Uzay Mekiği: nasıl çalışır, kaç kez uçtu, teknik özellikleri

Uzay Mekiği (Space Shuttle), NASA'nın 1981-2011 arasında kullandığı, kısmen yeniden kullanılabilir, kanatlı ve insanlı fırlatma sistemidir. Bir uçak gibi inen kanatlı yörünge aracından, iki katı yakıtlı yan iticiden ve büyük bir dış yakıt tankından oluşan sistem, 30 yılda 135 uçuş yaptı; Wikipedia'ya göre 16 ülkeden 355 kişiyi uzaya taşıdı (NASA, aynı kişileri her uçuş için ayrı saydığında 852 koltuktan söz eder). Mekik, Hubble Uzay Teleskobu'nu yörüngeye taşıyıp onardı, Uluslararası Uzay İstasyonu'nun (ISS) kurulmasında kilit rol oynadı ve Challenger ile Columbia kazalarında 14 astronotu kaybetti.

Mekiğin temel fikri, uzaya erişimi yeniden kullanılabilen bir araçla ucuzlatmaktı. 11/2026 itibarıyla program 15 yıldır kapalı; ama mekiğin donanımı yaşamaya devam ediyor: SLS roketinin RS-25 motorları ve beş segmentli katı yakıtlı iticileri mekik mirasıdır. Roketlerin genel mantığı için Roket nedir, nasıl çalışır? yazısına bakabilirsiniz.

Nasıl çalışır?

Fırlatma anında mekik sistemi 56 metre yüksekliğinde ve yaklaşık 2.030 ton ağırlığındaydı. Üç ana parçası vardı:

• Yörünge aracı (orbiter): Mürettebatı ve yükü taşıyan, kanatlı, yeniden kullanılabilir araç. Uzunluğu 37,24 m, kanat açıklığı 23,79 m'dir; yük bölmesi 18,3 m uzunluğunda ve 4,6 m genişliğindedir; uydular, Spacelab laboratuvarı ve ISS modülleri burada taşınır. Kuyruğunda üç RS-25 ana motoru bulunur.
• Dış tank: Ana motorlara sıvı hidrojen ve sıvı oksijen veren, sistemin yeniden kullanılmayan tek büyük parçası. "Süper hafif" sürümünün boyu yaklaşık 46,9 m, çapı yaklaşık 8,4 m ve boş ağırlığı yaklaşık 26,5 tondur; yaklaşık 629 ton sıvı oksijen ve 106 ton sıvı hidrojen taşır.
• İki katı yakıtlı yan itici (SRB): Her biri 45,46 m yüksekliğinde ve 3,71 m çapındadır. Katı yakıtlı iticiler amonyum perklorat, alüminyum tozu ve bağlayıcı karışımı yanar; kalkış itkisinin büyük kısmını bunlar sağlar.

Tipik bir uçuş şöyle ilerler:

1. Kalkış. Kalkıştan 6,6 saniye önce üç ana motor 120 milisaniyelik aralıklarla sırayla ateşlenir; sonra katı yakıtlı iticiler ateşlenir ve sistem rampadan kalkar. Ana motorlar kalkışta %104,5 güce çıkar, sonra yaklaşık %65-72'ye kısılır. RS-25'in itkisi deniz seviyesinde her biri 1,75 MN'dur.
2. Yan iticilerin ayrılması. Kalkıştan yaklaşık 123 saniye sonra, 46 kilometre dolayında iticiler piroteknik bağlantılarla ayrılır. Paraşütlerle Atlantik'e iner, gemiler tarafından toplanır ve yenilenir; 135 uçuşta fırlatılan 270 iticiden 266'sı kurtarıldı. STS-135'te kullanılan iticilerde önceki 59 uçuştan gelen parçalar vardı.
3. Ana motorların kapanması. Kalkıştan yaklaşık 8 dakika 30 saniye sonra ana motorlar kapanır ve dış tank ayrılır. Tank, atmosfere girerek parçalanır; kalıntılar Hint ya da Pasifik Okyanusu'na dağılır.
4. Yörünge. Mekik 220-620 km arasında değişen yüksekliklerde dolaştı. Yük bölmesinden uydular bırakılır ya da deneyler yapılır.
5. Dönüş ve iniş. Yörünge aracı atmosfere girerken ısı kalkanı, uzayın soğuğundan (−121 °C) atmosfere girişteki yaklaşık 1.649 °C'ye kadar korur; burun ve kanat ön kenarları takviyeli karbon-karbon kompozitten yapılmıştır. Araç bir planör gibi süzülerek, 100-150 m/s (195-295 knot) hızla piste değer; arkasındaki kuyruktan frenleme paraşütü açılır. İniş, Kennedy Uzay Merkezi'nde ya da Edwards Hava Üssü'nde yapılırdı.

