Hibrit İtki Sistemi (HİS)

Hibrit İtki Sistemi (HİS), Türkiye’nin Ay Araştırma Programı’nın ilk aşaması olan AYAP-1 kapsamında geliştirilen uzay aracı itki sistemidir. DeltaV Uzay Teknolojileri tarafından geliştirilen sistem, Millî Hibrit Roket Motoru olarak da adlandırılan ana hibrit roket motorunu ve bu motorun çalışması için gerekli alt sistemleri kapsar. HİS’in temel görevi bir roketi Dünya yüzeyinden kaldırmak değil, uzaya çıkarılmış Ay aracının yörüngesini değiştirerek Ay’a doğru ilerlemesi için gereken itkiyi sağlamaktır.^【1】

^{Delta V’nin Şile’deki Roket Motoru Ateşleme Anı} (TUA)

Hibrit roket motorlarında yakıt ile oksitleyici farklı fiziksel hâllerde bulunur. Yaygın bir düzenlemede katı yakıt yanma odasında yer alırken oksitleyici ayrı bir tankta sıvı veya gaz hâlinde depolanır. Bu yapı, katı ve sıvı roket motorlarının bazı özelliklerini bir araya getirirken yakıtın yanma davranışı ve oksitleyici akışının yönetimi gibi kendine özgü mühendislik sorunları da ortaya çıkarır.^【2】

Kimyasal roket motorlarında itki, yakıt ile oksitleyicinin tepkimesi sonucunda oluşan yüksek sıcaklık ve basınçtaki gazların bir lüleden yüksek hızla dışarı atılmasıyla meydana gelir. Roketler yanma için gerekli oksitleyiciyi de beraberlerinde taşıdıkları için atmosferdeki oksijene ihtiyaç duymadan uzay boşluğunda çalışabilir.

Kimyasal roket motorları, itici maddelerin depolanma biçimine göre genel olarak katı, sıvı ve hibrit sistemlere ayrılır.

• Katı Motorlar: Yakıt ve oksitleyici, katı itici içerisinde birlikte bulunur. Ateşleme sonrasında kontrol imkânı sınırlıdır ve genel yapısı görece basittir.
• Sıvı Motorlar: Yakıt ve oksitleyici ayrı tanklarda yer alır. Yakıt akışı üzerinden yüksek kontrol imkânı sağlar, ancak genel yapısı daha karmaşıktır.
• Hibrit Motorlar: Yakıt ve oksitleyici farklı fiziksel hâllerde bulunur. Oksitleyici akışı yönetilerek kontrol sağlanabilir ve genel yapısı itibarıyla hem katı hem de sıvı sistemlerin özelliklerini taşır.

Yaygın bir hibrit motor düzeninde katı yakıt, ortasında bir veya daha fazla kanal bulunan silindirik bir kütle hâlinde yanma odasına yerleştirilir. Oksitleyici ise ayrı bir tankta tutulur. Motor çalıştırıldığında oksitleyici vana ve besleme sistemi üzerinden enjektöre, buradan da katı yakıtın içerisindeki kanala gönderilir.

^{Hibrit Roket Motorunun Basitleştirilmiş Çalışma Şeması (Yapay Zekâ ile Oluşturulmuştur.)}

Yanma odasındaki ısı katı yakıtın yüzeyini ısıtır; yüzeyden gaz fazına geçen yakıt, kanal boyunca ilerleyen oksitleyiciyle karışarak yanar. Ortaya çıkan yüksek sıcaklık ve basınçtaki gazlar lüleden hızlandırılarak dışarı atılır ve roket üzerinde ters yönde itki meydana getirir.

Yakıt ile oksitleyicinin motor çalıştırılmadan önce birbirinden ayrı bulunması hibrit mimarinin temel özelliklerinden biridir. Oksitleyici akışının yönetilebilmesi, motorun çalışma sürecinin kontrolünde katı motorlara göre farklı olanaklar sağlayabilir. Buna karşılık motor performansı, katı yakıt yüzeyinin ne hızla tüketildiğine ve yakıt ile oksitleyicinin ne kadar verimli karıştığına doğrudan bağlıdır.

Ay görevi için geliştirilen hibrit motorun kamuoyuna açıklanan önemli ateşleme çalışmalarından biri 11 Nisan 2021’de DeltaV’nin Şile’deki Roket Motoru Ateşleme Tesisi’nde gerçekleştirildi. Aynı test kampanyasında Sonda Roket Sistemi’nin motoru ile Ay görevi kapsamında geliştirilen hibrit motor ateşlendi. Ay görevi motorunda hedeflenen 50 saniyelik ateşleme süresinin tamamlandığı açıklandı.^【3】

Geliştirme süreci yalnızca yanma odasının çalıştırılmasından ibaret değildi. Yüksek basınçlı kompozit tanklar, ateşleme sistemleri, vanalar ve regülatörler de çalışmaların parçalarıydı. Bu durum “roket motoru” ile “itki sistemi” arasındaki farkı ortaya koyar. Motor, kimyasal enerjiyi doğrudan itkiye dönüştüren ana birimdir. İtki sistemi ise motorun yanı sıra itici maddelerin depolanması, aktarılması ve akışının yönetilmesi için gerekli alt sistemleri de kapsar.

