Türksat 6A’nın fütüristik iyon motoru: HALE-1500

Türksat 6A, yüzde 80’in üzerindeki yerlilik oranıyla birlikte 9 Temmuz tarihinde fırlatıldı ve yörüngeye ulaştı. Kısa bir mühlet evvel ise Türksat 6A, 82 dakika süren birinci itki ateşlemesini muvaffakiyetle tamamlayarak yörünge yükseltme hareketini yaptı. Uydunun hareketi ise TÜBİTAK UZAY tarafından HALE-1500 motoru ile yapıldı. Pekala HALE-1500 nedir ve neden bu kadar özel?

Uzay araçlarında birden fazla tahrik kullanılıyor. Bunlardan birisi olan Hall tesirli itki motoru (HET), itici gazın bir elektrik alanı tarafından hızlandırıldığı iyon itici çeşidinde bir motor. Edwin Hall’un keşfine dayanan Hall-etkili iticiler, aslında sinemalarda gördüğümüz motorların gerçeğe dönüşmüş halleri. 1971’den beri 240’tan fazla itici uzayda uçuş yapan motorlar şimdiye kadar yüzde 100 muvaffakiyet oranına sahip oldu. Örneğin SpaceX’in Starlink uydularında bu Hall iticileri kullanılıyor. Aslında eski bir teknoloji olsa da şimdi son on yıllarda üzerinde durulmaya başlanan bir teknoloji olduğunu da belirtelim.

Hall tesirli itki nedir? Nasıl çalışıyor?

Hall tesirli itki motorlarında silindir biçiminde bir ucu kapalı öbür ucu açık bir plazma odası bulunuyor. Plazma odasının kapalı ucunun merkezinde halka biçiminde bir anot yer alıyor. Yüksek güçlü elektronları oluşturan katot, plazma odasının dışına konumlandırılıyor. Plazma odasının merkezinde ve etrafında ise manyetik alan oluşturan mıknatıslar bulunuyor.

Bu iticilerde birinci olarak anot ve katot ortasına bir yüksek tansiyon uygulanıyor. Anot, bir gaz akışını (genellikle ksenon) iyonize ediyor, yani gaz moleküllerini müspet yüklü iyonlara ve özgür elektronlara ayrıştırıyor. Mıknatıslar ile oluşturulan manyetik alan, elektronları anottan katoda gerçek düz bir çizgide hareket etmek yerine bir spiral yol izleyecek formda yönlendiriyor. Elektronlar, manyetik alanın tesiriyle anottan katoda hakikat hareket ederken bir Lorentz kuvveti ile karşılaşırlar. Bu, Hall tesiri olarak bilinir. Bu kuvvet, elektronların hareketini bir dairesel yörüngeye zorlar ve bu yörüngede dolanırken anot bölgesindeki plazmanın içinde kalmalarını sağlar.

Elektronlar spiral bir yol izleyerek hareket ederken, müspet yüklü iyonlar ise direkt anottan katoda gerçek hızlanıyor. Bu iyonlar, iticinin egzozundan yüksek süratte çıkarak Newton’un üçüncü maddesine nazaran (etki-tepki) bir itme kuvveti oluşturuyor. Bu kuvvet de uzay aracının hareket etmesini sağlar.

TÜBİTAK HALE-1500

TÜBİTAK UZAY, tarafından birkaç yıldır üzerinde çalışılan Hall Tesirli İtki Motoru Geliştirme Altyapı Projesi (HALE) ile telekomünikasyon ve yer müşahede uydularının itki sistemlerinin üretilmesi amaçlanıyordu. Türksat 6A uydusunda ise bu projeden çıkan HALE-1500 itki motoru kullanılıyor. HALE-1500, Türksat 6A için taban olarak 70 milinewton (mN) itki üretebiliyor. Motor, özgül olarak 1.500 saniye itki sağlıyor ve yüzde 45 verimlilikte çalışıyor. Verimlilik başka Hall iticiler ile misal düzeyde. Lakin daha gelişmiş dizaynlarda yüzde 75 düzeylerine de ulaşılmış durumda. Motor, ksenon (xenon), kripton ve argon gazlarıyla çalışabiliyor.

Kimyasal roket motorlarında kimyasal yansıma sonucu roketten dışarı atılan unsurlar ile itki sağlanırken elektrikli itki motorlarında ise motordan dışarı atılan hususlar elektrik gücü kullanılarak hızlandırılarak itki sağlanıyor. Gereksinim duyulan elektrik gücü güneş panellerinden karşılanabiliyor. Elektrikli itki motorları kimyasal roket motorlarına kıyasla çok daha az yakıt kullanarak birebir ölçüde itki oluşturabiliyor.

Öte yandan bu motorlar Dünya’dan fırlatma yapmak ve yüzeyde kullanmak için uygun değil. Zira Dünya kaidelerinde çok kısa müddette çok fazla ölçüde itki oluşturulması gerekiyor. Lakin uzayda uzun periyodik itki üretmek için Hall tesirli elektrik motorları yahut direkt iyon itki motorlar daha elverişli. Bu elektrik itki motorları ile yavaş yavaş lakin uzun müddetlerde itki sağlanabilir. Türkiye’nin Ay programı gayeleri ve ekip uydu projeleri bulunuyor. Tübitak tarafından geliştirilen Hall tesirli motorlar bu vazifelere büyük katkılar sağlayabilir.

Tübitak HALE-1500 özellikleri

• 1.500 W a kadar nominal güç
• Asgari 70 mN itki
• Asgari 1.500 saniye özgül itki
• Asgari % 45 verim
• Azami 35 derece kuyruk gazı açısı (toplam azami 70 derece)
• 250-300 V anot gerilimi
• 3-5,5 A anot akımı
• 4,5 kg kütle
• Yakıt olarak Xenon, Kripton ve Argon gazları ile çalışabilmekte.