Giriş

Model roketlerin fırlatılmasını sağlayan roket motorlarının, işlevini meydana getiren ve itme kuvveti yaratan itici yakıttır. Kimi zaman roket yakıtı adı verilse de işlevsel özelliğinin bir itme kuvveti meydana getirmek olmasından dolayı, bu yakıt şekline itici yakıt adı verilmesi daha uygun olacaktır. Bu nedenle bilerek veya bilmeyerek ileride ben de roket yakıtı kelimesini kullanırsam bunun itici yakıt olarak bilinmesi gerektiğini belirtirim.

Model roket motorlarında katı itici yakıt kullanılır. Bunun en büyük nedeni katı yakıtlı motorların tasarımının daha kolay ve ucuz olmasıdır. Katı itici yakıtı oluşturan yakıt ve bu yakıtın yanması için, gerekli olan oksijeni sağlayan oksitleyici arasındaki kimyasal yanma reaksiyonu sayesinde roket motoru çalışmaktadır. Uygun bir ateşleme sıcaklığına çıkıldığında meydana gelen yanma reaksiyonu itici yakıt yüzeyinin her tarafına yayılarak, önceden saptanabilen bir değerde yanma olayını gerçekleştirir. Yanma reaksiyonunun esası, oksijenle birleşen yakıt atomlarının düşük enerji seviyelerinden yüksek enerji seviyelerine geçişleri esnasında parlak ve etkileyici bir alev halinde ortaya çıkardıkları ışık ve büyük bir miktarda ısı 'dır. Ortaya çıkan bu büyük ısı, reaksiyon ürünlerinin ısısını birkaç bin dereceye çıkararak onların sıcak gaz haline geçmelerine neden olur. Bu sıcak gazlar başlangıçtaki asıl yakıttan daha fazla hacme sahip olduklarından dolayı, çok büyük bir basınç oluşur. Bu muazzam basınç, dar bir boğaza sahip motor nozülünden ses ötesi bir hızda egzoz şeklinde atılan bir kuvveti doğurmaktadır.

İtici yakıtı oluşturan belli orandaki yakıt ve oksitleyici, birlikte ve daima bir karışım halindedir. Bu kimyasal karışım bir roket motoru içinde geometrik bir biçimde şekillendiğinde itici yakıt tanesi adını alır. İtici yakıt tanesi farklı geometrik şekillerde olabilir. Bu geometrik şekli tamamlayan ise itici yakıtın yanma ucundan ileriye doğru yer alan oyuğun şeklidir. Bu oyuğa itici yakıtın göbeği adı verilmektedir. İtici yakıtın göbeğinin dolayısıyla tane geometresinin aldığı şekillerle ilgili aşağıda daha ayrıntılı bilgiyi bulabilirsiniz.

Katı itici yakıtların tane yapısının bozulmaması, oksitleyici ve yakıtın birarada bulunmasını temin eden bağlayıcı ile mümkün olmaktadır. Kısacası bir itici yakıt; oksitleyici tarafından sağlanılan oksijenle bir yanma reaksiyonu veren yakıtın ve bu karışımı belirli bir kütle halinde tutulmasını sağlayan bağlayıcının uygun oranlarda hazırlanmış bir karışımıdır. 

    

KATI İTİCİ YAKIT = OKSİTLEYİCİ + YAKIT + BAĞLAYICI

Amatör roketçilikte kullanılan katı itici yakıtların güvenilir ve ucuz olması, her şeyden evvel itici yakıtın hazırlanmasında kullanılan kimyasal maddelere bağlıdır. Oksitleyici olarak genellikle potasyum nitrat, sodyum nitrat, amonyum nitrat, potasyum perklorat ve amonyum perklorat kullanılmaktadır. Yakıt olarak da kükürt, odun kömürü, karbon siyahı, sakkaroz, glikoz, sorbitol, magnezyum ve alüminyum kullanılabilir. Bağlayıcı olarak kullanılanlar ise dekstrin, gomalaka, parafin, silikon, PVC, epoksi ve çeşitli polimer türevli reçinelerdir. Bağlayıcı maddelerin hemen hepsi organik bileşik olduğundan itici yakıt bileşiminde aynı zamanda yakıt olarak da görev yaparlar. 

