Coming Home (Launius, Jenkins): uzaydan dönüşün, ısı kalkanı ve paraşütün tarihi

Coming Home: Reentry and Recovery from Space (Eve Dönüş: Uzaydan Atmosfere Giriş ve Kurtarma), uzay tarihçisi Roger D. Launius ile mühendis ve tarihçi Dennis R. Jenkins'in NASA için birlikte yazdığı bir teknoloji tarihidir. Kitap NASA'nın SP-2011-593 numaralı yayını olarak 2012'de basıldı; çalışma NASA'nın Havacılık Araştırmaları Görev Müdürlüğü'nün desteğiyle hazırlandı. NASA kitabı PDF, EPUB ve MOBI biçimlerinde ücretsiz dağıtıyor.

Kitap ne anlatıyor?

Uzaya çıkmak kadar zor bir iş daha vardır: Geri dönmek. Yörüngedeki bir araç saatte on binlerce kilometre hızla atmosfere girer ve bu hareket enerjisinin neredeyse tamamını sürtünme ve sıkışma yoluyla ısıya çevirerek yavaşlamak zorundadır. Ardından yere ya da denize yumuşakça inmesi gerekir. Kitap, NASA'nın ve öncüllerinin bu iki soruna, yani atmosfere girişte ısıdan korunmaya ve güvenli inişe, 1920'lerden 2010'ların başına kadar nasıl yaklaştığını tarih sırasıyla anlatır.

Yazarlar anlatıya bir trajediyle başlar: 1 Şubat 2003 sabahı uzay mekiği Columbia, Kennedy Uzay Merkezi'ne inişine dakikalar kala parçalandı ve yedi astronot hayatını kaybetti. Kaza kurulunun bulgusuna göre fırlatma sırasında dış yakıt tankından kopan köpük yalıtım sol kanadın ön kenarına çarpmış ve ısıl koruma sistemini delmişti. Launius ve Jenkins bu olayı, uzay uçuşunun en eski ve en çetin sorularından birinin hâlâ çözülmüş sayılamayacağının kanıtı olarak sunar.

Kitabın ana çizgisi iki yol arasındaki gidip gelmedir: Bir yanda küt bir ısı kalkanı taşıyan ve paraşütle inen kapsüller, öte yanda kanatlarıyla süzülüp piste inen uzay uçakları. Erken dönem hayallerinin neredeyse hepsi kanatlı araçlardı, ama 1950'lerin roketleriyle yapılabilecek olan kapsüldü. Mercury, Gemini ve Apollo kapsüllerinden sonra NASA kanatlı uzay mekiğine geçti; mekiğin ardından ise yeniden kapsüle döndü.

Verileri göster

1951	Allen'ın küt burun fikri
1952	Allen ve Eggers'ın kuramsal çözümü
1981	Mekiğin ilk uçuşu
2003	Columbia'nın kaybı
2004	Genesis kapsülü çakıldı
2006	Stardust örnekleri döndü
2010	X-37B'nin ilk inişi

Kitabın özeti

Bu bölüm kitabın sonunu da anlatır. Kitap bir teknoloji tarihi olduğu için özeti bölümlerin ana fikirlerine göre veriyoruz.

Balistik dönüşün doğuşu (1. bölüm). Eugen Sänger'in Almanya'daki uzay uçağı tasarımlarından ilk balistik füzelere uzanan bölüm, savaş başlıklarının atmosfere dönerken neden yandığını anlatır. Çözümü NACA'nın Ames laboratuvarında H. Julian Allen bulur: Allen 1951'de küt bir burnun sivri bir burundan çok daha az ısındığını fark eder ve Alfred J. Eggers ile birlikte 1952'de bunun kuramını kurar. Bölüm, ısıl koruma malzemeleri ve CORONA casus uydusunun film kapsüllerinin paraşüt altında havada yakalanmasıyla biter.

İnsanlı uçuş (2. bölüm). X uçakları, özellikle X-15, kanatlı dönüşün sınırlarını zorlar. Öte yanda Maxime Faget'nin önerdiği kaldırma kuvveti üretmeyen kapsül yaklaşımı kazanır; Mercury, Gemini ve Apollo küt, ablatif ısı kalkanlı kapsüllerle uçar.