Fizik açısından mekiğin ilginç yanı, iki farklı itki türünü birleştirmesidir. Katı yakıtlı iticiler kalkışta büyük itki verir ama kapatılamaz; sıvı hidrojenle çalışan RS-25 ise çok verimlidir ve yörüngeye kadar çalışır (özgül itki yüksektir). Yörünge hızının bir kısmı iticilerle, kalanı ana motorlarla kazanılır. Dönüşte ise bu hızın tamamı atmosfere girişte sürtünmeyle ısıya dönüşür; mekiğin ısı kalkanının bu kadar önemli olmasının nedeni budur.

Teknik özellikler

Özellik	Değer
Yükseklik (fırlatma yığını)	56 m
Yörünge aracı uzunluğu / kanat açıklığı	37,24 m / 23,79 m
Kalkış kütlesi	yaklaşık 2.030 ton
Yapı	Yörünge aracı + dış tank + 2 katı yakıtlı yan itici
Motor	3 × RS-25 (yörünge aracında) + 2 katı yakıtlı yan itici
RS-25 itkisi	her biri deniz seviyesinde 1,75 MN (toplam 5,25 MN)
Yan itici itkisi	her biri ilk uçuşlarda yaklaşık 12,5 MN; sonraki sürümlerde 13,3 MN
Alçak yörüngeye yük	27.500 kg (204 km); ISS yüksekliğinde (407 km) 16.050 kg
Yerdurağan geçiş yörüngesine yük	4.940 kg (Inertial Upper Stage üst kademesiyle)
Yük bölmesi	18,3 m × 4,6 m
Mürettebat	Test uçuşlarında 2; genelde 7; STS-61-A'da 8

Kaynaklarda yan itici itkisi farklı verilir (en yüksek anlık değer 14,7 MN'ye kadar çıkar); tabloda Wikipedia'nın Uzay Mekiği sayfasındaki 12,5 ve 13,3 MN değerleri kullanıldı. Yük rakamları için de benzer bir uyarı geçerlidir: 27,5 ton, yaklaşık 204 km'lik yörüngeye taşınabilecek üst sınırdır; ISS'in 407 km'sinde bu değer 16 tona iner.

Uçuş geçmişi

Beş uçan yörünge aracının uçuş sayıları ve dönemleri şöyledir (Wikipedia):

Yörünge aracı	Uçuş	Dönem	Sonu
Columbia	28	1981-2003	1 Şubat 2003'te dönüşte parçalandı
Challenger	10	1983-1986	28 Ocak 1986'da kalkıştan 73 saniye sonra parçalandı
Discovery	39	1984-2011	Emekli; Udvar-Hazy Merkezi'nde sergileniyor
Atlantis	33	1985-2011	Emekli; Kennedy Uzay Merkezi Ziyaretçi Kompleksi'nde
Endeavour	25	1992-2011	Emekli; California Bilim Merkezi'nde

Yalnızca atmosferde deneme uçuşları için yapılan Enterprise ise hiç uzaya gitmedi ve New York'taki Intrepid Müzesi'nde duruyor (Enterprise 50 yaşında yazısına bakın). Dönüm noktaları:

