Remembering the Giants (NASA): Apollo'nun roket motorlarını yapanlar anlatıyor

Remembering the Giants: Apollo Rocket Propulsion Development (Devleri Hatırlamak: Apollo'nun Roket İtki Sistemlerinin Geliştirilmesi), Rocketdyne mühendisi Steven C. Fisher ile NASA Stennis Uzay Merkezi'nden Shamim A. Rahman'ın editörlüğünü yaptığı bir NASA tarih kitabıdır. NASA Tarih Dizisi içinde Aralık 2009'da SP-2009-4545 numarasıyla yayımlandı. Kitap, 25 Nisan 2006'da Stennis'te düzenlenen On the Shoulders of Giants (Devlerin Omuzlarında) adlı konferans dizisinin okunaklı hâle getirilmiş dökümüdür. NASA kitabı PDF olarak ücretsiz dağıtıyor; Türkçe baskısı yok.

Kitap ne anlatıyor?

Ay'a gidip dönmek, Fisher'ın açılış konuşmasındaki ifadesiyle yedi ayrı roket itki sistemi gerektiriyordu. Kitabın konuşmacıları bu sistemleri bizzat geliştiren mühendisler ve proje yöneticileri. Etkinlik, Stennis'in o zamanki adıyla Mississippi Test Tesisi'nde yapılan ilk roket motoru testinin 40. yıl dönümüne denk getirildi: 23 Nisan 1966'da orada Saturn V'in ikinci kademesini çalıştıran beş J-2 motorundan oluşan bir küme ateşlenmişti.

Her bölüm bir konuşmacıya ayrılmış:

• Robert Biggs (Rocketdyne): Saturn V'in birinci kademesindeki F-1 motoru
• Paul Coffman (Rocketdyne): ikinci ve üçüncü kademelerin J-2 motoru
• Gerald R. Pfeifer (Apollo döneminde Marquardt): Apollo'nun tutum kontrol iticileri
• Tim Harmon (Rocketdyne): SE-7 ve SE-8 küçük motorları
• Clay Boyce (Aerojet): servis modülünün ana motoru AJ10-137
• Gerard Elverum (TRW): Ay modülünün iniş motoru
• Tim Harmon (Rocketdyne): Ay modülünün kalkış motoru

Konuşmaların ardından dinleyici soruları, ekte de konuşmacıların sunum slaytları, etkinlik fotoğrafları ve bir terimler sözlüğü yer alır. Dil bir ders kitabının değil, anı anlatan mühendislerin dili: Başarılar kadar başarısız testler, rakip şirketler ve yetişmeyen takvimler de konuşuluyor. Konuşmacıların öne çıkardığı dersler metinde ayrıca vurgulanmış.

Verileri göster

F-1 motorunun itkisi	1,5 milyon libre
J-2 motorunun itkisi	230 bin libreye kadar
Servis modülü motorunun itkisi	20 bin libre
Ay kalkış motorunun itkisi	3.500 libre
Uçan F-1 motoru	65, hepsi sorunsuz
Üretilen J-2 motoru	152

Kitabın özeti

Bu bölüm kitabın sonunu da anlatır. Kitap konuşmalardan oluştuğu için özeti bölümlerin ana fikirleriyle veriyoruz.

F-1. Biggs, motorun 1957'de Hava Kuvvetleri'nin bir milyon librelik bir motor için verdiği bir çalışmayla başladığını anlatır. Hedef, o günün en büyük üretim motorunun on katı itkiydi. En büyük sorun yanma kararsızlığıydı: Anma itkisine çıkıldığında bazı kararsızlıklar motoru tümüyle yok etti. Özel bir ekip enjektörü bölmelere ayıran perdelerin 15 farklı düzenini ve 14 enjektör yapılandırmasını denedi. Kararlılık, yanma odasında küçük bir patlayıcı patlatılıp sarsıntının 45 milisaniyede sönmesi istenerek kanıtlandı. Sorun ilk uçuştan çok önce çözüldü. Biggs, sıvı oksijen pompasının ölçek büyütülürken zayıf kalan kanatlarının dört kez kırıldığını da anlatır. Program boyunca yerde 280 bin saniyeden fazla ateşleme yapıldı; önceden ilan edilen güvenilirlik gösteriminde motor 336 eşdeğer testi arızasız geçti. Apollo uçuşlarında ve Skylab'in fırlatılmasında kullanılan 65 F-1 motorunun hepsi sorunsuz çalıştı.