Paraşüt altında iniş (3. bölüm). Mercury'nin deniz kurtarmaları, Gemini için Langley'deki Francis Rogallo'nun fikrinden doğan paraşüt-kanat (paraglider) denemesi ve Apollo'nun üç paraşütü anlatılır. Paraşüt-kanat istenen hızda olgunlaştırılamaz ve Gemini, Mercury'deki gibi paraşüte döner.

Uzay uçağı hayalleri (4. bölüm). M2-F2, HL-10 ve X-24 gibi kanatsız ama kaldırma kuvveti üreten "kaldırıcı gövdeler" ile Hava Kuvvetleri'nin iptal edilen X-20 Dyna-Soar uzay uçağı ele alınır.

Uzay uçağı gerçeği (5. bölüm). Mekiğin yeniden kullanılabilir seramik karoları ve takviyeli karbon-karbon kaplaması geliştirilir. Columbia'nın karoları büyük bir krize dönüşür: Kennedy'deki teknisyenler yirmi ay boyunca günde üç vardiya çalışarak 30.759 karoyu test edip yerleştirir.

"Ablatif" geleceğe dönüş (6. bölüm). X-30, X-33 ve X-34 gibi uzay uçağı projeleri sonuçsuz kalır. Genesis'in örnek kapsülü 2004'te paraşütü açılmadığı için Utah çölüne çakılır; Stardust ise 2006'da kuyruklu yıldız tozunu sorunsuz getirir. NASA, Orion'la yeniden ablatif kalkanlı kapsüle döner; Hava Kuvvetleri'nin insansız X-37B'si ise piste iner.

Sonuç (7. bölüm). Yazarlara göre ısıl koruma sistemi, tek başına arızalandığında aracı kaybettirebilecek bir sistemdir. 1970'lerde mekiğe geçilince ablatif kalkan birikimi körelmiş, 1990'larda yeniden kurulması gerekmiştir. Bu tarih, düz bir ilerlemeden çok bir döngüye benzer.

Yazarlar ve yazıldığı dönem

Roger D. Launius, kitap yazıldığında Smithsonian Ulusal Hava ve Uzay Müzesi'nin uzay tarihi bölümünde kıdemli küratördü; 2003-2007 arasında bölümün başkanlığını yapmıştı. Ondan önce, 1990-2002 arasında NASA'nın baş tarihçisiydi. Doktorasını 1982'de Louisiana Eyalet Üniversitesi'nde aldı, havacılık ve uzay tarihi üzerine yirmiden fazla kitap yazdı ya da derledi. 2003'te Columbia Kazası İnceleme Kurulu'na danışmanlık yaptı.

Dennis R. Jenkins ise kitap yazıldığında 32 yıldır NASA yüklenicisi olarak, çoğunlukla uzay mekiği programında çalışıyordu. İlk mekik fırlatmalarında Kennedy'de görev aldı, 1990'ların sonunda X-33'ün yer sistemleri sorumlusu oldu, 2003'te Columbia Kazası İnceleme Kurulu'nun kadrosunda yer aldı. NASA için X-15 roket uçağının ve havacılık basınç giysilerinin tarihlerini de yazdı.

Kitap, ABD insanlı uzay programının bir dönüm noktasında yazıldı. Yazarların anlattığına göre 2004'te açıklanan Ay ve Mars planı Mürettebat Keşif Aracı adlı bir kapsül öngörüyordu; bu program 2009'dan sonra yerini ticari araçlara bıraktı. Kitap yazılırken NASA'nın Ticari Mürettebat Geliştirme programında dört şirket yarışıyordu: Blue Origin, Dream Chaser'la Sierra Nevada, Dragon'la SpaceX ve Boeing. Bu nedenle kitabın son bölümleri o günün belirsizliğini yansıtır; sonraki gelişmeler kitapta yer almaz.

Kitaptaki bilim

Küt burun neden daha az ısınır? Sezgi, hızlı bir aracın sivri olması gerektiğini söyler. Allen ve Eggers'ın bulgusu tam tersiydi. Kitabın aktardığına göre sivri bir savaş başlığında sürtünmenin ürettiği ısının yaklaşık yarısı gövdeye geçiyordu. Küt bir burun ise önünde güçlü bir şok dalgası oluşturur ve ısının büyük kısmını gövdeye değil, çevresindeki havaya bırakır. Bu fikir, o günden bu yana başarılı olan bütün atmosfere giriş araçlarının temelidir; X-15 bile bu ilkenin bir türevini kullandı.