• 12 Nisan 1981: Columbia, STS-1 görevinde John Young ve Robert Crippen'ın iki kişilik mürettebatıyla ilk kez uçtu.
• 1983: STS-7'de Sally Ride, STS-8'de Guion Bluford ilk Amerikalı kadın ve ilk Afrikalı Amerikalı astronot olarak uçtu (NASA).
• 28 Ocak 1986: Challenger kazası (aşağıda). Uçuşlar 29 Eylül 1988'de STS-26 ile yeniden başladı; ara 32 ay sürdü.
• 24 Nisan 1990: Discovery, Hubble'ı yörüngeye bıraktı (STS-31).
• 27 Haziran 1995: STS-71'de Atlantis, Rus Mir istasyonuyla kenetlenen ilk mekik oldu; NASA'nın 100. insanlı uzay uçuşuydu (Mir).
• 4 Aralık 1998: Endeavour, ilk ISS montaj görevi STS-88'de ABD'nin Unity modülünü Rus Zarya modülüne bağladı.
• 23 Temmuz 1999: Columbia Chandra X-ışını Gözlemevi'ni taşıdı; komutan Eileen Collins mekik komuta eden ilk kadın oldu.
• 1 Şubat 2003: Columbia kazası (aşağıda). Uçuşlar 26 Temmuz 2005'te STS-114 ile yeniden başladı.
• Mayıs 2009: Hubble'a beşinci ve son bakım görevi (STS-125).
• 8-21 Temmuz 2011: Atlantis'in STS-135 görevi, programın 135. ve son uçuşu; Atlantis'in 33. uçuşu ve ISS'e 37. mekik görevi oldu. Program 21 Temmuz 2011'deki inişle bitti.

Başarı oranı: 135 uçuştan 133'ü başarılı sayılıyor (yaklaşık yüzde 98,5); iki uçuş felaketle bitti.

Challenger kazası

28 Ocak 1986'da, yerel saatle 11.38'de STS-51-L görevinde Challenger, kalkıştan 73 saniye sonra, yaklaşık 14 km yükseklikte parçalandı; Christa McAuliffe, Dick Scobee, Michael Smith, Ronald McNair, Ellison Onizuka, Judith Resnik ve Gregory Jarvis hayatını kaybetti. Rogers Komisyonu, sağ katı yakıtlı iticinin segment bağlantısındaki O-halka contasının, rekor derecede soğuk bir havada (yaklaşık 2 °C) görevini yapamadığını ve sıcak gazların sızdığını saptadı. Bağlantı tasarımı, komisyonun ifadesiyle birkaç etkene karşı "kabul edilemez ölçüde duyarlıydı". Komisyon ayrıca NASA'nın kurumsal kültürünü ve gerçekçi olmayan fırlatma takvimlerini eleştirdi. Fizikçi Richard Feynman, kamuoyu önünde yaptığı bir gösterimle kauçuğun soğukta esnekliğini yitirdiğini gösterdi.

Columbia kazası

1 Şubat 2003'te Columbia (STS-107), 16 günlük görevinin ardından atmosfere girerken parçalandı; Kalpana Chawla dahil yedi astronot öldü. Kalkıştan 81,7 saniye sonra dış tankın sol bipod rampasından kopan bir köpük parçası, yörünge aracının sol kanadının takviyeli karbon-karbon ön kenarına çarpmıştı. Hasar uçuş boyunca fark edilmedi; atmosfere girişte sıcak gazlar kanadın içine sızdı ve araç Texas ve Louisiana üzerinde dağıldı. Kaza Soruşturma Kurulu, teknik nedenin yanında kurumsal hataları da saptadı: NASA köpük çarpmalarını "kabul edilebilir uçuş riski" saymıştı. Dönüşte NASA dış tankı köpükle ilgili olarak yeniden tasarladı ve uçuş sırasında kanat ön kenarını inceleyen bir sensör uzantısı ekledi.

Verileri göster

Uçuş	135
Başarılı uçuş	133
Yörünge aracı (uçan)	5
Koltuk (tekrarlar dahil)	852
Kaybedilen astronot	14

Yeniden kullanım

Mekik, kısmen yeniden kullanılabilen ilk büyük sistemdi: yörünge aracı yaklaşık 135 uçuşta beş araca dağıtılarak, yan iticiler de yenilenerek yeniden kullanıldı. Dış tank ise her uçuşta atmosferde parçalandı. Maliyet bu fikri baltaladı: Wikipedia'nın aktardığına göre 30 yıllık programın toplam maliyeti 2011 doları cinsinden yaklaşık 196 milyar dolardı; bu rakam uçuş sayısına bölününce fırlatma başına yaklaşık 1,5 milyar doları aşıyor (Wikipedia'nın bir başka özeti 2012 doları cinsinden 1,64 milyar dolar verir). Yalnızca fırlatma başına marjinal maliyet ise 2011'de yaklaşık 450 milyon dolar olarak hesaplanıyor. Bu rakamlar, yeniden kullanımın tek başına ucuzluk getirmediğini, yenileme ve işletme maliyetinin belirleyici olduğunu gösterdi. Bugün aynı fikri Falcon 9 gibi roketler farklı bir biçimde, birinci kademeyi kurtararak deniyor; ayrıntılar yeniden kullanılabilir roket sayfasında. Mekiğin emekliye ayrılma kararı, Başkan George W. Bush'un ISS'in tamamlanmasının ardından programı bitirmeyi öngören "Uzay Keşif Vizyonu"ndan geldi.