Katı İtici Yakıtların Özellikleri

Katı itici yakıtlar aslında düşük güçlü patlayıcı maddeler olup, etrafına basınçtan ziyade yüksek ısı ve düşük molekül ağırlıklı gaz üretmesi amaçlanan  kimyasal maddelerin bir karışımıdır. Bunu sağlamak için ise itici yakıtların bazı özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bu özellikler şunlardır:

• Yoğunluk: İtici yakıtı oluşturan kimyasal bir karışım kütlesinin belli bir yoğunlukta olması gerekmektedir.  Bu yoğunluk değerine itici yakıtın preslenmesi ya da çakılmasıyla ulaşılabilinir. Bu işlem şeker yakıtlarda olduğu gibi itici yakıtın ergitilmesi ya da kompozit yakıtlarda olduğu gibi itici yakıtın polimer bir bağlayıcıyla kalıplanmasıyla da başarılabilinir. Hangi usulle hazırlanırsa hazırlansın itici yakıtın belli bir yoğunluk değerinin olması gerekir. Tanenin doku kalınlığı(yoğunluğu) aynı zamanda yanma süresinin de belirleyicisidir. Bu yoğunluk değeri 1.6-2 gr/cm³ arasında değişir. Bu yoğunluk değerinde olmayan bir karışım  yandığı zaman oksitleyiciden ayrı olarak hava oksijeninde reaksiyon ortamında bulunması istenen yanma hızının düzensizliğine ve yanma sonucunda ortaya çıkan yanma ürünlerinin bir blast (patlama) etkisi yaratmasına yol açar. Bu durum roket motorunda büyük performans değişikliğine neden olur. Bu performans değişikliği roket motorunu ya kesikli çalıştırarak roketin kalkışı için yeterli itme kuvveti yaratamaz ya da roket motorunun yanma odasında aşırı basınca yol açarak sonuçta roket motorunu patlatır.
• Yanma Değeri(Hızı): İtici yakıtlar, bozunmanın şekli bakımından patlayıcı maddelerden ayrılırlar. Patlayıcı maddelerdeki bozunma bir zincir reaksiyonu şeklinde çok hızlı gelişirken (4.000-10.000 m/san. hızla) itici yakıtlarda bu bozunma şekli sadece yüzeysel bir yanma şeklinde daha yavaş gelişir. İtici yakıtı oluşturan formülasyon bilindiği taktirde bu itici yakıtın yanma değeri önceden hesaplanarak tahmin edilebilir. İtici yakıtın tahmin edilebilir bir yanma değerinin önceden bilinmesi yanan yüzey alanını ve yanma odasındaki basıncı belirtir.
• Tane geometrisi: Bir itici yakıt tanesinin ilk şekli ateşlemeden sonra alevin izleyeceği yolu belirlediğinden, motorun çalışmasının her anında yanma odasının basıncı ve itme kuvvetinin ne olacağının bir motorun tane geometrisi belirler. Tane geometresinin etkinliğini belirleyen itici yakıtın sahip olduğu göbeğin şekli ve boyu olduğundan dolayı bu göbeğe bağlı olarak motorun dayanma sınırlarına uygun olan geometrik şeklin seçilmesi gerekmektedir. Eğer buna dikkat edilmezse itici yakıtın yaratacağı yanma odasının basıncı çok artacak ve sonuçta roket motorunu patlatacaktır. Tane geometresinin çeşitli şekilleri ve bu şekillere bağlı olarak itme kuvveti-zaman eğrisinin aldığı şekli aşağıdaki resimde bulabilirsiniz. 

Resim 1 -- Çeşitli şekillerdeki itici yakıt tane geometrileri.