli bir alt sistem eşiğini geçti. ISRO'nun 16 Ekim'de yayımladığı teknik özete göre, 1.100 kilonewton itki için tasarlanan LME1100 motorunun tam ölçekli gaz üreteci 9 Ekim 2026'da ilk kez ateşlendi. Kurum, aynı parçanın farklı koşullardaki başarımını ölçmek için bir dizi benzer testin daha planlandığını bildiriyor.

ISRO'nun açıklaması yalnız bu teste değil, 2019'da başlayan metanlı motor programının bütününe ilişkin bir durum raporu niteliğinde. Rapora göre birleştirilmiş LME1100 motorunun gelecek yılın ortasında hazır olması hedefleniyor. Ayrıca çok daha güçlü, 2.400 kilonewtonluk ikinci bir metanlı motorun tasarım çalışmaları da tamamlanmış durumda.

Gaz üreteci ne işe yarıyor?

LME1100, "gaz üreteci çevrimi" denen bir düzenle çalışacak. Bu düzende yakıtın ve oksitleyicinin küçük bir bölümü ana yanma odasına gitmeden önce ayrı bir küçük odada yakılıyor. Buradan çıkan sıcak gaz, yakıtı ve sıvı oksijeni yüksek basınçla ana yanma odasına basan turbopompaların türbinlerini döndürüyor. Kısacası gaz üreteci, motorun pompalarını çalıştıran "yardımcı ocak" işlevini görüyor ve ateşlenmesi motor geliştirme sürecinin kritik adımlarından biri sayılıyor.

ISRO'ya göre LME1100'ün gaz üreteci eklemeli imalatla, yani metal 3B baskıyla üretildi ve şu anda Mahendragiri'deki ISRO İtki Kompleksi'nde (IPRC) yeterlilik testlerinden geçiyor. Tam ölçekli parçadan önce küçük ölçekli bir modeli laboratuvarda denenmiş; bu denemelerle kıvılcım meşaleli ateşleyiciyle ateşleme sırası belirlenmiş ve 3B baskılı püskürtücü elemanlarının ateşleme sırasındaki davranışı incelenmiş.

Parçaların yüzde 70'inden fazlası 3B baskıyla

ISRO, LME1100'ü sanayiye uygun ve maliyet açısından verimli olacak şekilde tasarladığını vurguluyor. Ülke genelindeki sanayi ortaklarının katılımıyla motor bileşenlerinin yüzde 70'inden fazlasının eklemeli imalatla üretildiği belirtiliyor.

Raporda öteki alt sistemlerin durumu da sıralanıyor:

• İtki odası: Küçük ölçekli itki odasıyla yapılan sıcak ateşleme testleri, tam ölçekli odada kullanılacak üretim tekniklerini sınamak ve en uygun püskürtücü düzenini seçmek için kullanıldı.
• Turbopompalar: Sıvı oksijen ve metan turbopompaları Hint sanayisinde üretildi. 3B baskıyla üretilen sıvı oksijen pompası çarkı, Sıvı İtki Sistemleri Merkezi'nde (LPSC) nominal çalışma hızına kadar döndürülerek sınandı. Birleştirilmiş turbopompa sistemlerinin soğuk akış testleri IPRC'de sürüyor.
• Yataklar ve sızdırmazlık: Turbopompa yatakları ve dinamik sızdırmazlık sistemleri de Hint şirketlerince üretildi ve yeterlilik testlerinde.
• Ateşleme: Gaz hâlindeki oksijen ve metanla çalışan kıvılcım meşaleli ateşleyicinin hem oksitleyicice zengin hem yakıtça zengin türleri başarıyla denendi. Buna ek olarak yarı iletken bujili bir ateşleyici ve lazerle ateşleme sistemi de geliştirildi.

Neden metan?

ISRO'nun açıklamasına göre dünyada sıvı yakıtlı roket motorlarında sıvı oksijen-metan ikilisine doğru belirgin bir yöneliş var. Kurum bunun üç gerekçesini sayıyor: metanın temiz yanması, bakım ihtiyacının düşük olması (bu da motorun yeniden kullanılmasını kolaylaştırıyor) ve Mars'ta karbondioksit ile su buzundan üretilebilmesi. Son madde, gelecekte Mars'a gidip dönecek araçlar için yakıtın yerinde üretilebileceği anlamına geliyor.

Bu nedenle ISRO, metanlı motorları Yeni Nesil Fırlatma Aracı (NGLV) için ve 2040'a hedeflenen Hindistan'ın insanlı Ay inişinde kullanılacak ağır yük roketi için ana itki sistemi olarak belirlemiş durumda.

Kriyojenik motordan türetilen ilk deneme

Hindistan'ın sıvı yakıtlı motor geçmişi, SLV-3 roketi için üretilen küçük iticilere kadar uzanıyor. ISRO'nun bugünkü ana motoru, PSLV, GSLV ve LVM3 roketlerinde kullanılan 800 kilonewtonluk Vikas. Kurum daha sonra GSLV ve LVM3 için yerli kriyojenik motorlar ve kademeler geliştirdi.

Metanlı motor çalışmaları da bu birikimin üzerine kuruldu. ISRO, 2019-2020 döneminde mevcut CE-20 kriyojenik motorunun (sıvı oksijen ve sıvı hidrojenle çalışan) alt sistemlerini kullanarak 20 ton itkili bir teknoloji gösterim motoru, LM20-TD'yi hazırladı. Yakıt akış denetimi ve motor başlatma sistemi değiştirilen bu motorla IPRC'de bir soğuk akış ve beş sıcak ateşleme testi yapıldı. ISRO'ya göre bu testlerden soğutma, ateşleme, motorun çalışmaya başlaması ve yanma davranışı üzerine elde edilen veriler LME1100'ün tasarımına aktarıldı. LME1100'ün asıl geliştirme programı 2023'te resmen başladı.

Sırada ne var?

ISRO'nun hedefi, LME1100'ün tüm parçalarının birleştirildiği motoru gelecek yılın ortasında hazır etmek. Motorun ardından, farklı itki kısma profilleri de dâhil olmak üzere öngörülen çalışma koşullarında yeterliliğini kanıtlamak için bir dizi sıcak ateşleme testinden geçmesi gerekecek. Bu takvim bir hedef; motor geliştirme programlarında test sonuçlarına göre kayma yaşanması olağan.

Daha uzun vadeli adım ise 2.400 kilonewtonluk ikinci motor. ISRO'nun açıklamasına göre bu motorun tasarımı tamamlandı ve "tam akışlı kademeli yanma" adı verilen daha karmaşık bir çevrime dayanıyor. Bu düzende yakıtın ve oksitleyicinin tamamı türbinlerden geçtikten sonra ana yanma odasına gönderiliyor, yani gaz üreteci çevrimindeki gibi bir kısmı dışarı atılmıyor. ISRO bu motorun, insanlı Ay inişi görevleri için insan taşımaya uygun bir ağır yük roketinin geliştirilmesini mümkün kılacağını belirtiyor. Bu motorun ne zaman donanım aşamasına geçeceğine ilişkin bir tarih ise açıklanmadı.