Üç yaklaşım. 1950'lerde üç çözüm yarıştı. Birincisi "ısı yutucu"ydu: Bakır ya da berilyum gibi kalın bir metal kütle ısıyı emer. Hız ve menzil arttıkça bu yöntem yetersiz kaldı. İkincisi, Wernher von Braun'un ekibinin savunduğu, kaplamanın içinden sıvı dolaştırarak ısıyı taşıma fikriydi; uygulamada ısıyı içeridekileri öldürmeden emmenin yolu bulunamadı. Üçüncüsü ve kazananı, küt gövde ile birlikte kullanılan ablatif kalkandı. Ablatif malzeme ısındıkça yavaşça yanıp aşınır; bu sırada ısıyı emer, sıcak gazı yüzeyden uzaklaştırır ve geride ısıyı iyi geçirmeyen kömürleşmiş bir katman bırakır.

Yeniden kullanılabilir koruma. Mekik bu yaklaşımı terk edip her uçuştan sonra yeniden kullanılabilecek seramik karolar ve en sıcak bölgelerde takviyeli karbon-karbon paneller kullandı. Bu sistem 1981'den itibaren çalıştı, ama Columbia kazasının gösterdiği gibi tek bir hasar noktası aracı kaybettirebiliyordu.

Bugünkü durum. Kitapta yer alan bir NASA tablosuna göre Apollo'nun ablatif malzemesi Avcoat'un dayanabileceği ısı akışı santimetrekare başına yaklaşık 1.000 W, Stardust'ta kullanılan PICA'nınki ise yaklaşık 1.200 W olarak veriliyor. NASA 1990'larda geliştirdiği PICA sayesinde Stardust'ı mümkün kıldı; kitaba göre bazı mühendisler bu yatırım olmasa Mars Bilim Laboratuvarı'nın (Curiosity) daha da gecikeceği görüşündeydi. Kitabın "geleceğe dönüş" tespiti bugün de geçerli: NASA'nın Artemis IV görevi için Orion'un ısı kalkanına 180'den fazla Avcoat bloğu yapıştırıldı. Stardust'ın örnek topladığı Wild 2 gibi cisimler için kuyruklu yıldızlar sayfamıza bakabilirsiniz.

Etkisi ve ödülleri

Kitabın aldığı bir ödül bilgisini doğrulayamadık. Kitap, iki deneyimli yazarın ortak çalışması olarak atmosfere giriş tarihini tek ciltte toplayan ender kaynaklardandır; X-20 Dyna-Soar ve atmosfere giriş üzerine yazılmış ansiklopedi maddeleri onu kaynak olarak gösterir. Yazarlar teşekkür bölümünde, kendilerine yardım eden uzmanların kitaptaki bazı değerlendirmelere katılmayacağını açıkça kabul eder; bu, kitabın tartışmaya açık bir yorum sunduğunun da işaretidir.

Uyarlamaları

Kitabın bir film ya da dizi uyarlaması yok. Kitapta kısaca anlatılan olaylardan biri, Apollo 13'ün normalden hızlı atmosfere girişi ve üç paraşüt altında sağ salim inişi, Apollo 13 filminin de doruk noktasıdır.

Kimlere uygun, nereden başlanır?

Kitap yaklaşık 325 sayfalık, akıcı ama teknik terimlerden kaçınmayan bir eserdir. NASA'nın tanıtımına göre uçuş teknolojisinin gelişimini pek bilmeyen okurlara hitap etmek için yazılmıştır; yine de temel fizik bilgisi olan lise ve üniversite öğrencileri, mühendislik meraklıları ve uzay tarihi okurları en çok yararlanacak olanlardır. En iyi başlangıç, bütün kitabın haritasını çizen giriş bölümü ve kısa sonuç bölümüdür. Ardından ilgiye göre seçim yapılabilir: Gemini'nin paraşüt-kanat macerası 3. bölümde, mekiğin karoları 5. bölümde, Genesis, Stardust ve Orion 6. bölümdedir. Kitap İngilizcedir; Türkçe bir baskısını doğrulayamadık.

Konuyla bağlantılı NASA tarihleri arasında Mercury için This New Ocean, Gemini için On the Shoulders of Titans, Apollo araçları için Chariots for Apollo, mekiğin tasarım kararları için The Space Shuttle Decision ve Columbia kazası için Ascension sayfalarımıza bakabilirsiniz. Jenkins'in X-15 ve basınç giysileri kitapları da aynı hikâyenin öteki parçalarını anlatır.