J-2. Coffman, sıvı oksijen ve sıvı hidrojen yakan motorun en zor şartının üçüncü kademede yörüngedeyken yeniden ateşlenmek olduğunu anlatır. Asıl geliştirme sorunu, nükleer roket programından uyarlanan yakıt pompasının yol açtığı ateşleme hassasiyetiydi. Toplam 152 motor üretildi; Ay'a inildiğinde son motorların teslimine çok az kalmıştı.

Küçük motorlar. Pfeifer, Marquardt'ın kısa darbelerle çalışan tutum iticilerini, Harmon ise Gemini'den devralınan ablatif soğutmalı SE-7 ve SE-8 motorlarını anlatır.

Servis modülü motoru. Boyce, uçan ilk büyük ablatif yanma odasını, yani ısıyı kendi malzemesi yavaşça aşınarak uzaklaştıran astarsız bir odayı ve bir uçuşta elli kez yeniden ateşlenebilme şartını anlatır.

İniş motoru. Elverum, Jet İtki Laboratuvarı'ndaki gençlik deneylerinden doğan merkezi iğneli enjektörü ve itkiyi on kata kadar kısabilen motoru anlatır; motor hiçbir testte kararsızlık göstermedi. Elverum'a göre motoru en çok zorlayan görev, Armstrong'un kayalık alanı aşmak için iniş yerini aradığı Apollo 11 inişiydi. Apollo 13'te ise bu motor, kaza sonrası aracı Dünya'ya dönüş yörüngesine soktu ve dönüşü hızlandırdı; mühendisler bunun için Apollo 5'teki insansız denemede motorun uzayda yeniden ateşlendiği kayıtlara dayandı.

Kalkış motoru. Yedeği olmayan bu motor bilerek basit tutuldu: sabit itki, yönlendirme yok, temasla tutuşan yakıtlar. Bell Aerospace'in programı 1967'de hâlâ nitelendirme testlerine başlayamamıştı; NASA 1967 yazında Rocketdyne'a yedek bir enjektör programı verdi; Harmon'a göre Rocketdyne 1968'de sözleşmenin tamamını kazandı. Ekip daha sonra motoru 30 libre hafifletti ki Ay'dan o kadar fazla taş getirilebilsin.

Editörler ve yazıldığı dönem

Steven C. Fisher, Rocketdyne'da 37 yıl sıvı yakıtlı roket motorları üzerinde çalıştı; uzay mekiği ana motorunun bileşenlerinin geliştirilmesinde ve RS-68 motorunda görev aldı, Pratt & Whitney Rocketdyne'dan teknik uzman olarak emekli oldu. Shamim A. Rahman 1985'te Aerospace Corporation'da başladı, TRW'nin itki araştırma merkezinde çalıştı ve 1998'de NASA'ya katıldı; Kasım 2007'den itibaren Stennis'in Mühendislik ve Test Müdürlüğü'nde müdür yardımcısıydı.

Konferans dizisinin bir önceki hâli, Apollo 11'in 35. yıl dönümünde, 2004'te Fort Lauderdale'deki AIAA itki konferansında sunulmuştu. Stennis'teki 2006 etkinliği ise NASA'nın yeniden Ay'a dönmeyi planladığı bir dönemde düzenlendi. Açılış konuşmasını yapan Richard Gilbrech, yeni kuşak mühendislerin geçmişin hatalarını tekrarlamaması için bu deneyimin dinlenmesi gerektiğini söyler. Kitap bu yüzden hem bir hatıra defteri hem de bir dersler listesi gibi okunabilir.