Taşıdığı önemli görevler

• Hubble Uzay Teleskobu (1990): Mekik teleskobu yörüngeye bıraktı ve beş bakım görevinde onardı.
• Chandra X-ışını Gözlemevi (1999): Columbia'nın STS-93 görevinde fırlatıldı.
• Galileo, Magellan ve Ulysses: Mekikten fırlatılan gezegenler arası sondalar.
• Uluslararası Uzay İstasyonu: Mekik, istasyonun modüllerini taşıyıp yörüngede birleştirdi; bu uçuşlar programın son on yılının temel işiydi (ISS nasıl inşa edildi?).
• Mir ile kenetlenmeler: STS-71 ile başlayan Shuttle-Mir uçuşları, ISS işbirliğinin hazırlığı oldu.
• Spacelab: Avrupa'nın yük bölmesine yerleşen laboratuvarında astronomiden kristal büyütmeye kadar pek çok deney yapıldı. Alman Spacelab D1 görevi olan STS-61-A, sekiz kişilik rekor mürettebat taşıdı.
• Kayıplar: Challenger ve Columbia kazaları.

Benzer roketlerle karşılaştırma

Sistem	Dönem	Yeniden kullanım	Alçak yörüngeye yük
Uzay Mekiği	1981-2011	Yörünge aracı ve yan iticiler	27.500 kg (204 km)
Saturn V	1967-1973	Yok	yaklaşık 140 ton
SLS Block 1	2022-	Yok (mekik donanımı yeniden kullanıldı)	95 ton
Falcon 9 Block 5	2018-	Birinci kademe	17.500 kg (iniş yaparak), 22.800 kg (tek kullanımlık)
Soyuz-2.1b	2008-	Yok	8.670 kg

Mekik, mürettebatı ve yükü kanatlı tek bir araçta uçuran bir sistemdi. Bu, ona büyük esneklik kazandırdı; örneğin uyduları yakalayıp onarabildi. Bedeli ağırlıktı: yörünge aracının boş ağırlığı yaklaşık 78 tondur, yük bölmesi ise en çok 24-27 ton taşıyabildi. Soyuz ve Crew Dragon gibi kapsül sistemleri insanı ayrı bir araçta taşır; Saturn V daha büyük yük taşıdı ama hiç yeniden kullanılmadı.

Fırlatma videosu

NASA'nın resmî kanalındaki bu yayın, Atlantis'in STS-135 ile mekik programının son fırlatışını gösteriyor.

Sık sorulan sorular

Uzay Mekiği kaç kez uçtu?

135 kez: 12 Nisan 1981'deki STS-1'den 21 Temmuz 2011'de biten STS-135'e kadar. Discovery 39, Atlantis 33, Columbia 28, Endeavour 25, Challenger 10 uçuş yaptı. 133 uçuş başarılıydı, iki uçuş kazayla bitti.

Mekik ne kadar yük taşıyabildi?

Yaklaşık 204 km'lik yörüngeye 27.500 kg'a kadar, ISS yüksekliğine (407 km) yaklaşık 16 ton taşıyabildi. Yük bölmesi 18,3 m × 4,6 m'ydi.

Mekik neden emekliye ayrıldı?

Mekiğin emekliliği, ISS'in tamamlanmasının ardından programı bitirmeyi öngören Başkan George W. Bush'un Uzay Keşif Vizyonu'na dayanır. Programın yüksek maliyeti ve iki kaza da bu kararda belirleyici olarak sayılıyor.

Türkiye'den bir astronot ya da yük mekikle uçtu mu?

Doğrulayabildiğimiz bir örnek yok. Mekik programı 2011'de bittiğinde Türkiye'nin uzaya giden bir astronotu yoktu; ilk astronotumuz Alper Gezeravcı, Axiom Mission 3 görevinde SpaceX'in Crew Dragon aracıyla uçtu.