Hall Etkili İtki Motoru (HALE)

Hall etkili itki motoru, elektrikli itki teknolojileri kapsamında geliştirilen ve iyonize gazları elektromanyetik alan yardımıyla hızlandırarak itki üreten bir uzay motorudur. Bu sistemlerde genellikle asal gazlardan biri olan ksenon kullanılmakta olup, gaz plazma hâline getirildikten sonra manyetik alan yardımıyla dışarı doğru yüksek hızla fırlatılır. Böylece uzay aracına Newton’un üçüncü hareket yasası çerçevesinde bir itki kuvveti kazandırılır.

Türkiye’de elektrikli itki sistemleri üzerine yürütülen çalışmalar, 2010 yılında başlatılan ve TÜBİTAK UZAY tarafından yürütülen “Hall Etkili İtki Motoru Geliştirme Altyapı Projesi (HALE)” ile kurumsallaşmıştır.

Bu projeyle birlikte yerli ve milli Hall etkili motorların geliştirilmesi için gerekli olan tasarım, üretim, test ve entegrasyon altyapısı oluşturulmuştur. Ayrıca, Türkiye Uzay Ajansı (TUA) öncülüğünde yürütülen HALE projesi ile yerli üretim kabiliyetlerinin artırılması ve uzay alanında dışa bağımlılığın azaltılması hedeflenmiştir.

HALE projesi kapsamında TÜBİTAK Uzay’da şu altyapılar kurulmuştur:

Temiz oda, mekanik ve elektronik atölyeler ve çalışma ofisleri (toplam ~300 m², bunun 100 m²’si temiz oda).

Vakum test tesisleri:

Çap 2,3 m × derinlik 4,5 m tank (2×10⁻⁷ – 13×10⁻⁶ Torr, 1,5 kW güce kadar).

Çap 0,6 m × derinlik 1,1 m tank (10⁻⁸ Torr) – düşük güç motorlar için.

Çap 1,2 m × derinlik 2 m tank – alt seviye testler için.

Test ekipmanları: Plazma ölçüm uçları (Faraday, Langmuir), manyetik alan düzenekleri, ısıl kameralar, akış kontrol cihazları, vakum ve sıcaklık test makineleri.

Otomasyon altyapısı: Motor ömür testleri ve sıcak/düşük sıcaklık başlatma testleri için (–150 °C +125 °C) yeterli otomasyon 2025 itibarıyla devreye alınmıştır

HALE altyapısı, başta iki motor tipi olmak üzere aşağıdaki alt sistemleri içermektedir:

• HALE‑1500 (1,5 kW)
• HALE‑300 (300 W)

Ayrıca; yakıt besleme birimleri, güç işleme ve kontrol birimleri (GİKB‑1500, GİKB‑300) ve yakıt tankları da geliştirilmiştir.

• Nominal güç: 1 500 W
• Itki kuvveti: ≥ 70 mN
• Özgül itki: ≥ 1500 s
• Verim: ≥ % 45
• Maks. kuyruk gazı açısı: 35° (toplam 70°)
• Anot gerilimi: 250–300 V; Anot akımı: 3–5,5 A
• Kütle: 4,5 kg
• Yakıt: Ksenon, Kripton, Argon

• Güç: ≤ 300 W
• Itki: ≥ 10 mN
• Özgül itki: ≥ 1000 s
• Verim: ≥ % 45
• Anot gerilimi: ~250 V; Anot akımı: 0,8–1 A
• Kütle: ~2 kg
• Yakıtlar: Aynı

• Yakıt Besleme Birimi (YBB): 5–150 bar giriş, 2,5 bar çıkış, 2,8 kg, 1–5 mg/sn akış
• Güç İşleme & Kontrol Birimi (GİKB‑1500): 1750 W, %90 verim, 16,8 kg
• Yakıt tankı: Titanyum + kompozit, 150 bar çalışma, 8,1 l, 4 kg

^{Vakum Tank (}TÜBİTAK⁾

Hall etkili itki motorlarında, silindir biçiminde bir plazma odası bulunur. Kapalı uçta halkasal anot, dışta ise katot yer alır. Anot-katot arasında yüksek gerilim uygulanarak gaz iyonize edilir (genellikle ksenon).

Manyetik alan, elektronları spiral yörüngeye yönlendirir; pozitif iyonlar doğrudan hızlandırılarak egzozdan dışarı atılır. Bu şekilde uzay aracına itme kuvveti sağlanır. Sistem, uzun süreli ve verimli itki üretimi için uygundur ancak Dünya yüzeyinden fırlatma için yetersizdir.