HİS üzerinde gerçekleştirilen statik ateşleme çalışmalarında yakıt türü, yanma odası basıncı, yanma odası giriş sıcaklığı, tank, enjektör ve yanmanın sürekliliği gibi değişkenler incelendi.^【4】

Bir itki sisteminin uzay görevinde kullanılmaya hazırlanması yalnızca ateşlenebilmesine bağlı değildir. Yanmanın kararlı sürmesi, tank ve enjektör gibi alt sistemlerin birlikte çalışması ve sistemin farklı çalışma koşullarında öngörülebilir davranması gerekir. Bu nedenle kısa süreli ateşlemeleri daha uzun çalışma testleri izlemiştir.

Hibrit uydu itki sisteminin yer ateşleme deneylerinde 260 saniyelik kararlı yanma sağlandı.^【5】 Bu süre, AYAP-1’de kullanılacak nihai HİS’in açıklanmış görev yanma süresi değil, geliştirme sürecinde elde edilen bir yer testi sonucudur. Bununla birlikte uzun süreli ateşlemeler, yanmanın sürekliliği ile motor ve alt sistemlerin termal ve yapısal davranışının incelenebilmesi açısından önem taşır.

Yerde gerçekleştirilen ateşlemeler motorun temel çalışma davranışını incelemeyi sağlar; ancak gerçek uçuş sırasında sistem titreşim, ivmelenme, sıcaklık değişimleri ve düşen atmosfer basıncı gibi farklı koşullarla karşılaşır. Bu nedenle DeltaV’nin hibrit roket teknolojisinin geliştirilmesinde yüksek irtifa uçuşlarına da yer verilmiştir.

Sonda Roket Sistemi (SORS) çalışmalarının amaçlarından biri, Ay görevinde kullanılacak hibrit motor teknolojisiyle ilişkili kritik bileşenlerin uzay ortamında sınanmasıdır. SORS’ta kullanılan hibrit motor düzeninde parafin temelli katı yakıt ve sıvı oksijen kullanılmıştır.^【6】

^{Hibrit Roket Teknolojisinin Geliştirme Çizgisi (Yapay Zekâ ile Oluşturulmuştur.)}

2023’te gerçekleştirilen bir sonda roketi uçuşunda 103 kilometre irtifaya ulaşıldığı ve motorların uzay ortamında test edildiği belirtilmiştir. ^【7】

DeltaV’nin hibrit roket teknolojisine yönelik yüksek irtifa denemeleri daha sonra devam etti. Haziran 2025’te gerçekleştirilen bir uçuşta iki kademeli hibrit roket sistemiyle 200 kilometrenin üzerinde irtifaya ulaşıldı. Bu uçuş, hibrit roket motorlarıyla ulaşılan irtifa rekoru olarak kayda geçti.^【8】

Bu geliştirme çizgisindeki sistemler birbirleriyle karıştırılmamalıdır. İki kademeli hibrit roket sistemiyle 200 kilometrenin üzerine çıkan iki kademeli hibrit roket, AYAP-1 uzay aracına takılacak HİS’in kendisi değildir. Bunlar DeltaV bünyesinde hibrit roket teknolojisinin farklı ölçek ve uçuş koşullarında geliştirilmesine yönelik sistemlerdir.

Hibrit İtki Sistemi’nin temel kullanım alanı Ay Araştırma Programı’nın ilk görevi olan AYAP-1’dir. Türkiye’nin ilk derin uzay görevi olarak yürütülen projede uzay aracının ana geliştiricisi TÜBİTAK UZAY, hibrit itki sisteminin geliştiricisi ise DeltaV Uzay Teknolojileridir.^【9】

HİS, Ay aracını Dünya yüzeyinden uzaya çıkaran bir fırlatma motoru değildir; belirli bir kritik göreve ayrılmıştır. Ay aracı önce bir taşıyıcı roketle Dünya çevresindeki başlangıç yörüngesine yerleştirilecek, taşıyıcıdan ayrıldıktan sonra HİS devreye girerek aracın başlangıç yörüngesinden Ay'a doğru ilerleyebilmesi için gereken ana hız değişimini (yörünge yükseltme) sağlayacaktır.