Kitaptaki bilim

Kitap roket itkisinin temel kavramlarını gerçek mühendislik sorunları üzerinden öğretir. Bunların ilki özgül itki: Bir motorun birim yakıttan ne kadar itki ürettiğini gösteren bu ölçü saniye cinsinden verilir. Kerosen ve sıvı oksijen yakan F-1'in özgül itkisi 265 saniye, sıvı hidrojen yakan J-2'ninki 425 saniyeydi. Hidrojen çok daha verimlidir ama yoğunluğu çok düşük olduğu için büyük tanklar ister; Saturn V'de birinci kademede kerosen, üst kademelerde hidrojen kullanılması bu dengeyi yansıtır.

İkinci kavram yanma kararsızlığı. Yanma odasındaki basınç dalgaları yanmayla birbirini besleyerek büyürse, motor birkaç saniye içinde kendini parçalayabilir. Bunu önlemek için kitaptaki motorların çoğunda enjektör yüzeyine perdeler eklendi ve her tasarım patlayıcıyla sarsılarak sınandı. Elverum'un merkezi iğneli enjektörü ise bu soruna farklı bir geometriyle yaklaşıyordu.

Üçüncüsü hipergolik yakıtlar, yani birbirine değer değmez tutuşan yakıt çiftleri. Servis modülü ve Ay modülü motorları nitrojen tetroksit ile hidrazin türevi yakıtlar kullandı. Ateşleyici gerektirmedikleri ve oda sıcaklığında depolanabildikleri için uzayda defalarca ve güvenle çalıştırılabildiler; Boyce, hidrazinin donma sorununun hidrazin ile UDMH'nin yaklaşık yarı yarıya karışımıyla çözüldüğünü anlatır. Ay'a iniş için gereken itki kısma yeteneği de kitabın teknik açıdan en ilgi çekici konularından biri.

Bugün Ay'a dönüş için yeni motorlar geliştirilirken aynı fizik geçerli: Yanma kararsızlığı, ateşleme güvenilirliği ve itkinin kısılması hâlâ roket mühendisliğinin temel başlıkları. Kitabın değeri, bu sorunların ilk kez çözüldüğü yılları çözenlerin ağzından aktarması.

Etkisi ve ödülleri

Kitabın bilinen bir ödülü yok. Önemi, Apollo itki sistemleri üzerine birinci elden tanıklık sunmasında: Fisher'ın anlattığına göre bazı emektarlar birbirlerinin adını yıllarca duymuş ama ancak 2004'teki konferansta tanışmıştı. Editörler önsözde kitabın bir motorun nasıl yapıldığından çok, sıradan insanların olağanüstü bir işi nasıl başardığını anlattığını yazar. Saturn V'in genel tarihi için Stages to Saturn daha kapsamlıdır; bu kitap ise o tarihin motor dairesine iner.

Uyarlamaları

Kitabın bir film ya da dizi uyarlaması yok; konferans videoya kaydedilmişti. İniş motorunun Apollo 13'teki rolünü merak edenler sitemizdeki Apollo 13 filmine ve kazanın resmî incelemesi olan Apollo 13 İnceleme Kurulu Raporu'na bakabilir.

Kimlere uygun, nereden başlanır?

Makine, havacılık ve uzay mühendisliği öğrencileri ile roket teknolojisine meraklı okurlar için uygun. Metin teknik terimlerle dolu ama sondaki sözlük ve dipnotlar yardımcı oluyor. Bölümler birbirinden bağımsız; en çok merak ettiğiniz motordan başlayabilirsiniz. Yeni başlayanlara F-1 ile açılan ilk bölümü ve iniş motorunu anlatan altıncı bölümü öneririz.

Önce Saturn V ve Apollo araçlarının genel resmini görmek isteyenler Stages to Saturn ve Chariots for Apollo ile başlayıp bu kitaba geçebilir. Motorların denendiği fırlatma altyapısı için Moonport, roket ekibinin lideri için Wernher von Braun sayfamız tamamlayıcı okumalar.