Aracın yörünge ve yönelim kontrolü ise ayrı bir çift yakıtlı kimyasal itki sistemiyle gerçekleştirilecektir; dolayısıyla bütün manevralar hibrit motor tarafından yapılmayacaktır.^【10】

^{Hibrit Sonda Roketi Testi Hazırlıkları} (TUA)

AYAP-1 görev akışı şu aşamalardan oluşmaktadır:

1. Dünya’dan fırlatma
2. Dünya çevresindeki başlangıç yörüngesine yerleşme
3. Taşıyıcı roketten ayrılma
4. HİS ile yörünge yükseltme
5. Ay’a transfer
6. Ay çevresindeki görev aşamaları

HİS’in bu biçimde kullanılması, hibrit roket teknolojisini yüksek irtifaya çıkan bir sonda roketi motorundan farklı bir mühendislik alanına taşımaktadır. Sistem bir uzay aracının parçası olarak yörünge değiştirme görevinde çalışacak ve aracın diğer güç, yönelim, haberleşme ve uçuş kontrol sistemleriyle birlikte görev yapacaktır.

Hibrit motorların temel mühendislik sorunlarından biri regresyon hızıdır. Regresyon hızı, katı yakıt yüzeyinin yanma sırasında ne kadar hızlı gerilediğini ifade eder.

Hibrit bir motorda oksitleyici, katı yakıtın içerisindeki kanal boyunca ilerlerken yakıtın yüzeyinden gaz fazına geçen maddeler yanmaya katılır. Yakıt yüzeyi yeterince hızlı tüketilemiyorsa birim zamanda yanmaya katılabilen yakıt miktarı sınırlanır. Bu durum özellikle daha yüksek itki gerektiren büyük motorların tasarımını güçleştirebilir.

^{Sanayi ve Teknoloji Bakanı Mustafa Varank'ın Delta V ziyareti} (TUA)

Yakıt yüzeyini artırmak amacıyla birden fazla kanal veya daha karmaşık yakıt geometrileri kullanılabilir. Ancak yakıt yandıkça bu kanalların biçimi ve genişliği değişir. Böylece oksitleyicinin akış koşulları ile oksitleyici-yakıt oranı da motorun çalışması sırasında değişebilir. Regresyon hızının artırılması, yakıt ile oksitleyicinin daha iyi karıştırılması ve yanmanın kararlı tutulması bu nedenle hibrit roket araştırmalarının temel konuları arasındadır.

Bu probleme yönelik araştırma alanlarından biri yüksek regresyon hızına sahip yakıtlardır. Arif M. Karabeyoğlu ve çalışma arkadaşlarının 2004’te yayımlanan deneysel çalışmasında incelenen parafin temelli yakıtların, geleneksel hibrit yakıtlara göre yaklaşık üç ila dört kat daha yüksek regresyon hızlarına ulaşabildiği gösterilmiştir.^【11】

Ancak genel hibrit motor araştırmaları veya SORS gibi başka sistemlerde kullanılan yakıtların AYAP-1’de kullanılacak nihai HİS’in teknik özellikleriyle doğrudan aynı olduğu varsayılmamaktadır. HİS’in kesin yakıt bileşimi, nominal itki değeri, özgül itkisi, yanma odası basıncı ve görev sırasındaki nominal yanma süresi gibi ayrıntılar kamuya açık güvenilir kaynaklarda bütünüyle yayımlanmış değildir.

Ay Araştırma Programı, Türkiye’nin Millî Uzay Programı kapsamında yürüttüğü temel projelerden biridir. Hibrit İtki Sistemi de bu program içerisinde Türkiye’de geliştirilerek gerçek uzay görevi deneyimi kazanması hedeflenen kritik teknolojiler arasında yer almaktadır.^【12】

Bu yönüyle HİS, Millî Teknoloji Hamlesi’nin uzay teknolojileri alanındaki yerli kritik alt sistem geliştirme yaklaşımının bir örneği olarak sunulmaktadır. Projenin teknolojik değeri yalnızca bir Ay aracının hedefe ulaştırılmasında değildir; tasarım, üretim, yer testleri, yüksek irtifa denemeleri ve görev kullanımı aşamalarını da içermektedir.

AYAP-1 kapsamında geliştirilen hibrit itki sistemine sahip Ay aracının 2027’nin ilk aylarında uzaya gönderilmesi planlanmaktadır.^【13】

AYAP-1’in planlandığı biçimde gerçekleştirilmesi durumunda HİS için geliştirme sürecinin en önemli aşaması, yerde elde edilen ateşleme süreleri veya yüksek irtifa testlerinden farklı olacaktır. Sistem ilk kez gerçek bir uzay aracının parçası olarak Dünya çevresindeki yörüngeden Ay’a uzanan bir görevde kullanılacak; elde edilecek uçuş verileri ise hibrit itki teknolojisinin gelecekteki uzay uygulamalarının değerlendirilmesine yönelik teknik birikime katkı sağlayacaktır.